先进制造技术课程工程化教学法的构建与实践

包幸生　徐福林　曹永洁

摘 要 面对先进制造技术发展快、知识新、内容广的特点，结合高等职业教育机械类专业培养“应用型”工程实践高素质人才的培养目标，分析先进制造技术课程的教学目标和课程内容，提出了基于工程实践的工程化教学法，通过理论内容工程化，融理论教学于实践教学之中。随机选取两机械类行政平行班为样本，一班采用传统的理论课程授课，另一班采用工程化方式授课，采用单因素等组分析法，比较两行政班对课程的掌握程度和培养目标达成情况，后者明显好于前者，验证了工程化教学效果优于传统的理论课程授课。

关键词 先进制造技术 工程化教学

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.03.044

0 引言

先进制造技术，是指制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及现代系统管理等方面的成果，并综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力并取得理想经济效果的制造技术。①②③通过该课程的学习，学生能够扩大知识面，了解制造业的前沿技术。但它理论性强，这些技术仿佛离我们十分遥远，导致学生学习兴趣不高，投入不足，效果较差。为了改善教学效果，通过分解课程教学目标和课程内容，整合学校软、硬件资源，建立若干工程化生产过程来展现这门课程的主要内容，理论联系实际，让学生从感性认识出发去学习该课程，从而调动学生学习积极性，提高学习效果。

1 教学目标与课程内容的分解

先进制造技术课程是高等职业院校机械类专业的一门核心专业课，其任务是使学生掌握先进制造技术的原理和方法，为今后从事制造业工程技术工作打下良好基础。课程总体目标是使学生对先进制造系统及其主要的先进制造技术有一个基本了解，并掌握先进制造系统的构成，分析、决策、规划设计的基础知识和方法，从而成长为“应用型”工程实践高素质人才，总目标可以细分为：知识目标、能力目标和素质目标。

知识目标：学习先进制造工艺，如精密、超精密加工工艺，超高速加工工艺，特种加工工艺和快速原型技术； 理解现代设计方法，如计算机辅助设计（CAD），三维造型设计，有限元仿真设计，反求设计和绿色设计等；了解最新自动化技术，如计算机辅助工艺编制（CAPP），计算机辅助制造（CAM），柔性制造技术（FMS），计算机集成制造系统（CIMS），智能制造系统（IMS），数控加工技术等；运用现代管理技术，如企业资源计划（ERP），产品数据管理（PDM），准时生产（JIT），精益生产（LP），和敏捷制造（AM）等。

能力目标：掌握多种先进制造技术的知识和理论，依据生产实际需求，能够有针对性地正确选择相关制造工艺并组织实施；能够分析比较不同工艺方案的优缺点，并具备更加经济地选择加工工艺的能力；能够规划设计工艺流程，并拥有解决关键工艺的能力。

素质目标：养成查阅国内外资料的习惯，自覺学习新知识、新技术，积累经验并能举一反三；培养良好的思想政治素质、较强的组织能力和团队合作能力。

该课程的主要内容包含四大类：④⑤现代设计技术、先进制造工艺、自动化技术、系统管理技术，每一类可以进一步细分，形成很多技术方向，如图1所示。

2 工程化教学的构建原则

普通的课程实验，往往仅是针对本课程某个知识点展开的，一般由教师主导，学生在一旁学习，并在教师指导下操作，它是以教师为中心的一种教学方式。与课程实验不同，该课程的工程化教学，依托工程项目，以学生为主体，在教师指引下，学生组成几个小团队去完成任务。工程的每个阶段，老师需及时恰当地传授相关理论知识和实际操作技能，理论与实践融为一体，学生既学习了理论知识，又锻炼了实践能力，并且学会了发现问题分析问题和解决问题的能力。为了更好地完成教学内容，达成教学目标，构建工程化实践时，必须遵循以下原则：

（1） 保证主要教学内容全覆盖：不同于课程实验，工程化教学是对课本内容的学习，把课本内容融入工程项目中，为了使学生能够全面学习相关先进制造技术的理论知识，工程实践需涵盖该课程的主要教学内容。

