包幸生 徐福林 曹永潔
摘 要 面對先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展快、知識新、內(nèi)容廣的特點,結(jié)合高等職業(yè)教育機械類專業(yè)培養(yǎng)“應(yīng)用型”工程實踐高素質(zhì)人才的培養(yǎng)目標(biāo),分析先進(jìn)制造技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)和課程內(nèi)容,提出了基于工程實踐的工程化教學(xué)法,通過理論內(nèi)容工程化,融理論教學(xué)于實踐教學(xué)之中。隨機選取兩機械類行政平行班為樣本,一班采用傳統(tǒng)的理論課程授課,另一班采用工程化方式授課,采用單因素等組分析法,比較兩行政班對課程的掌握程度和培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成情況,后者明顯好于前者,驗證了工程化教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)的理論課程授課。
關(guān)鍵詞 先進(jìn)制造技術(shù) 工程化教學(xué)
中圖分類號:G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdks.2017.03.044
0 引言
先進(jìn)制造技術(shù),是指制造業(yè)不斷吸收機械、電子、信息、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果,并綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的全過程,以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn),提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應(yīng)能力和競爭能力并取得理想經(jīng)濟效果的制造技術(shù)。①②③通過該課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠擴大知識面,了解制造業(yè)的前沿技術(shù)。但它理論性強,這些技術(shù)仿佛離我們十分遙遠(yuǎn),導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高,投入不足,效果較差。為了改善教學(xué)效果,通過分解課程教學(xué)目標(biāo)和課程內(nèi)容,整合學(xué)校軟、硬件資源,建立若干工程化生產(chǎn)過程來展現(xiàn)這門課程的主要內(nèi)容,理論聯(lián)系實際,讓學(xué)生從感性認(rèn)識出發(fā)去學(xué)習(xí)該課程,從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)習(xí)效果。
1 教學(xué)目標(biāo)與課程內(nèi)容的分解
先進(jìn)制造技術(shù)課程是高等職業(yè)院校機械類專業(yè)的一門核心專業(yè)課,其任務(wù)是使學(xué)生掌握先進(jìn)制造技術(shù)的原理和方法,為今后從事制造業(yè)工程技術(shù)工作打下良好基礎(chǔ)。課程總體目標(biāo)是使學(xué)生對先進(jìn)制造系統(tǒng)及其主要的先進(jìn)制造技術(shù)有一個基本了解,并掌握先進(jìn)制造系統(tǒng)的構(gòu)成,分析、決策、規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)知識和方法,從而成長為“應(yīng)用型”工程實踐高素質(zhì)人才,總目標(biāo)可以細(xì)分為:知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。
知識目標(biāo):學(xué)習(xí)先進(jìn)制造工藝,如精密、超精密加工工藝,超高速加工工藝,特種加工工藝和快速原型技術(shù); 理解現(xiàn)代設(shè)計方法,如計算機輔助設(shè)計(CAD),三維造型設(shè)計,有限元仿真設(shè)計,反求設(shè)計和綠色設(shè)計等;了解最新自動化技術(shù),如計算機輔助工藝編制(CAPP),計算機輔助制造(CAM),柔性制造技術(shù)(FMS),計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS),智能制造系統(tǒng)(IMS),數(shù)控加工技術(shù)等;運用現(xiàn)代管理技術(shù),如企業(yè)資源計劃(ERP),產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM),準(zhǔn)時生產(chǎn)(JIT),精益生產(chǎn)(LP),和敏捷制造(AM)等。
能力目標(biāo):掌握多種先進(jìn)制造技術(shù)的知識和理論,依據(jù)生產(chǎn)實際需求,能夠有針對性地正確選擇相關(guān)制造工藝并組織實施;能夠分析比較不同工藝方案的優(yōu)缺點,并具備更加經(jīng)濟地選擇加工工藝的能力;能夠規(guī)劃設(shè)計工藝流程,并擁有解決關(guān)鍵工藝的能力。
素質(zhì)目標(biāo):養(yǎng)成查閱國內(nèi)外資料的習(xí)慣,自覺學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù),積累經(jīng)驗并能舉一反三;培養(yǎng)良好的思想政治素質(zhì)、較強的組織能力和團隊合作能力。
該課程的主要內(nèi)容包含四大類:④⑤現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、先進(jìn)制造工藝、自動化技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù),每一類可以進(jìn)一步細(xì)分,形成很多技術(shù)方向,如圖1所示。
2 工程化教學(xué)的構(gòu)建原則
普通的課程實驗,往往僅是針對本課程某個知識點展開的,一般由教師主導(dǎo),學(xué)生在一旁學(xué)習(xí),并在教師指導(dǎo)下操作,它是以教師為中心的一種教學(xué)方式。與課程實驗不同,該課程的工程化教學(xué),依托工程項目,以學(xué)生為主體,在教師指引下,學(xué)生組成幾個小團隊去完成任務(wù)。工程的每個階段,老師需及時恰當(dāng)?shù)貍魇谙嚓P(guān)理論知識和實際操作技能,理論與實踐融為一體,學(xué)生既學(xué)習(xí)了理論知識,又鍛煉了實踐能力,并且學(xué)會了發(fā)現(xiàn)問題分析問題和解決問題的能力。為了更好地完成教學(xué)內(nèi)容,達(dá)成教學(xué)目標(biāo),構(gòu)建工程化實踐時,必須遵循以下原則:
