数字化技术在机械设计制造理实一体化教学中的应用策略

孔皓

摘 要： 机械设计制造技术专业面临着适应时代的新要求和挑战。在机械设计制造理实一体化课程教学中，存在诸多问题。为了更好地适应和服务于现代工业的发展，教学需要通过培养学生创新思维、实践能力、搭建实践教学与产业需求的桥梁、强化信息化教学和制定科学的评价标准等策略，提高课程各模块的数字化关联，为培养企业所需要的数字化人才提供了保障。

关键词： 数字化技术；机械设计制造；理实一体化

中图分类号： G642.0文献标识码： A文章编号： 2095-9052（2024）06-0203-03

引言

随着数字化和智能化的迅速发展，制造业对人才的需求也发生了深刻变化。传统的机械设计制造课程已经不能满足现代工业对人才的要求，因此，机械设计制造技术专业需要开设综合性的理实一体化课程，以培养适应数字化、智能化时代需求的人才。

数字化技术在机械设计制造理实一体化课程中的应用，可以为学生提供更加实践性和综合性的学习体验。通过将数字化技术融入课程中，学生可以学习到现代工业中广泛应用的CAD/CAM软件、仿真模拟技术、物联网技术等，从而提高他们的设计和制造能力。此外，数字化技术还可以帮助学生更好地理解机械原理和工艺流程，提高他们的创新能力和问题解决能力［1］。然而，数字化技术在教学中也面临一些挑战。首先，教师需要具备相关的数字化技术知识和教学经验，以能够有效地教授这些内容。其次，教学设备和软件的更新换代速度较快，学校需要不断跟进并更新教学资源此外，数字化技术的应用也需要与实际工业生产相结合，学校需要与企业合作，提供实践机会和实习机会，以培养学生的实践能力和工作经验［2］。

因此，研究数字化技术在机械设计制造理实一体化课程教学中的应用，对于机械设计制造技术专业来说具有重要意义。通过深入研究和探索，我们可以为教师提供相关的教学策略和最佳实践，为学生提供更加贴近实际工业需求的学习体验，从而有效地培养符合企业需求的数字化、智能化人才。

一、课程教学的现状

（一）课程教学的现状

数字化设计制造专业课程的目标是培养学生使用现代工具解决复杂工程问题的能力。随着科技的发展和工业的进步，数字化设计制造已经成为现代工程领域的重要组成部分。该专业课程主要包括计算机辅助设计（CAD）技术基础与应用、计算机辅助分析（CAA）技术基础与应用、CAD/计算机辅助制造（CAM）软件实践、数控机床与编程等课程。为了满足机械设计制造综合实践类课程改革的需求，还新开设了数字化设计制造理论与实践理实一体化课程。该课程设置了数字化设计与分析、工艺规程与夹具设计、数控编程、数控加工四个模块［3］。

（二）课程教学存在的问题

1.创新环节的植入力度不强

理实一体化课程应该是理论与实践的有机结合，通过将理论知识与实际应用相结合，培养学生的综合能力和创新思维。然而，有些课程只是简单地将理论课程和实验课程进行叠加，缺乏对课程的整体规划和设计。目前对于理实一体化课程的具体实施方法还没有统一的定论。不同高校在实施过程中存在一些差异。一些高校在课程设置中没有充分考虑到创新环节的植入，导致学生对于理实一体化课程所体现的创新能力的培养理解不到位［4］。

2.学生综合工程能力欠缺

综合工程能力是指学生在机械设计制造过程中，能够综合运用所学的理论知识和技能，解决实际工程问题的能力。然而，由于传统的教学模式注重理论知识的传授。学生在课堂上学到的理论知识与实际工程问题之间存在脱节。他们缺乏将理论知识应用到实际问题中的能力，无法有效地解决复杂的工程问题。机械设计制造往往需要团队合作来完成，而学生在传统的教学模式中往往缺乏团队合作的机会和培养。这导致学生在团队合作和协作方面的能力不足，无法有效地与他人合作解决工程问题［5］。

3.实践教学与产业需求脱节

随着数字化技术的快速发展，传统的机械设计制造教学往往无法及时跟上行业的发展趋势和需求，导致学生在实践环节中面临与实际工作要求不匹配的情况。传统的机械设计制造教学往往停留在传统的工艺和设备上，无法及时引入最新的数字化技术和工具。而在实际工作中，数字化技术已经成为机械设计制造的重要组成部分，学生缺乏相关知识和技能，无法适应现代工业的需求。传统的教学往往缺乏与行业的密切联系，无法及时了解和反馈行业的需求和变化。这导致教学内容和方法与实际工作要求脱节，学生毕业后很难适应工作环境。

