《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)改革的探究

李 璟 阮紅芳

西安工商學(xué)院，陜西 西安 710200

黨的二十大報告指出，教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。在新形勢下建設(shè)創(chuàng)新型國家，知識技術(shù)經(jīng)濟(jì)制勝的法寶是人才。高等教育對于培養(yǎng)社會發(fā)展所需要的人才具有舉足輕重的作用。對于應(yīng)用型本科大學(xué)機(jī)械類專業(yè)而言，實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)中發(fā)揮著十分重要的作用［1］，因此，我們必須以培養(yǎng)高技能人才作為機(jī)械教育的發(fā)展目標(biāo)，注重學(xué)生實(shí)際操作能力的培訓(xùn)［2］。

《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，需要《應(yīng)用機(jī)械制造工程學(xué)》《塑料模具設(shè)計(jì)》《三維設(shè)計(jì)》等先修課程知識，具有很強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性。實(shí)踐課程是檢驗(yàn)理論知識的環(huán)節(jié)，考驗(yàn)學(xué)生對教學(xué)目標(biāo)的掌握運(yùn)用程度。學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)不斷觀察思考，動手調(diào)試，能提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及不斷創(chuàng)新的能力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。近年來，各個高等工科類院校都建立了自己的課程教學(xué)體系，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，以原有實(shí)踐教學(xué)為基礎(chǔ)，發(fā)展了獨(dú)立于課程教學(xué)之外的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)體系［3］。

一、《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題

（一）《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

結(jié)合西安工商學(xué)院的教學(xué)實(shí)際情況和學(xué)生專業(yè)課程內(nèi)容概況，現(xiàn)《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程是運(yùn)用CAD/CAM 系統(tǒng)進(jìn)行手機(jī)外殼模具的設(shè)計(jì)建模和加工，主要內(nèi)容包括三大模塊：手機(jī)外殼設(shè)計(jì)建模、手機(jī)外殼模具建模和手機(jī)外殼模具數(shù)控加工。實(shí)驗(yàn)反映了《機(jī)械設(shè)計(jì)》《機(jī)械制造》《數(shù)控編程》等課程教學(xué)內(nèi)容，三個模塊相互調(diào)用但又相對獨(dú)立，形成了模塊化的體系結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和加工技術(shù)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工的能力。

手機(jī)外殼設(shè)計(jì)建模和手機(jī)外殼模具建模是《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。手機(jī)外殼模具建模是在外殼建模完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，學(xué)生通過這兩個模塊運(yùn)用Pro/Engineer 軟件完成手機(jī)外殼及其模具的三維建模。

手機(jī)外殼模具數(shù)控加工模塊是基于所建立的手機(jī)外殼及其模具模型，運(yùn)用Mastercam 軟件完成外殼及其模具的數(shù)控編程和仿真加工過程。

（二）存在問題

1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一

實(shí)驗(yàn)對象是針對手機(jī)外殼進(jìn)行建模和加工，課程內(nèi)容單一，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書任務(wù)明確，步驟詳細(xì)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為驗(yàn)證性內(nèi)容，只服務(wù)于理論課程的知識點(diǎn)，設(shè)計(jì)性和綜合性內(nèi)容較少，學(xué)生缺少自主探究式學(xué)習(xí)條件，實(shí)驗(yàn)的主動性不高。部分學(xué)生最終只會進(jìn)行手機(jī)外殼的模具設(shè)計(jì)，無法有效完成其他產(chǎn)品及其模具的設(shè)計(jì)，更別說學(xué)生創(chuàng)新能力及思維拓展方面的提高。

2.教學(xué)模式陳舊

目前的教學(xué)模式是教師講授實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為學(xué)生演示操作過程，學(xué)生按部就班完成實(shí)驗(yàn)。教師作為主體，持續(xù)的灌輸，學(xué)生處于被動狀態(tài)，在老師的牽制下思維受到了約束。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生不善于主動思考，課堂教學(xué)效果較差。這種模式的教學(xué)雖然鞏固了理論知識，但學(xué)生只會機(jī)械完成任務(wù)，降低了學(xué)生的積極性，對其實(shí)踐力和創(chuàng)新力沒有任何提高，脫離社會需求，也沒有完成學(xué)院重在培養(yǎng)實(shí)踐型人才的目標(biāo)。

3.教學(xué)進(jìn)程緩慢

近兩學(xué)期授課形式在線下課堂教學(xué)和線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)之間切換。線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)對教師有較大的考驗(yàn)，雖然打破了空間的局限，但學(xué)生比較分散，對于自覺性自控能力不好的學(xué)生，學(xué)習(xí)效果不好。教師對學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況不容易監(jiān)管。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中缺少老師的現(xiàn)場指導(dǎo)，教師無法及時掌握學(xué)生遇到的困難，實(shí)時互動效果不好。另外，線上平臺用戶數(shù)量多，在授課高峰時段，網(wǎng)絡(luò)擁擠，會出現(xiàn)掉線卡頓等問題，教師需要重復(fù)講授，影響課程進(jìn)度。