(1) 保證主要教學(xué)內(nèi)容全覆蓋:不同于課程實驗,工程化教學(xué)是對課本內(nèi)容的學(xué)習(xí),把課本內(nèi)容融入工程項目中,為了使學(xué)生能夠全面學(xué)習(xí)相關(guān)先進(jìn)制造技術(shù)的理論知識,工程實踐需涵蓋該課程的主要教學(xué)內(nèi)容。
(2)突顯教學(xué)特色:我院已有很多與先進(jìn)制造技術(shù)相關(guān)的軟、硬件資源,構(gòu)建工程化實踐時,結(jié)合我院實際情況,突顯本課程的教學(xué)特色。
(3)與學(xué)生現(xiàn)有水平相適應(yīng):工程項目不能太難,否則會使學(xué)生望而生畏。從高等職業(yè)院校學(xué)生的實際水平出發(fā),采用中等復(fù)雜的項目,既能培養(yǎng)學(xué)生興趣,又能提升學(xué)生能力。
(4)緊跟世界前沿制造技術(shù):先進(jìn)制造技術(shù)日新月異,工程實踐需經(jīng)常更新,不斷完善,緊跟世界制造技術(shù)的步伐。
3 工程化教學(xué)的構(gòu)建與實踐
面對先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展迅速、知識新穎、內(nèi)容廣泛的特點,結(jié)合高等職業(yè)教育機械類專業(yè)培養(yǎng)“應(yīng)用型”工程實踐高素質(zhì)人才的培養(yǎng)目標(biāo),基于學(xué)院現(xiàn)有的先進(jìn)軟、硬件資源,設(shè)計一系列工程化實踐,涵蓋該課程主要教學(xué)內(nèi)容,融理論教學(xué)于實踐教學(xué)之中,通過工程化教學(xué),實現(xiàn)知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)的達(dá)成。
工程化實踐一:選擇中等復(fù)雜的電機主軸,借助三坐標(biāo)測試儀和三坐標(biāo)掃描儀進(jìn)行測量,實現(xiàn)反求工程,采用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、綠色設(shè)計,并且進(jìn)行有限元仿真;運用自動化技術(shù)和先進(jìn)制造工藝技術(shù)對設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行加工;使用現(xiàn)代管理技術(shù)ERP進(jìn)行管理。
工程化實踐二:以UG、PRO-E等軟件實現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計,并制造仿真CAPP/CAE/CAM,最后運用在數(shù)控機床上,實現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計,虛擬制造和仿真,數(shù)控復(fù)合加工技術(shù)。
工程化實踐三:以UG等三維軟件實現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計,結(jié)合3D打印機,實現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計思想和快速原型技術(shù)的結(jié)合。
工程化實踐四:以水刀機床、線切割等特種加工技術(shù)實現(xiàn)先進(jìn)制造工藝的學(xué)習(xí)。
工程化實踐五:以柔性制造單元為依托,實現(xiàn)柔性制造技術(shù)的學(xué)習(xí)工業(yè)機器人的學(xué)習(xí)。
通過以上五個工程化實踐的構(gòu)建,涵蓋了絕大部分先進(jìn)制造技術(shù)的課程內(nèi)容,再通過企業(yè)參觀的方法,適度補充一些網(wǎng)絡(luò)制造、虛擬制造、納米加工、生物制造等先進(jìn)技術(shù),實現(xiàn)課程內(nèi)容全覆蓋。工程實踐過程中,學(xué)生學(xué)習(xí)了先進(jìn)制造技術(shù)的相關(guān)理論和知識,達(dá)成知識目標(biāo),培養(yǎng)了多種能力,達(dá)成能力目標(biāo),提高了學(xué)習(xí)的主動性和加強了團隊合作精神,達(dá)成素質(zhì)目標(biāo)。各個目標(biāo)與工程實踐之間的層次關(guān)系如圖2所示。
4 工程化教學(xué)的效果分析
充分發(fā)揮學(xué)校軟硬件資源的先進(jìn)優(yōu)勢,再補充采購一些新的先進(jìn)制造技術(shù)設(shè)備和仿真軟件,構(gòu)建完成以上五個工程化實踐基地,隨機選取兩機械類行政平行班為樣本,每班各35名同學(xué),一班采用傳統(tǒng)的理論課程授課方法,另一班采用工程化方式授課,學(xué)期末采用相同的考核方式,采用單因素等組分析法,比較兩行政班的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況,知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)達(dá)成方面,工程化教學(xué)班級顯著好于對比的平行班,驗證了工程化教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)的理論課程授課效果。
5 結(jié)論
構(gòu)建工程化實踐基地,采用工程化教學(xué)方式,能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,更好地掌握知識、鍛煉能力和提高素質(zhì)。在實施工程化教學(xué)過程中,也發(fā)現(xiàn)一些不足之處:工程化實踐不能全部覆蓋當(dāng)前的所有先進(jìn)制造技術(shù)內(nèi)容,需進(jìn)行必要的理論補充;先進(jìn)制造技術(shù)是在不斷發(fā)展的,工程化成本太高,必須依附于其它實訓(xùn)中心。
注釋
① 楊叔子,吳波.先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].機械工程學(xué)報,2003.39(10):73-78.
② 隋廣洲,弓滿鋒,李忠.論先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢及特征[J].新技術(shù)新工藝,2012(6):7-11.
③ 孫燕華.先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2015:2-8.
④ 歐陽陵江,張劍.高職先進(jìn)制造技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及改革探討[J].教育教學(xué)研究,2015.11(7):41-43.
⑤ 楊叔子,吳波,李斌.再論先進(jìn)制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢術(shù)[J].機械工程學(xué)報,2006.42(1):1-4.