苗淑杰 徐莉 劉春香

摘 要：本文根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的“成果導(dǎo)向”理念， 針對(duì)當(dāng)前機(jī)械類專業(yè)教學(xué)中存在的設(shè)計(jì)和制造類課程之間相對(duì)獨(dú)立設(shè)置的問(wèn)題，提出了設(shè)計(jì)與制造類課程實(shí)踐教學(xué)融合建設(shè)的思路。圍繞機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造主線，突出設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)設(shè)置理論教學(xué)內(nèi)容。以培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)綜合應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向，以真實(shí)工程環(huán)境為依托，通過(guò)項(xiàng)目化實(shí)踐教學(xué)的5個(gè)階段，即方案設(shè)計(jì)、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、典型零件工藝設(shè)計(jì)、零件加工、精度檢測(cè)分析及組裝，實(shí)施機(jī)械類專業(yè)設(shè)計(jì)和制造類課程實(shí)踐教學(xué)的融合，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)化、完整化的綜合實(shí)踐教學(xué)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械類專業(yè)設(shè)計(jì)與制造類課程課程融合建設(shè) 綜合實(shí)踐能力 項(xiàng)目化教學(xué)

Research on Integrated Construction of Design and Manufacturing Courses Guided by the Cultivation of Comprehensive Practical Ability

MIAO Shujie ?XU Li ?LIU Chunxiang

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Heilongjiang Institute of Technology， Harbin， Heilongjiang Province， 150030 China）

Abstract：According to the "results-oriented" concept of engineering education certification， this paper puts forward the idea of integrating practical teaching of design and manufacturing courses in view of the relatively independent setting of design and manufacturing courses in the current teaching of mechanical majors.Focus on the main line of mechanical product design and manufacturing， the theoretical teaching content of design and manufacturing ability training is highlighted. Guided by cultivating students' comprehensive knowledge application ability and engineering practice ability， relying on the real engineering environment， the project practice teaching is divided into five stages： Scheme design， component structure design， typical component process design， component processing， precision testing and analysis and assembly are integrated into the practical teaching of mechanical design and manufacturing courses to achieve a complete integrated practice teaching of design and manufacturing.

Key Words： Mechanical majors; Design and manufacturing courses; Curriculum integration construction; Comprehensive practical ability; Project teaching

機(jī)械類專業(yè)教學(xué)包括機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造兩大核心內(nèi)容。如筆者在《機(jī)械類專業(yè)設(shè)計(jì)與制造類課程的融合建設(shè)》一文中提到的，目前，機(jī)械類專業(yè)設(shè)計(jì)與制造類課程之間存在彼此相對(duì)獨(dú)立設(shè)置的問(wèn)題。設(shè)計(jì)與制造類課程教學(xué)內(nèi)容相脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握是零散的，對(duì)設(shè)計(jì)完成的零部件是否有良好的加工工藝性、是否滿足裝配要求和精度要求等缺乏認(rèn)知和體驗(yàn)，理論指導(dǎo)工程實(shí)踐能力和動(dòng)手能力欠缺，解決工程問(wèn)題的能力較弱，設(shè)計(jì)與制造類各課程內(nèi)容無(wú)法做到融會(huì)貫通、靈活應(yīng)用，缺乏知識(shí)和實(shí)踐能力的綜合訓(xùn)練與培養(yǎng)[1][2]。

為了強(qiáng)化工程實(shí)踐教育，提升工程教育質(zhì)量，深化學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力、工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新意識(shí)，使得工程教育人才培養(yǎng)適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)的需求，我國(guó)高等教育開展了本科工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。工程教育認(rèn)證體現(xiàn)了“成果導(dǎo)向”“以學(xué)生為中心”和“持續(xù)改進(jìn)”3個(gè)基本理念，其核心理念是以產(chǎn)出為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)實(shí)施教學(xué)活動(dòng)[3]。為此，機(jī)械類專業(yè)應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和制造綜合實(shí)踐能力為主線，優(yōu)化課程體系，加強(qiáng)工程綜合實(shí)踐能力訓(xùn)練和培養(yǎng)。