4.考核方式不合理

實(shí)驗(yàn)成績以課堂出勤情況和實(shí)驗(yàn)報告綜合評定，實(shí)驗(yàn)報告所占比重較高，學(xué)生認(rèn)為有實(shí)驗(yàn)報告就能合格，部分學(xué)生對待實(shí)驗(yàn)態(tài)度不認(rèn)真，認(rèn)為理論部分已經(jīng)學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課無關(guān)緊要。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報告里都展示的是千篇一律的實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果無法呈現(xiàn)學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況，教師對學(xué)生的知識掌握程度不能準(zhǔn)確判斷。這種考核方式比較單一，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程無法了解，實(shí)驗(yàn)成績不能真實(shí)有效地反映出學(xué)生們的完整學(xué)習(xí)狀況，以及分析解決問題和創(chuàng)新能力。

近幾年，高校畢業(yè)生數(shù)量逐年劇增，作為普通院校的畢業(yè)生，進(jìn)入社會面臨的是與同類院校甚至一流高校畢業(yè)生競爭的狀況。如果不具備熟練的實(shí)踐技術(shù)功底，就無法搶占競爭先機(jī)。西安工商學(xué)院以應(yīng)用技術(shù)型作為辦學(xué)定位，對實(shí)踐課程的教學(xué)相當(dāng)重視。鑒于以上分析和研究，有必要對現(xiàn)有的《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)進(jìn)行改革，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，注重教學(xué)過程的開放性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新力，采用就業(yè)導(dǎo)向式教學(xué)，建立學(xué)生能力與就業(yè)市場的鏈接，為社會培養(yǎng)高技能人才。

二、《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)改革

（一）重塑實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

為了加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系至關(guān)重要。為此，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際特點(diǎn)，重塑了“基礎(chǔ)—強(qiáng)化—創(chuàng)新”多層次的教學(xué)體系，詳見表1。第一階段是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過手機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)和加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生使用三維CAD/CAM 技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的基本步驟和方法；第二階段是設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，當(dāng)學(xué)生掌握一定基礎(chǔ)后，進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，完成滿足要求的產(chǎn)品及其模具加工，使學(xué)生能夠?qū)W以致用；第三階段是開放型實(shí)驗(yàn)，依托相關(guān)學(xué)科競賽，使學(xué)生走出課堂，著手實(shí)際項(xiàng)目。通過競賽與教學(xué)相互結(jié)合的方式助力創(chuàng)新人才培養(yǎng)。三個階段由淺入深，循序漸進(jìn)。

開展從設(shè)計(jì)型到綜合型實(shí)驗(yàn)是如今實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趨勢，《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程內(nèi)容必須與時俱進(jìn)。不調(diào)整實(shí)驗(yàn)課時的條件下，縮減驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)學(xué)時，增大設(shè)計(jì)型、開放型實(shí)驗(yàn)。

（二）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

改變傳統(tǒng)的教師講授學(xué)生接受的教學(xué)模式，構(gòu)建教師指導(dǎo)下的以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)預(yù)期產(chǎn)出的教學(xué)方式。采用基礎(chǔ)型+綜合型的方法，針對不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生，因材施教。本實(shí)驗(yàn)需要用到Pro/Engineer和Mastercam操作軟件，在本科四年級第一學(xué)期。由于有一部分專升本的學(xué)生沒有相關(guān)CAD/CAM 軟件的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，所以根據(jù)學(xué)生的綜合水平，將學(xué)生分兩組。一組是沒有學(xué)過這兩個軟件的學(xué)生，另一組是學(xué)過此軟件的學(xué)生。

對于軟件零基礎(chǔ)的學(xué)生，進(jìn)行階段性訓(xùn)練。第一環(huán)節(jié)是基礎(chǔ)訓(xùn)練。教師詳細(xì)講解軟件原理、界面使用以及注意要求，制定簡單的模型，力求為學(xué)生建立牢固的操作基礎(chǔ)，學(xué)生通過練習(xí)從簡單到復(fù)雜的造型建模，層層遞進(jìn)，激發(fā)其課程興趣。第二環(huán)節(jié)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生配合教材中的手機(jī)外殼模具案例模型，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和加工的操作訓(xùn)練。然后，學(xué)生選做具有一定代表性的示例產(chǎn)品進(jìn)行建模加工。

對于有一定軟件基礎(chǔ)的學(xué)生，進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。教師講述一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具制作的流程，學(xué)生完成教材上的手機(jī)外殼模具案例模型，對軟件操作進(jìn)行簡單復(fù)習(xí)以及了解一般產(chǎn)品建模及加工過程。然后，教師給學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生可結(jié)合自身的基礎(chǔ)能力，選做教材上的模型，進(jìn)行建模加工。同時，鼓勵學(xué)生發(fā)散思維設(shè)計(jì)，不要只局限于教材上的模型，可自行設(shè)計(jì)模具模型。另外，結(jié)合往年機(jī)械創(chuàng)新大賽、應(yīng)用型人才技能大賽學(xué)科競賽，助力學(xué)生熟悉現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的真實(shí)流程，開拓學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生活力，提高其創(chuàng)新思維能力和專業(yè)認(rèn)同感。

