基于工作过程系统化的自动化制造系统课程教学探索

刘保军 于楚泓

摘  要：采用基于工作过程系统化的教学组织方法，《自动化制造系统》课程以理论、实验、实习、设计任务等多种形式开展教学，以工作任务为载体、通过由简单到复杂的多种学习情境构成的不同工作过程的不断递进深入学习，学生按照“资讯-决策-计划-实施-检查-评价”的全过程进行训练，逐步丰富知识、增强技能，工学结合激发学习热情，学生的应用能力得到有效提高。

关键词：自动化制造系统  工作过程系统化  应用能力  学习情境

中图分类号：G712.3           文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）01（b）-0131-04

Exploration of Course Teaching of Automation Manufacturing System Based on Working Process Systematization

LIU Baojun  YU Chuhong

（Zhongshan Institute， University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan， Guangdong Province， 528402 China）

Abstract： Via teaching organizing method based on working process systematization， the course of Automation Manufacturing System is developed in many kinds such as theory course， experimental course， internship and design project. With working duty as carrier， different working process constructed in series of learning circumstances from single to complicate are gradually introduced step by step. Students are trained according to the whole procedure of "Information-Decision-Plan-Implement-Check-Evaluation" to take plenty of knowledge and technique， and are inspired by work-study combination， and their application capability are effective improved.

Key Words： Automation manufacturing system; Working process systematization; Application capability; Learning circumstances

2015年國务院发布了《中国制造2025》战略规划，中国制造业发展更加迅猛，企业对自动化制造系统的需求越来越旺盛，对应用型人才的要求更高、需求更加迫切。在应用型本科高校，《自动化制造系统》课程是机械类专业学生继专业基础课程学习之后的一门极具综合性、注重应用性的专业核心课程，强调理论与实践的有机结合，旨在培养学生掌握自动化制造系统的概念、分类、组成与特点，以及自动化制造系统和生产线的系统规划、自动化单元的设计、分析及优化运行的基本理论和方法，符合新形势下提升企业自动化生产能力和水平、减员增效并提高产品质量的需求和发展趋势，为学生将来从事相关的设计、生产、运行、管理等工作奠定良好的基础。

在该应用型课程建设过程中，基于OBE能力导向的指导思想，采用基于工作过程系统化的教学方法[1]，通过理论课堂、实验实训课、企业实习、设计任务等多种教学形式，对典型生产线系统等课程有关知识内容进行解构与重构[2]，并以模拟真实工业环境的柔性制造自动化生产线系统开展实验实训来激发学生的学习兴趣;通过校企合作产学协同育人机制，学生前往自动化生产设备制造企业开展参观和生产实习，激发其学习潜能;最终通过设计工作任务为引导，学生重构知识开展设计任务，提升其综合应用能力。课程教学实现工学结合、知行合一、“做中学”，达到了良好的教学效果。

1  课程的总体体系设计

按照教学形式划分，本课程包括理论部分、实验实训部分、企业实习和课程设计部分。

按照自动化制造行业的特点和需求进行分析，根据工作过程系统化的思想，以工作任务为载体，重构《自动化制造系统》课程的理论课程体系如图1所示。

理论课程部分紧紧围绕以工作任务为载体，分别以零件加工、物料输送、检测自动化、工业机器人、装配自动化、总体系统等6个学习情境开展、由简单到复杂并逐步深入，每项任务都按照工艺分析（需求）、设备选取（构思）、加工特点（设计）、分析、总结等步骤来展开。每个学习情境都是一个完整的工作过程[3]。

课程的实验实训部分以模拟真实工业环境的柔性制造自动化生产线为依托，实践环节的课程训练体系重构如图2所示。就整套实践设备而言，包括有搬运单元、操作手单元、供料单元、提取安装单元、检测单元、立体储存单元、加工单元、分拣输送单元、AGV运输单元等多个单元，各单元通过通信技术、现场总线技术和生产管理系统构成一套完整的柔性自动化生产线系统。各单元虽然功能不同，但都可以通过结构与功能分析、机械及气动元件安装与调试、气动控制原理分析与装调、电气系统分析与装调、控制程序设计分析等来深入分析，因此实践课程根据课时需要，仅在课内对搬运单元、提取安装单元两个典型单元作为学习场景进行分析，而其他由同学们在课余利用开放时间自主学习;然后以双单元协调工作任务为实训学习情境三，讲述PPI通信技术与两个单元的联机调试;进而再以整条自动化生产线系统的联机调试作为实训学习情境四讲解现场总线技术、MES生产制造管理系统等，并全面分析FMS柔性制造系统的架构和特点。

企业实习部分以学生在本地自动化生产设备的领先企业广东硕泰智能装备有限公司等企业开展企业跨界课堂，由企业技术人员根据工作任务来讲解和剖析，实现工作任务课程化。

课程以设计任务的形式取代卷面考试，按照工作任务导向法要求学生完成实现加工、搬运、分拣、检测、仓储等某种具体生产任务的自动化生产制造装置的构建和设计，达到知识重构、能力提升的目的，培养其实际的设计和应用能力。

2  教学内容确定

2.1 教学目标

《自动化制造系统》作为应用型人才培养试点本科院校重点发展专业的专业核心课程，遵循《高等学校本科专业类教学质量国家标准》的要求，按照专业工程认证的精神，确定好课程的知识、能力和素养的培养目标，如表1所示。

