智能制造背景下的机械制造装备设计课程教学改革与探索

王洪亮 云介平 赵千里

摘  要：在智能制造背景下，为了全面提升工程教育人才培养的质量，适应新工科教育对人才培养的定位，本文依托常州工学院智能制造重点产业学院，紧紧围绕长三角地区装备制造产业的需求，通过对机械制造装备设计课程教学现状的分析，找出了教学中存在的一些不足，将智能制造、理论教学和实践教学有机结合起来，进行了一系列的教学改革。近三年的教学改革实践表明，机械制造装备设计课程教学改革取得了显著成效，有效提高了教学质量，增强了学生的工程能力和创新能力。

关键词：机械制造装备设计;智能制造;教学改革;探索

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）11-0130-02

高端装备制造产业是江苏省十大战略性新兴产业之一，是常州的支柱性产业，常州智能装备制造产业集群已入选国家战略性新兴产业集群。智能制造是中国“中国制造2025”的主攻点，着力于数字化技术、系统集成技术和智能制造装备的应用 [1]，智能装备制造业的发展离不开大批高层次相关人才的支撑。机械制造装备设计作为机械设计及自动化专业学生必修的一门重要专业课程，是培养面向智能制造方向人才的重要环节。

目前，针对机械制造装备设计课程的教学改革，樊荣、徐学林、孙富建等人从课程知识结构设计、实施项目教学法和基于实践观摩的教学方法等方面进行了实践与探索 [2-4]。马可等结合“中国制造2025”对机械制造装备人才的新需求，提出应适时更新教材内容，建立以学生为中心的教学理念，积极改进教学方法 [5]。

课程的传统教学内容以机床和夹具设计为主，智能控制系统、工业机器人及自动化成套生产线等关键智能装备制造设计涉及较少，理论与实践脱节较为严重，教学过程枯燥乏味。学校智能制造实训的设备不足，智能制造相关专业的教师资源比较匮乏，导致智能制造方向的人才培养不能满足国家战略发展和行业成长需求 [6]。因此，为了更好地培养学生掌握适应智能装备制造要求的工程实践和技术创新能力，使学生在毕业后能迅速适应当前智能装备制造产业日新月异的发展，机械制造装备设计课程的教学改革已迫在眉睫。

一、机械制造装备设计课程教学现状

目前，课程在教学过程中存在的主要问题有：（1）教师在机床设计、夹具设计等诸多章节的教学过程中，为了赶进度，照本宣科进行授课，学生也仅仅停留在掌握基本理论知识的层面上;（2）现行的課程内容是在传统机械装备制造设计知识体系的基础上，沿用传统的教学理念和教学方法。从分配的学时看，主要讲解金属切削机床设计和物流传输系统设计，已被列入“中国制造2025”优先发展的高端数控机床和工业机器人等内容的学时偏少;（3）课程的教学方法单一，理论教学与实践教学脱节严重，基于智能制造背景下的机械制造装备设计网络课程、微课、慕课等现代化教学资源匮乏，配套教学的教案、习题，实践平台等教学资源不足，难以满足学生创新能力的培养。课程的考核还停留在答卷考试的模式上，题目一般都是关于传统机床设计的理论知识;（4）该课程在授课过程中，选用的教材理论性强，缺乏应用性和特色，而且教材内容滞后，缺乏创新性和实践性;（5）师资队伍中“双师型”教师匮乏，授课教师缺少讲授该课程所需的实践经验，尤其是缺乏智能制造装备设计的相关工作经历。

二、机械制造装备设计课程教学改革与探索

（一）构建面向智能制造的课程理论教学体系

1. 优化理论教学内容

本文针对机械设计制造及其自动化专业的培养目标，结合长三角地区装备制造产业的人才需求，对已毕业的在装备制造企业就业的学生进行调研，获取合理的“知识点”，根据“知识点”对教学内容进行重组和优化，将教学内容分为4个部分：（1）传统加工设备的基本组成及设计，如机床的总体设计、传动系统设计及主要零部件的设计等;（2）机械工艺装备的设计，主要研究对象为刀具、夹具等;（3）智能机械装备的设计，主要研究对象为工业机器人、柔性制造系统等;（4）辅助装备的设计。先讲述前两个部分的内容，让学生打好基本功。后两个部分的内容结合目前智能制造背景下智能装备制造方面的发展前沿，借助常州“智能制造名城”的产业优势，将智能装备制造企业相关产品的设计、制造、检测等过程与课程相融合。