可以看出，上述針對不同基礎(chǔ)的學(xué)生其訓(xùn)練宗旨都是變學(xué)生被動為主動實(shí)驗(yàn)。教師以問題導(dǎo)向式啟發(fā)學(xué)生，形成問題意識，激發(fā)學(xué)生積極動腦思考，逐步培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。同時，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇及操作過程環(huán)節(jié)，都堅(jiān)持以學(xué)生為主。學(xué)生從以往的一成不變遵循教師規(guī)定的內(nèi)容和方法，轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾餍缘膭?chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過設(shè)計(jì)，組織到調(diào)試，熟悉產(chǎn)品從設(shè)計(jì)建模到數(shù)控仿真的整個過程，強(qiáng)化相關(guān)理論課程知識。比如，學(xué)生在模具建模設(shè)計(jì)過程中，分型面的建立是其重要步驟。對于不同的設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型，應(yīng)定義不同的分型面，如何選定產(chǎn)品的分型面，學(xué)生需要自主思考。分型面的建立方法也大不相同，如果學(xué)生只按照教材的方法操作，有可能不能建立正確的分型面。只有認(rèn)真研究，結(jié)合理論課程的相關(guān)概念，才能解決，從而完成模具建模設(shè)計(jì)，這樣才做到了理論與實(shí)際的結(jié)合。

（三）創(chuàng)新教學(xué)方法

將線下教學(xué)與線上教學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行混合式教學(xué)。教師整合學(xué)習(xí)資源，課前將實(shí)驗(yàn)課件、學(xué)習(xí)視頻、CAD 和CAM 軟件等通過“藍(lán)墨云班課+ 雨課堂”等多個線上教學(xué)平臺發(fā)布。輔助學(xué)生領(lǐng)會實(shí)驗(yàn)?zāi)康模私鈱?shí)驗(yàn)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)。將教師提問變?yōu)閷W(xué)生提問以驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)動力，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及原理講授則根據(jù)實(shí)際情況利用線上或線下方式進(jìn)行。線上教學(xué)增加與學(xué)生實(shí)時視頻或語音互動討論環(huán)節(jié)，解答學(xué)生問題、查看共享學(xué)生建模進(jìn)程、邀請學(xué)生分享實(shí)驗(yàn)心得等。課后學(xué)生將零件文件、模具文件等實(shí)驗(yàn)結(jié)果上傳到藍(lán)墨云班課平臺，教師檢查驗(yàn)收。有效利用多種教學(xué)方法，多方位充分發(fā)揮教師引導(dǎo)、教學(xué)及管理的作用。

（四）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考核方式

變以往實(shí)驗(yàn)成績?yōu)閷?shí)驗(yàn)報告和平時成績的匯總，為質(zhì)量環(huán)節(jié)的全程跟蹤［4］，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考核方式。采用過程考核+結(jié)果考核相結(jié)合的方式。過程考核包括課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、建模能力三部分，占實(shí)驗(yàn)成績的60%；結(jié)果考核主要是實(shí)驗(yàn)報告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果兩部分，占實(shí)驗(yàn)成績的40%。通過對學(xué)生實(shí)驗(yàn)階段的全程跟蹤，推動學(xué)生充分發(fā)揮優(yōu)勢，保障教師全面深入了解學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)教學(xué)問題。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果

本學(xué)期對2019 級學(xué)生進(jìn)行《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)試點(diǎn)改革，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)課堂表現(xiàn)、師生互動、任務(wù)完成等情況，觀察發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果及學(xué)生積極性方面都有明顯提高，詳見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革前后教學(xué)效果情況統(tǒng)計(jì)

更重要的是，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻\(yùn)用軟件自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型，積極參加大賽，從組建參賽隊(duì)伍、規(guī)劃產(chǎn)品方向，到優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，學(xué)生相互協(xié)作，創(chuàng)新思維，對產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)過程更加清晰明確，真正把理論知識應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。在第八屆全國應(yīng)用型人才綜合技能大賽榮獲二等獎，第十五屆大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)和產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽榮獲三等獎。而且，教師的科研及教學(xué)能力也有所提高。

四、結(jié)語

《機(jī)械專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程連貫理論知識豐富、綜合實(shí)踐性強(qiáng)，在課程體系中占據(jù)關(guān)鍵地位。以深化工程教育改革為契機(jī)，為提高教學(xué)質(zhì)量，以教學(xué)體系、教學(xué)模式、教學(xué)方法、考核方式四方面為重點(diǎn)進(jìn)行改革。改革后實(shí)驗(yàn)教學(xué)是真正圍繞學(xué)生，貫徹落實(shí)以人才培養(yǎng)為核心，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為目的，鍛煉了學(xué)生對理論知識的掌握應(yīng)用和對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新力，提高了學(xué)生的實(shí)踐綜合能力。同時學(xué)生在相關(guān)的學(xué)科競賽上也取得了一定的成績，切實(shí)達(dá)到了專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。