4.信息化教学不足

信息化教学是指利用数字化技术和信息技术手段，辅助教学过程，提高教学效果的教学模式。在机械设计制造理实一体化教学中，缺乏与数字化技术相结合的教学资源。教材、课件、实验设备等数字化教学资源的缺乏，限制了教师在教学中充分利用数字化技术进行教学。部分教师对于数字化技术的应用和教学方法不熟悉，缺乏信息化教学的 能力。他们无法充分利用数字化技术提供的教学工具和资源，无法将数字化技术与机械设计制造理实一体化教学有效结合。部分学生对于数字化技术的应用和操作不熟悉，缺乏信息素养。他们无法充分利用数字化技术进行学习和实践，无法有效地获取和处理信息。

5.评价指标不明确

由于理实一体化教学涉及多个知识点和技能，评价标准往往比较复杂。然而，目前缺乏统一的评价指标，导致评价结果的客观性和准确性受到影响。不同教师和学校可能会根据自己的理解和偏好制定评价标准，导致评价结果的差异性。由于缺乏明确的评价标准，评价内容往往过于片面。一些评价可能只关注学生对于数字化技术的掌握程度，而忽视了学生在实际工程解决问题的能力、团队合作的能力等方面的表现。这样就无法全面评价学生的综合能力和素质。目前常用的评价方法主要是考试和作业，缺乏多样化的评价方法。这种单一的评价方法难以全面了解学生的学习情况和能力发展，无法真实地反映学生在理实一体化教学中的表现。

二、机械设计制造专业教学优化措施

（一）培养学生创新思维

1. 实践导向的教学

通过将理论知识与实际操作相结合，引导学生进行机械设计制造的实践活动。例如，组织学生参与实际的机械设计项目，让他们亲自动手进行设计、制造和测试，从而培养他们的创新思维和解决问题的能力。

2. 项目驱动的学习

通过开展项目驱动的学习，让学生在实际项目中面临各种挑战和问题，激发他们的创新思维。例如，给学生一个实际的机械设计问题，让他们自主思考和解决，鼓励他们提出创新的设计方案和解决方案。

3. 创新实验室和科技创新竞赛

建立创新实验室和参加科技创新竞赛是培养学生创新思维的重要途径。学生可以在实验室中进行自主探索和实践，参与创新项目和竞赛，锻炼团队合作能力和创新能力，同时将所学知识和技能应用到实际的创新活动中。

4. 跨学科学习

鼓励学生将不同学科的知识和技能进行整合和应用，培养学生的综合分析和创新能力。例如，将机械设计和电子技术、材料科学等学科进行跨学科融合，让学生了解不同学科之间的关联，拓宽他们的思维视野。

（二）培养学生实践能力

通过实践操作课程，如机械制图、机械加工等，让学生亲自动手操作，熟悉机械设计制造的实际操作流程和技术要求。例如，学生运用三维软件及相关课程的专业知识，结合三维工程软件的上机操作，可以独立地进行空压机零件设计结构的分析和建模。首先，学生需要分析空压机零件的设计结构特点，包括了解工作原理、功能需求以及零件形状、尺寸、连接方式等。其次，学生需要规划三维参数化建模的基准与特征，确定基准平面、轴线和特征点，并确定需要参数化的尺寸和特征。然后，学生在三维软件中建立参数化零件模型，遵循建模规律和机械设计原理，确保模型的准确性和可用性。在建模之前，学生可以制定多个建模方案，并进行分析比对，选择最合理的方案进行建模。接下来，学生建立正确的数字化模型，包括几何形状、尺寸、特征等。最后，学生利用三维软件的分析工具进行拔模分析和壁厚分析，评估零件的可制造性、拆卸性、强度和稳定性。通过以上步骤，学生可以独立地进行空压机零件的设计和建模工作，并使用三维软件进行分析和验证，为后续的制造和测试提供参考和支持。

（三）搭建实践教学与产业需求的桥梁

在机械设计制造理实一体化教学中，搭建实践教学与产业需求的桥梁的教学策略包括建立校企合作基地、导入实践项目教学、投资建设专业实训设施和邀请企业导师指导学生。通过校企合作基地的建设，学生可以接触真实的工作环境和项目需求。例如，学校可以与当地的机械设计制造企业合作，共同设立实践基地，让学生参与企业的实际项目，了解行业的实际需求和工作流程。这样的合作可以帮助学生更好地理解理论知识的应用，并培养他们的团队合作和沟通能力。

另外，导入实践项目教学也是一种有效的教学策略。学校可以设计一些实践项目，让学生在课堂上进行实际操作和解决实际问题。例如，学生可以设计并制造一个小型机械装置，或者参与一个真实的产品设计和制造项目。通过这样的实践项目，学生可以培养创新思维和解决问题的能力，同时也能够更好地理解和应用所学的知识。

投资建设专业实训设施也是强化信息化教学的重要策略之一。学校可以投资建设先进的实训设施，包括CAD/CAM实验室、3D打印机、数控机床等。这些设施可以提供学生进行实际操作和实践训练的机会，帮助他们掌握实际技能。通过实际操作和实践训练，学生可以更好地理解和应用数字化技术在机械设计制造中的应用。

