机械制造综合能力训练教学方法探索与实践

王 渊 张传伟 张武刚 解 晖

（西安科技大学机械工程学院 陕西西安 710054）

一、引言

随着中国2025战略的逐步实施，社会对高质量和高水平机械专业毕业生的需求越来越迫切[1]。高等院校承担着这一重要任务，对培养机械专业学生知识掌握深度及应用能力的至关重要。而机械制造综合能力训练就是对学生掌握知识的应用能力训练的重要环节之一。

一直以来，多数工科类院校以典型减速器的设计和加工工艺作为机械类课程的设计题目[2]。但是从工程专业认证和机械专业学生新的课程培养目标的角度以及从培养学生综合工程实践能力方面来看，以传统的减速器设计作为课程设计的题目，培养的效果和能力显然无法达到新课程目标的要求。同时学生的设计能力、动手能力和解决实际问题的能力的培养不足。因此，为了更好地满足机械类课程培养的目标以及培养学生综合运用所学理论解决生产实际中典型零件的制造问题的能力，激发学生进行机械工程相关领域研究与探索的兴趣，我们受到机电综合训练模块化设计的启发，借鉴车辆的拆装实现，选择摩托车发动机为对象，进行了机械制造综合能力训练教学方法探索与实践[3-4]。

二、建立以发动机拆装、测绘为载体的训练教学模式

我们选择摩托车单缸风冷发动机作为对象，对其进行拆装、测绘、关键零部件的CAD二维图绘制和三维建模与装配，并设计加工工艺和模拟加工过程，进而增强学生对机械产品设计与机加全过程周期的了解和认识。

在单缸摩托车风冷发动机拆装及关键零件的测量与绘图环节，充分调动学生的兴趣和积极性，锻炼学生上网查阅资料解决问题的能力，通过让学生收集整理与发动机结构与工作原理相关的资料，结合拆卸发动机的过程，深刻地认识发动机的组成及工作原理，然后自己选择零件进行绘图，对零件的设计结构提出自己的见解。摩托车发动机与变速箱的拆装、关键零件测绘、设计及加工工艺、制造为机械专业本科生课程设计重要组成部分，本实践不仅可提高学生实践动手能力，而且还可以激发学生对机械内部结构探索的兴趣。通过本部分的训练，让学生了解单缸风冷发动机的工作原理和传动结构，了解典型零件的用途及其性能要求；学会使用基本的拆卸工具对摩托车单缸风冷发动机进行拆卸；掌握常用的测量工具的使用方法，对典型零件进行测绘并完成零件图绘制；掌握单缸风冷发动机关键零件工艺设计；使用二维图绘制软件CAXA绘制零件图；使用Pro/E或Solidworks软件对摩托车单缸风冷发动机的关键零部件进行三维设计。

通过桌面数控平台的使用，使学生了解三维软件与数控编程软件的使用方法、加工过程仿真，学生能够对自己设计的零件生成加工程序，并导入编程软件完成其加工过程。这也是在智能制造大环境背景下培养学生应用现代化制造技术，紧跟当代加工工艺，提高自身竞争力、提高知识层次的有效途径。学生通过自学机械加工领域相关软件，根据测绘设计零件，由学生自己独立完成程序生成、模拟加工、工件装夹等基本操作，最终在桌面数控平台上加工出实际零件形状。通过以上环境的训练，锻炼了学生逆向设计能力、制图能力、工艺设计能力、对现数控平台的操作和加工能力，最终使学生适应现代社会发展。