2. 转变课堂教学方法和手段

按照“专业认证+产教融合”双驱动的专业人才培养模式，积极推广“任务驱动项目导向教学法”。通过智能制造产业的任务驱动和项目导向的教学新方法，促进课程内容与产业技术发展衔接、教学过程与企业生产过程对接、人才培养与产业需求融合。积极推进“翻转课堂”等新形态教学手段改革。利用学校智慧教室资源，集成课件、视频、知识要点和参考文献等资料，建立在线课程，采用课程讲授、实例分析等教学方式，重点培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。

3. 推进网络教学

基于真实工程项目，共同进行机械制造装备设计数字课程、在线课程等教学资源的开发和建设，将教材中缺失的最新发展动态等内容及时补充到网络课程中来。创立机械制造装备设计课程的微信公众号，推送内容涵盖各章节的重要知识点、智能装备机械制造的加工工艺技巧、常见问题解答等，学生关注公众号后可随时阅览相关知识。公众号还可以定期推送国内外的前沿文献和相关视频，作为学生课后的知识补充。

（二）构建面向智能制造的课程实践教学体系

以智能制造产业学院校企双平台为支撑，以项目为引领，融课程学习、创新创业训练和竞赛、校企技术攻关和新产品研发于一体，构建“学用研创”一体化课程体系。充分利用项目化产教融合课程，依托产业学院的资源和资金优势，引导学生参与智能装备制造的项目研发、实际案例训练和创新创业训练等，培养学生的科学态度、工程理念、创新意识和交叉学科知识。

校企共建智能制造实训基地，把智能制造产业相关前沿技术融入相关实验、实习教学。校企合作探索满足产教融合需求的实验、实习教学模式，推行面向企业真实生产环境的任务式培养模式。借助学校现有机床实训基础，结合典型零部件的机械加工工艺，通过机器人、立体仓库、数控加工、AGV运输等技术手段构建柔性可重构智能制造生产线，实现上料、加工、下料、检测、装配等全过程自动化生产。在此基础上，全力打造基于VE2（Visual Engineering and Education）的全场景智能制造可适应规划仿真平台，学生运用平台可以全面模拟体验智能制造产业的设计、仿真、演练等过程，使得工业场景再现，有效提升学生对智能制造环境的应用能力。

（三）建立多元化课程考核评价机制

长期以来，机械制造装备设计课程考核都是以期末考试为主，平时成绩为辅，期末考试以考查理论知识为主，平时成绩由日常考勤和课外练习题成绩组成。学生易形成轻实践、重理论的不良习惯。为此，笔者在本课程的教学过程中，采用了以“N+1”为主线的学生成绩考核评价体系。“N”代表过程性考核内容（包括微信公众号平台随堂测试、凝练1～2项诸如柔性制造系统的小课题实践报告、期中检查、课程设计成绩、作业等过程性考核），“1”代表期末考试，期中“N”的比例不低于40%且N≥3。由此改变了以往单独一张试卷定分数的考核办法，强调实践能力，注重过程性、研讨性、应用性评价和考核。

（四）建设“双师双能型”教师队伍

一是按照“一课双师”的模式，聘请智能装备制造企业的高级工程技术专家为产业教授或双创导师，担任课程的部分教学工作，为学生介绍如现代数控等技术知识，引入企业工业机器人等实际应用案例;二是依托智能制造产业学院的资源和资金优势，建立高素质双师型教师培养培训基地，引导教师参与相关智能装备制造的项目研发、实际案例训练和专业增值培训等;三是落实“双师双能型工程”，完善授课教师知识、能力评价标准体系，接轨智能装备制造技术前沿，組织相关授课教师去企业的一线参观学习，丰富生产实践知识。

三、结语

教学改革实践表明，机械制造装备设计课程教学改革取得了显著成效，培养了学生的综合素质，增强了学生的动手能力和创新意识。

参考文献：

[1] 王海涛，梅雪松，许睦旬，等. 智能制造背景下专业类实验室建设与人才培养[J]. 实验室研究与探索，2019，38（10）：270-272+302.

[2] 樊荣，张秀全. 《机械制造装备设计》理论与实践一体化教学模式探索[J]. 教育现代化，2018，5（23）：111-113.

[3] 徐学林. 在《机械制造装备设计》课程中实施项目教学法的研究[J]. 教育现代化，2019，6（67）：182-183.

[4] 孙富建，苏飞. 基于实践观摩的机械制造装备设计教学方法研究[J]. 教育教学论坛，2018（43）：171-173.

[5] 马可，苑明海，张静辉. 面向中国制造2025的机械制造装备设计方法探讨[J]. 价值工程，2018，37（20）：248-250.

[6] 陈冰，李时春. 面向智能制造的机械工程专业人才培养探究[J]. 机械职业教育，2018（01）：23-25.

（责任编辑：淳洁）