1 機(jī)械類專業(yè)設(shè)計(jì)與制造類課程建設(shè)思路

機(jī)械類專業(yè)教學(xué)實(shí)踐性很強(qiáng)，對(duì)學(xué)生既要注重基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的培養(yǎng)，還要注重面向工程的基本思維和基本能力的養(yǎng)成。應(yīng)以工程為引導(dǎo)，以知識(shí)獲取能力、工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為核心，強(qiáng)調(diào)教與學(xué)相結(jié)合、理論與實(shí)踐相結(jié)合、教學(xué)與工程相結(jié)合的培養(yǎng)方式，強(qiáng)化學(xué)習(xí)與應(yīng)用融合。

學(xué)生需同時(shí)具備設(shè)計(jì)與制造兩方面的知識(shí)和實(shí)踐能力，其應(yīng)具備的工程實(shí)踐能力及達(dá)成的教學(xué)支撐見圖1[4]。

理論教學(xué)環(huán)節(jié)遵循教育教學(xué)規(guī)律，基本以學(xué)科要求設(shè)置課程，以夠用為度優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，圍繞機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造主線，突出設(shè)計(jì)和制造的基本知識(shí)、基本原理、基本方法及基本過(guò)程等教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的應(yīng)用。

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在學(xué)生已經(jīng)具備一定的設(shè)計(jì)和制造方面專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，實(shí)施設(shè)計(jì)類和制造類實(shí)踐教學(xué)融合的綜合實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)。以真實(shí)工程環(huán)境為依托，采用項(xiàng)目化工程案例教學(xué)形式，把計(jì)算機(jī)繪圖、機(jī)械方案設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工制造、精度測(cè)量等內(nèi)容融合入項(xiàng)目中，實(shí)施機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)—制造—精度檢驗(yàn)—組裝的生產(chǎn)流程全過(guò)程實(shí)踐教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)化、完整化實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)整合能力、綜合知識(shí)應(yīng)用能力，提高學(xué)生對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的整體認(rèn)識(shí)。

2 機(jī)械類專業(yè)設(shè)計(jì)與制造類課程融合建設(shè)實(shí)施

2.1設(shè)計(jì)與制造類課程理論教學(xué)

針對(duì)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的設(shè)計(jì)和制造方面的工程實(shí)踐能力，首先需要學(xué)生掌握制圖和工程設(shè)計(jì)表達(dá)、方案設(shè)計(jì)、材料分析和選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析校核、精度設(shè)計(jì)和測(cè)量、加工工藝設(shè)計(jì)和制造等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。因此，在設(shè)計(jì)制造融合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)開設(shè)前，要有足夠的理論知識(shí)來(lái)支撐，需要先學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論課程，以獲取相應(yīng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的基本知識(shí)與技能。

通過(guò)機(jī)械制圖課程的學(xué)習(xí)，掌握投影、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)件的表達(dá)、標(biāo)準(zhǔn)件常用件等知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的識(shí)圖、制圖及設(shè)計(jì)表達(dá)能力;通過(guò)工程力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算，桿件的內(nèi)力、應(yīng)力分析及強(qiáng)度、剛度計(jì)算等知識(shí)和理論，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械工程問(wèn)題進(jìn)行受力、運(yùn)動(dòng)等方面的分析及對(duì)桿件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的能力;通過(guò)互換性與技術(shù)測(cè)量課程的學(xué)習(xí)，掌握標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械零件的尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度的選用及標(biāo)注，現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)等知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械精度設(shè)計(jì)及技術(shù)測(cè)量能力;通過(guò)工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，掌握機(jī)械工程材料、組織結(jié)構(gòu)、性能，熱處理工藝、成形工藝等知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生合理選材，制定經(jīng)濟(jì)合理的熱處理工藝及成形工藝的能力;通過(guò)機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)，掌握機(jī)械原理的基本知識(shí)、常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理及方法、機(jī)械動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)等知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)及可行性分析能力;通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，掌握傳動(dòng)零件、軸系零部件、連接件等通用零部件的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生通用機(jī)械零部件或簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)及工作能力分析的能力;通過(guò)金屬切削機(jī)床與刀具課程的學(xué)習(xí)，掌握金屬切削原理、刀具及機(jī)床設(shè)備等知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生零件加工的能力;通過(guò)機(jī)械制造工藝學(xué)課程的學(xué)習(xí)，掌握機(jī)械制造工藝、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、機(jī)械加工精度、機(jī)械加工表面質(zhì)量及機(jī)械裝配工藝等知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)能力。