三、采用“项目驱动法”实施课程综合训练与实践相结合的教学实践

以摩托车单缸风冷发动机为研究对象，依托机械课程组提出机械制造综合能力训练创新项目开发。先讲授摩托车单缸风冷发动机设计背景、项目需求及相关知识。在学生建立基本的理论和认知基础上，再以小组的形式分别对摩托车单缸风冷发动机某一问题提出优化设计方案。在方案设计过程中，各小组成员充分讨论，相互沟通交流、发表各自的见解，统一思想完成项目最优的设计方案。这样，使各组成员都能够积极参与项目，融入到问题的解决中去。同时，也能够培养学生的团队协作能力和沟通表达交流能力。在项目的实践环节，各小组需要完成设计零件的工艺设计并独自加工自己改进设计所得的零件。在加工零件过程中，指导教师应做好详细的安排和计划并予以及示教和监督。通过以项目为载体的制造环节能够培养学生的安全意识、质量意识、创新意识、环保意思使学生具备良好的职业素养及敬业奉献精神。最后指导教师分别对各组的项目载体的完成效果进行答辩评价、验证实践项目载体的科学、合理、正确性，给出最终的考核成绩。在以项目为载体实施的整个过程中，坚持OBE理念，以学生为主体，以成果为导向。改变了传统的灌输式教学方式，激发了学生对知识的渴望和探索，调动了学生的积极性，培养了学生的团队合作意识、创新意识，同时也提高了学生对机械领域复杂问题的发现、分析、解决的能力。

通过实施“机械制造综合能力训练”以“项目和任务驱动式”教学来弥补机械设计与制造在理论教学中的不足之处，从而培养学生具备良好的职业素养、敬业精神、工程素质，以此来提高学生的机械设计创新能力以及综合工程实践能力。

四、创新机械制造综合能力训练的教学模式

（一）课程结构的创新

人才培养过程中最重要的是课程结构的设置。培养受社会欢迎的并且具有过硬综合素质的机械设计制造人才需要有受社会认可的课程结构、课程内容和课程教学方法。注重机械制造综合能力训练与课程设置之间的联系，提高机械类学生的实践能力。适时更新实践内容和方式，灵活开发新的课程结构和教学方法；重构机械制造综合能力训练实践教学体系，加强实践教学过程中学生实践能力的培养。打破传统的机械制造综合能力模式，引入文化素质教育的内容，提高大学生的凝聚力和创新思维方法。完善机械制造综合能力课程实践设置的规范性，提高大学生的自主解决问题的能力。

（二）教学方式的创新

随着“中国制造2025”战略的提出和实施，为制造业的发展带来了重大机遇[5]。培养新时代机械制造综合素质人才，是普通高等学校顺应时代发展潮流的关键[6]。机械设计制造是一门综合性极强的学科，突破传统的线性教学组织结构，优化组合教与学两要素。在机械制造综合能力训练教学中引入“互联网+”教学方式。基于大数据、移动互联网、虚拟现实等技术，促使教学内容在选择与推送上更加准确、科学，使教学内容的呈现方式更加丰富多样，极大地增强了传统机械设计加工过程过于抽象的问题。采用虚拟现实技术不但能够增强学生对机械设计制造过程的理解，而且能够有效避免实操过程中一些危险操作的发生，有效增强了学生的安全操作水平。能够使学生更好的将传统的制造业与信息化技术结合，为国家智能制造战略的发展和个人适应未来社会的发展具有十分重要的意义。

（三）教学手段的创新

学生要在激烈的竞争中脱颖而出，就需要加强实践教学，普通高等学校需要加快机械制造实践教学改革[7]。学生在实训中缺乏主动性，为激发学生主动性和积极性，采用任务型或者是项目导向型，由学生自主进行实训探索，通过教师给出的资料及岗位介绍，让学生通过机械制造的过程和精准度、岗位要求进行探索和分析，在项目中获取机械制造相关的知识，深化对实训的认识，进而提高实训效果，提高学生的实训积极性。

以前的课程设计，由于实践教学中多采用示范教学，没有放开手让学生进行实训操作，实践探究。在实际过程中，导致学生缺乏主动性和积极性，只是在完成学习任务，没有意识到实训的真正作用。

学生通过机械制造综合能力训练能够有效提高学生的设计能力、动手能力和解决实际问题的能力，巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论解决生产实际中典型零件的制造问题的能力。专业课程的综合能力训练将逐渐成为高等学校工程教育必不可少的重要环节，发挥着其他课程不可替代的重要作用。