2.2  教学形式

基于工作过程系统化的教学方法，需要打破传统的教学形式，并对课程的知识和技能进行解构和重构[4]。

本课程的四大类课程形式，涵盖了基于行动体系的理论知识讲授、模拟真实工业环境并具备典型特征和要素的柔性制造自动化生产线实验实训训练、校企合作产学育人的企业真实现场环境的参观和生产实习、工作任务导向的知识重构的课程设计四大环节。上述四个环节逐步递进，从理论到模拟实践、再到真实场景，最后再进行设计性的总结提升，学生的兴趣和专业能力在不同的场景下逐步加强和提升，其未来适应职业工作的能力显著增强。

2.3 讲授方式

针对课程的四种不同形式，教學讲授方式也不尽相同，各有差异和特点[5]。

就理论课堂讲授而言，改变传统的教师一言堂形式，转而采用以学生为主体、教师为引导的启发研究式教学，课堂上在教师的引导下，对照工作任务的要求，按照工艺分析、设备选取、工作特点、分析、总结的总体步骤逐步展开，学生们可以以个人、小组等形式进行发言、讨论和辩论，从而激发学生作为学习的主体的作用;在此过程中，教师要注意作为课程的引导者，保证课堂的有序和讲授内容的有序推进。每次课教师会提出下次课的内容、要求等组织学生在课前通过观看相关视频、动画、PPT等教学资源，学生了解课程的主要内容。理论课堂重点在于通过启发研究式教学的课堂教学设计，激发学生的学习兴趣，创造学生“乐学”、师生互动的良好氛围，同时给学生以足够的思考空间，锻炼其问题解决能力，养成“勤思”的好思维习惯。

对于实验课程而言，课堂在模拟真实工业环境并具备典型特征和要素的柔性制造自动化生产线上实施实训，采取教师讲解工作原理与示教、学生实践训练的形式开展;学生课前通过视频、动画、PPT、实训实践指导书等了解实践内容。教师在对相关工作任务单元的工作原理、组成、特点、工作流程等简单讲解和示教后，学生在围绕工作单元开展包括实践训练，机械结构分析与装调、液压与气压传动控制系统的分析与装调、电气控制系统分析与装调、可编程控制程序的设计分析与调试等，强调工程实践技能的训练和培养。实践教学重点在于训练学生对典型自动化单元的设计、分析与掌握，通过实训提高实践应用能力，提供学生实现“善行”的基本环境。

对于企业实习环节，通过校企合作、产学育人在业内知名自动化制造企业的真实现场环境开展生产实习，在此环节中学校教师和企业教师共建跨界学堂，以企业技术人员为课堂主讲，以企业的工作任务为载体，实现校企合作的工作任务课程化，学生在真实的职业工作环境中学习，克服学习惰性，提高工作热情，起到以实践带领理论学习的作用，寓知识学习于实践实习过程中，以“做中学”达到理实一体化的目的。企业实习是为学生提供认知企业、了解职业岗位需求的重要环节[6]，也是学生认识“善行”重要性的关键环节。

课程以设计任务取代传统的期末试卷考试形式，设计工作任务由教师布置，或者学生自拟、师生共同协商确定，设计过程以学生的课外自主学习形式开展，学生根据工作任务的要求，按照“资讯-决策-计划-实施-检查-评价”的全过程完成实现某种生产任务的自动化生产制造装置的构建和设计，实现知识的灵活重组和构建，打造其应用设计能力。课程设计环节重点在于综合训练学生灵活重构知识的设计和应用实践能力，即实现“活用”的目标。

3  课程考核方式

由于本课程的教学形式多样化，所以考核也为不同教学形式的学生考评成绩的综合评价，根据课时安排，理论、实验与设计任务的比例分别为30%、40%、30%;理论课以过程考核成绩为主（包括课堂表现15%、工作任务参与情况15%），实验环节包括有过程考核成绩（20%）和报告的完成质量（20%）。设计环节则以完成设计任务的质量来进行评分。实习环节作为本课程的有效延伸，开展独立的生产实习任务实践和考评。

4  教学活动成效

基于工作过程系统化的教学组织方法，理论课堂逐步实现了教学任务工作化，学生带着任务来学习，学生的学习积极性、主动性显著提高;而校内实验实训环节、企业实习环节则实现了“工作任务课程化”，学生们更加明晰实践任务的目标和理论依据，学习潜力得以激发，动手积极性更高。在教学过程中，教师与学生角色逐步从手把手、牵着手、放开手上升为育巧手，而学生的能力水平也从生手变熟手、高手练成了巧手。学生们在智能制造设计大赛等取得一等奖的优异成绩，就是能力提升的有力佐证。

随着学生们的积极主动学习和参与，教师在实习实训中的工作强度降低了，但要解决学生所提的各种问题，对教学的工作能力要求更高，教师的课前准备工作也要求更充分。

5  结语

课程教学的探索实践表明，课程采用理论、实验实训、企业实习、设计任务等多种教学形式，遵循“工程过程系统化”的课程开发原则，实现了“教学任务工作化、工作任务课程化”，学生们的设计和实践应用能力明显提高，达到了良好的教学成效。

参考文献

[1] 姜大源.工作过程系统化课程的结构逻辑[J].教育与职业，2017（13）：5-12.

[2] 姜大源.职业教育要义[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

[3] 王春峰，朱方园，段向军.基于工作过程系统化的高职机电专业课程体系开发与实践[J].中国教育技术装备，2020（5）：114-116.

[4] 明安卿，张永锋，周仁斌.基于工作过程系统化的专业课程开发与实践[J].科技资讯，2015，13（15）：154-155.

[5] 徐明.基于工作过程系统化的《绩效与薪酬管理实务》课程改革研究[J].现代经济信息，2019（20）：409.

[6] 陈越超，张凤涛，张婧.新工科背景下地方高校机械专业人才培养模式研究[J].科技资讯， 2018，16（23）：203-204.