最后，邀请企业导师指导学生也是一种有效的教学策略。学校可以与机械设计制造企业合作，邀请企业的专业人士来校内担任导师，指导学生的学习和实践。企业导师可以分享实际案例和行业动态，帮助学生了解产业需求和趋势。同时，企业导师还可以提供实际项目的指导和反馈，帮助学生更好地应用所学的知识。

（四）强化信息化教学

在机械设计制造理实一体化教学中，强化信息化教学的教学策略是关键。首先，通过引入计算机辅助设计（CAD）软件和计算机辅助制造（CAM）软件，学生可以在虚拟环境中进行设计和制造的模拟实践，提高他们的设计能力和制造技术。其次，利用虚拟仿真技术，学生可以进行产品性能测试和工艺优化，减少实际试错的成本和时间，提高设计和制造的效率。此外，利用互联网和在线学习平台，学生可以获取到丰富的学习资源和实时的行业信息，拓宽他们的知识视野和专业素养。还可以利用远程教学技术，实现师生之间的互动和交流，解决时间和空间的限制，提高教学的灵活性和效果。综上所述，通过强化信息化教学的教学策略，可以有效促进机械设计制造理实一体化教学的发展，提高学生的实践能力和创新能力，适应数字化时代的教育需求。

（五）制定科学的评价标准

在机械设计制造理实一体化教学中，制定科学的评价标准是一个关键的教学策略。机械设计制造是一门实践性强、技术要求高的学科，因此，评价标准的制定需要结合机械设计制造的特点和实际需求。

首先，评价标准应该明确教学目标和学习要求。在机械设计制造理实一体化教学中，教师应该明确教学目标，即培养学生的实践能力、创新思维和解决问题的能力。同时，教师还应该明确学习要求，即学生需要掌握的知识、技能和能力。评价标准应该围绕这些目标和要求展开，以确保评价的准确性和有效性。

其次，评价标准应包括多个方面的评价。在机械设计制造理实一体化教学中，学生需要掌握的不仅仅是理论知识，还包括实践能力、创新思维和团队合作能力等。因此，评价标准应该涵盖这些方面，以全面评估学生的学习成果。

第三，评价标准应该具备明确的量化指标。在机械设计制造中，往往需要对学生的设计方案进行评估和比较。因此，评价标准应该具备明确的量化指标，以便能够客观地评估学生的设计成果。例如，可以通过评估设计的创新性、可行性、效率等指标来评价学生的设计方案。

最后，评价标准应该与实际工作需求相对应。机械设计制造是一门应用性强的学科，学生的学习成果应该能够满足实际工作的需求。因此，评价标准应该与实际工作需求相对应，注重学生的实践能力和创新思维。评价标准的制定应该考虑到行业标准和实际工作中的要求，以提高学生的就业竞争力。

结语

通过数字化技术在机械设计制造教学中的应用，我们可以提高学生的学习效果和教学质量，培养学生的创新思维和实践能力，促进教学与产业需求的紧密结合。数字化技术为学生提供了更多的学习资源和实践机会，使他们能够更好地理解和应用机械设计制造的知识和技能。同时，数字化技术也为教师提供了更多的教学工具和方法，能够更好地激发学生的学习兴趣和创造力。然而，数字化技术的应用也面临一些挑战。首先，技术设备的投入和维护成本较高，需要学校和教育机构提供必要的资源支持。其次，师资队伍的培养和教师的教育理念转变也是一个重要的问题。教师需要不断更新自己的知识和技能，适应数字化技术的发展，并将其应用于教学实践中。为了克服这些挑战，教育机构和学校应加强对师资队伍的培养和教师的专业发展，提供必要的技术设备和资源支持，建立科学的评价体系，以推动数字化技术在机械设计制造教学中的广泛应用。希望本论文的研究成果能够对相关教育工作者和决策者提供有益的借鉴和参考，推动机械设计制造教学的改进和发展。

参考文献：

［1］ 陈勇，徐风华，李然.机械设计制造理实一体化教学中数字化技术的应用［J］.汽车实用技术，2023，48（24）：164-167.

［2］马圣良.中职机械设计制造和自动化专业教学存在的问题与对策［J］.现代职业教育，2021，（39）：58-59.

［3］韩道刚.基于技能比赛的模具专业理实一体化教学［J］.中国冶金教育，2019，（04）：11-13.

［4］李然，王宸，陈诚等.“理实一体化”在《数字化设计制造理论与实践》教学中的应用研究［J］.轻工科技，2021，37（01）：161-162.

［5］董绍江，李军，钟厉等.以双一流学科建设为导向的机械类理实一体化课程设置研究［J］.现代经济信息，2019（24）：457.

作者简介：孔 皓（1995.05— ），男，汉族，河南省驻马店人，硕士研究生，助教，研究方向：机械设计与制造。