（2）突显教学特色：我院已有很多与先进制造技术相关的软、硬件资源，构建工程化实践时，结合我院实际情况，突显本课程的教学特色。

（3）与学生现有水平相适应：工程项目不能太难，否则会使学生望而生畏。从高等职业院校学生的实际水平出发，采用中等复杂的项目，既能培养学生兴趣，又能提升学生能力。

（4）紧跟世界前沿制造技术：先进制造技术日新月异，工程实践需经常更新，不断完善，紧跟世界制造技术的步伐。

3 工程化教学的构建与实践

面对先进制造技术发展迅速、知识新颖、内容广泛的特点，结合高等职业教育机械类专业培养“应用型”工程实践高素质人才的培养目标，基于学院现有的先进软、硬件资源，设计一系列工程化实践，涵盖该课程主要教学内容，融理论教学于实践教学之中，通过工程化教学，实现知识目标、能力目标和素质目标的达成。

工程化实践一：选择中等复杂的电机主轴，借助三坐标测试仪和三坐标扫描仪进行测量，实现反求工程，采用现代设计技术对产品进行优化设计、可靠性设计、绿色设计，并且进行有限元仿真；运用自动化技术和先进制造工艺技术对设计的产品进行加工；使用现代管理技术ERP进行管理。

工程化实践二：以UG、PRO-E等软件实现现代设计，并制造仿真CAPP/CAE/CAM，最后运用在数控机床上，实现现代设计，虚拟制造和仿真，数控复合加工技术。

工程化实践三：以UG等三维软件实现现代设计，结合3D打印机，实现现代设计思想和快速原型技术的结合。

工程化实践四：以水刀机床、线切割等特种加工技术实现先进制造工艺的学习。

工程化实践五：以柔性制造单元为依托，实现柔性制造技术的学习工业机器人的学习。

通过以上五个工程化实践的构建，涵盖了绝大部分先进制造技术的课程内容，再通过企业参观的方法，适度补充一些网络制造、虚拟制造、纳米加工、生物制造等先进技术，实现课程内容全覆盖。工程实践过程中，学生学习了先进制造技术的相关理论和知识，达成知识目标，培养了多种能力，达成能力目标，提高了学习的主动性和加强了团队合作精神，达成素质目标。各个目标与工程实践之间的层次关系如图2所示。

4 工程化教学的效果分析

充分发挥学校软硬件资源的先进优势，再补充采购一些新的先进制造技术设备和仿真软件，构建完成以上五个工程化实践基地，随机选取两机械类行政平行班为样本，每班各35名同学，一班采用传统的理论课程授课方法，另一班采用工程化方式授课，学期末采用相同的考核方式，采用单因素等组分析法，比较两行政班的教学目标达成情况，知识目标、能力目标和素质目标达成方面，工程化教学班级显著好于对比的平行班，验证了工程化教学效果优于传统的理论课程授课效果。

5 结论

构建工程化实践基地，采用工程化教学方式，能够充分调动学生的学习兴趣，更好地掌握知识、锻炼能力和提高素质。在实施工程化教学过程中，也发现一些不足之处：工程化实践不能全部覆盖当前的所有先进制造技术内容，需进行必要的理论补充；先进制造技术是在不断发展的，工程化成本太高，必须依附于其它实训中心。

注释

① 杨叔子，吴波.先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报，2003.39（10）：73-78.

② 隋广洲，弓满锋，李忠.论先进制造技术的发展趋势及特征[J].新技术新工艺，2012（6）：7-11.

③ 孙燕华.先进制造技术[M].北京：电子工业出版社，2015：2-8.

④ 欧阳陵江，张剑.高职先进制造技术课程的教学现状及改革探讨[J].教育教学研究，2015.11（7）：41-43.

⑤ 杨叔子，吴波，李斌.再论先进制造技术及其发展趋势术[J].机械工程学报，2006.42（1）：1-4.