教學(xué)中，精簡(jiǎn)各理論課程教學(xué)內(nèi)容，刪除重復(fù)內(nèi)容，對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)或結(jié)合實(shí)物易于理解的內(nèi)容，如工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)課程中熱加工零件毛坯制造部分的基本知識(shí)，金屬切削機(jī)床與刀具和機(jī)械制造工藝學(xué)課程中有關(guān)金屬切削刀具、加工設(shè)備、機(jī)械加工工藝及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面基本知識(shí)，適合于現(xiàn)場(chǎng)講授的內(nèi)容盡量安排在實(shí)習(xí)中講解。

2.2以實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)與制造類課程融合的綜合實(shí)踐教學(xué)

綜合實(shí)踐教學(xué)即將兩門或兩門以上的實(shí)踐課程合并在一起，融合各門課程的主要教學(xué)內(nèi)容，形成綜合實(shí)踐訓(xùn)練的教學(xué)模式，以便學(xué)生系統(tǒng)、全面、綜合地掌握專業(yè)知識(shí)技能。綜合實(shí)踐教學(xué)融合原傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容有：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)及機(jī)械制造工藝實(shí)習(xí)，還增加了精度測(cè)量分析內(nèi)容。

在進(jìn)行綜合實(shí)踐教學(xué)前，需完成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工程訓(xùn)練實(shí)踐技能訓(xùn)練。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用CAD軟件表達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)的能力，為后續(xù)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)儲(chǔ)備技能;通過(guò)工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)對(duì)典型產(chǎn)品的制造加工過(guò)程，使學(xué)生了解零件加工方法和工藝過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生加工操作技能，為后續(xù)零件工藝設(shè)計(jì)及加工奠定實(shí)踐基礎(chǔ)。

在綜合實(shí)踐教學(xué)中，按照專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，堅(jiān)持成果導(dǎo)向教育理念，以設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)為主線，運(yùn)用、整合所學(xué)的知識(shí)和技能，交互融合理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生得到逐步遞進(jìn)式的產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的全過(guò)程系統(tǒng)性綜合訓(xùn)練[5]。

2.2.1項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)的任務(wù)要求

在進(jìn)行綜合實(shí)踐教學(xué)前，需向?qū)W生布置詳細(xì)的工作任務(wù)。項(xiàng)目選擇實(shí)際工程機(jī)械，如產(chǎn)品包裝生產(chǎn)線、輸送線布料裝置、分度沖壓機(jī)、曲柄壓力機(jī)、顎式破碎機(jī)、絞肉機(jī)、提升機(jī)、抽油機(jī)等。學(xué)生需完成項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、典型零件工藝設(shè)計(jì)及加工、精度檢測(cè)分析、組裝、技術(shù)文件編寫等綜合性的設(shè)計(jì)制造內(nèi)容。

2.2.2項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)實(shí)施

按照機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)過(guò)程，項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)分為如下幾個(gè)階段進(jìn)行。

第一階段：方案設(shè)計(jì)。學(xué)生以組為單位，分別完成任務(wù)書中上述不同的項(xiàng)目案例的機(jī)械方案設(shè)計(jì)。進(jìn)行機(jī)構(gòu)選型和組合，研究運(yùn)動(dòng)形式的變換，并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和性能比較，根據(jù)機(jī)械的用途、功能、工藝要求及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求，確定設(shè)計(jì)方案，繪制方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。培養(yǎng)學(xué)生初步的方案設(shè)計(jì)能力。

第二階段：零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從第一階段設(shè)計(jì)的方案中，選擇1個(gè)或2個(gè)典型部件，如變速器、減速器等完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)原理和方法，依據(jù)工作技術(shù)要求，選用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)選擇、部件及其中零件的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用CAD等軟件繪制裝配圖及部分典型零件工作圖，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。培養(yǎng)學(xué)生初步的簡(jiǎn)單機(jī)械裝置設(shè)計(jì)能力。

第三階段：典型零件工藝設(shè)計(jì)。從第二階段設(shè)計(jì)的部件結(jié)構(gòu)中，選擇已完成設(shè)計(jì)的2個(gè)具有配合關(guān)系的典型零件，如齒輪和軸、連桿和軸等完成工藝設(shè)計(jì)。運(yùn)用機(jī)械制造的基本理論和方法，分析零件的加工工藝要求，設(shè)計(jì)機(jī)械零件加工工藝規(guī)程，編寫工藝過(guò)程卡片及工序卡片，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。培養(yǎng)學(xué)生初步的工藝設(shè)計(jì)能力。

