《先进制造与智能制造技术》教学内容的改革案例设计

朱丽娜，岳 文，唐云龙，佘丁顺

（中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 100083）

0 引言

2015年，国务院发布了《中国制造2025》战略，这是我国关于实施制造强国战略的第一个十年行动纲领。其核心是加快推进制造业创新发展、提质增效，实现从制造大国向制造强国转变，这标志着我国的制造行业要向着更加先进的数字化、网络化、智能化、服务化的方向发展[1]。

制造业是国民经济的支柱产业，是创新的主战场。智能制造体系下，产品设计开发的周期大大缩短，产品的生产效率和质量性能大幅度提升，因而对机械工程技术人员的综合素质和能力需求也相应提高[2]。需要推进教学方法改革，让学生在有限的学制内获得更宽、更深、更新的知识，落实先进制造和智能制造专业领域要求的工程人才需要具备的解决复杂工程问题能力的培养[3]。

因此，本文将以先进制造与智能制造为背景，探讨如何将机械工程专业的《先进制造与智能制造技术》课程进行改革，从而培养出更加符合先进制造和智能制造专业领域要求的机械工程人才。

1 现状分析

当前，《先进制造与智能制造技术》课程内容主要包括智能制造的背景介绍、基本概念、框架体系以及关键技术等。在授课过程中发现，由于智能制造内容较于宽泛、抽象，且教材本身对概念和知识点阐述不深，缺少实际的教学案例，在教学过程中发现学生的学习兴趣不足。由于兴趣不足，有很多学生上课不认真听讲，到考前了才临时抱佛脚，死记硬背，甚至根本不理解书本上的知识，因此很难应用到实际生产中去。为此，提出对《先进制造与智能制造技术》课程的教学内容进行改革。结合当前的课题研究内容，将智能制造领域的前沿动态引入课堂，让学生深刻感受到科技的魅力，从而激发他们的学习热情和探索的动力。

2 面向先进制造与智能制造的教学内容改革

2.1 校企合作，促进产学合作协同育人

为保证人才培养质量，适应快速发展的智能制造科技革新，在《先进制造与智能制造技术》本科专业课程的教学质量方面应有效地利用企业的资源，实现专业课程与企业需求的有机结合，完成理论知识与实践能力的有效转换，从而提升课程的产业价值，进而提高学生的综合职业能力[4]。通过校企双方在“智能制造”领域的紧密合作，开展《先进制造与智能制造技术》本科专业课程改革，可为高校的“智能制造”类人才培养改革，促进产学合作协同育人，提高人才培养质量奠定良好基础。

2.2 完善教学方法，优化考核方式

好的教学内容加上合理的教学方法，才能够将教学效果发挥到极致，两者缺一不可[5]。《先进制造与智能制造技术》作为机械设计制造及自动化专业方向的一门核心专业课程，其重要性不言而喻。该课程属于跨学科、多学科的学科交叉融合的教学，概念和术语较多，先进技术多。由于涉及不同的学科领域，容易造成学生在知识理解上产生困难。

初步探索《先进制造与智能制造技术》课程采用线上与线下混合式教学改革[6-8]。对于基础性的知识，学生较容易理解，通过线上自学就能够很好地掌握。但对于教学重点和难点内容，则需要在线下进行教学。首先，借助通俗易懂的语言，让学生对该术语或技术初步建立概念的浅层理解；其次，通过图片、视频等较为直观形象的形式展示给学生，加深学生对概念深层次的理解，并使学生能够建立浓厚的学习兴趣。对教学重点和难点部分采用“剥洋葱”式法进行逐层分解，将重点和难点讲深、讲透[5]。因此，进行《先进制造与智能制造技术》课程的线上与线下相结合的教学模式改革，学生可以线上自学较为简单的基础知识，线下结合学校实验教学中心与企业的设备和平台开展教学活动，完成重点和难点内容以及关键技术问题的精讲，使学生在这些教学活动中能够深刻地理解知识内涵、锻炼自己的能力，达到高阶的学习目标。

《先进制造与智能制造技术》课程目前采用平时成绩、期末笔试成绩加权的考评方式。平时成绩占40%，包含出勤情况、课堂表现、平时作业成绩和期中测试成绩，四部分各占10%；期末笔试成绩占60%。随着线上线下混合式教学模式的推进，将出勤情况、课堂表现、平时作业成绩由线上学习成绩代替，包括视频的学习及相关问题的讨论情况。成绩通过小组自评、小组互评、老师打分的形式确定，最终成绩取三者的平均分。期末考试之前重点考查的是教材中需要死记硬背的基础知识，改革后增加一些分析型的题目，即针对某个实际的产品，应用哪种制造技术来进行加工制造。

改革后的考核方式能够更好地考察学生的实际学习情况。平时的线上学习成绩主要考察学生的自学能力，而期末考试则主要考核学生对知识的综合运用能力。线上成绩+期末考试构成的评价体系是对学生知识和能力的综合考察，符合新时代科学育人的原则。

2.3 增加激光刻蚀智能加工的案例

结合本人的课题研究方向，向学生介绍激光刻蚀智能加工的案例。首先，给学生讲解大自然中存在的“荷叶效应”。无论人们何时看到荷叶，它的叶子总是整洁干净的，这是因为荷叶的表面具有许多低表面能的蜡质微/纳米级的多重乳突状结构。即使荷叶上黏附了灰尘、污泥等，在经过一场雨之后，滚动的水珠便能将这些污渍带走，使荷叶洁净如初，达到自我清洁的效果，这就是荷叶能够“出淤泥而不染”的原因。荷叶效应的本质是超疏水现象，那么再给学生讲解超疏水的定义：当水滴在物体表面的接触角达到150°到180°之间，并且水滴在该物体表面的滚动角低于10°时，则称该物体表面具有超疏水性。接着给学生讲解利用先进的激光刻蚀智能加工技术能够人工制造出“类荷叶”的微纳米粗糙结构。利用图片和视频的形式向学生展示激光刻蚀加工的过程，并介绍超疏水材料在实际生活中的应用实例，如制造出具有超疏水自清洁功能的聚酯雨衣、雨篷及衣物面料等；制造出防止户外设备积雪的超疏水涂层材料；制造出微液滴控制针头，使得在实验或者生产过程中对液体滴加计量能够精确控制等。通过以上的讲解，使学生能够对激光刻蚀智能加工技术有全面的了解，激发学生的学习热情。

3 结论

为保证人才培养质量，适应快速发展的智能制造科技革新，必须对课程内容及教学方法进行改革。教学方面：进行线上与线下相结合的教学模式改革，学生线上自学较为简单的基础知识，线下采用“剥洋葱式”的教学方法进行重点和难点内容的讲解。内容方面：增加激光刻蚀智能加工的案例，结合笔者当前的课题研究内容，将激光刻蚀智能制造领域的前沿动态引入课堂，让学生深刻感受科技的魅力，激发他们的学习热情和探索的动力。