第四階段：零件加工。在校工程訓(xùn)練中心完成第三階段工藝設(shè)計(jì)的典型零件的加工制造，將設(shè)計(jì)的零件實(shí)物化。按照零件設(shè)計(jì)的加工工藝及經(jīng)過(guò)工程訓(xùn)練所掌握的裝備操作技能和零件加工方法，合理選擇零件加工的設(shè)備和工具，根據(jù)零件的尺寸、結(jié)構(gòu)形狀及精度要求，加工出滿足設(shè)計(jì)要求的零件。培養(yǎng)學(xué)生按工藝要求加工零件的操作技能和解決現(xiàn)場(chǎng)工藝問(wèn)題的能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)零件設(shè)計(jì)結(jié)果的直觀感性認(rèn)識(shí)。

第五階段：精度檢測(cè)分析及組裝。根據(jù)第四階段加工零件的測(cè)量指標(biāo)，完成尺寸精度測(cè)量。合理選用計(jì)量器具，根據(jù)零件精度的測(cè)量技術(shù)方法，結(jié)合零件的尺寸及尺寸精度、幾何精度、表面粗糙度等設(shè)計(jì)要求，對(duì)已經(jīng)加工完成的具有配合關(guān)系的兩零件進(jìn)行精度檢測(cè)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。對(duì)精度測(cè)量合格的軸、孔零件進(jìn)行配合組裝，其結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)滿足配合公差要求的合格加工件和不滿足配合公差要求的不合格加工件兩種情況。出現(xiàn)配合公差不合格的情況原因有兩種：一種是軸、孔配合公差設(shè)計(jì)不合理;另一種是軸、孔配合公差設(shè)計(jì)合理，但零件設(shè)計(jì)中尺寸公差與配合公差標(biāo)準(zhǔn)不一致。因此，最后要求學(xué)生對(duì)精度測(cè)量不滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的不合格數(shù)據(jù)及不滿足配合公差要求的不合格軸、孔加工件進(jìn)行問(wèn)題分析，找出問(wèn)題出現(xiàn)的原因和環(huán)節(jié)，是設(shè)計(jì)階段還是加工階段，提出修改方法或措施，做出改進(jìn)分析報(bào)告。培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械精度技術(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析處理及解決產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的能力。

通過(guò)設(shè)計(jì)與制造相融合的綜合實(shí)踐教學(xué)，將教學(xué)場(chǎng)地從教室擴(kuò)展到工程訓(xùn)練車間及實(shí)驗(yàn)室，讓工程教育回歸工程實(shí)踐[6]。實(shí)踐能力的培養(yǎng)貫穿于項(xiàng)目教學(xué)全過(guò)程，避免了“紙上談兵”，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的精神，增強(qiáng)學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計(jì)的責(zé)任感，有效檢驗(yàn)學(xué)生設(shè)計(jì)與加工的合理性。

2.3教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)程安排

根據(jù)設(shè)計(jì)與制造類課程先修與后續(xù)課程之間的相互支撐關(guān)系，各教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)程安排及支撐情況如圖2所示。

3 教學(xué)建設(shè)需進(jìn)一步完善之處

為了更好地實(shí)施課程建設(shè)，有些問(wèn)題需要進(jìn)一步完善。

（1）修改專業(yè)人才培養(yǎng)方案，從頂層設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，設(shè)置課程融合的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

（2）改善實(shí)踐教學(xué)條件，加大對(duì)零件加工基礎(chǔ)設(shè)施的投入力度，增加設(shè)備的種類和臺(tái)套數(shù)。

（3）加強(qiáng)教師與工程訓(xùn)練中心指導(dǎo)教師的協(xié)調(diào)配合，共同參與實(shí)踐教學(xué)的全過(guò)程。

（4）如有條件，可以在項(xiàng)目中融入電氣控制部分內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、控制類課程相融合的機(jī)電一體化綜合實(shí)踐課程建設(shè)[7]。

（5）形成開放式的工程實(shí)踐訓(xùn)練模式。項(xiàng)目最好延伸到企業(yè)，學(xué)生可以體驗(yàn)企業(yè)真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境，感受企業(yè)工程文化。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)與制造類課程融合改革建設(shè)中，重點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)踐課程進(jìn)行了重新整合，以綜合工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為主線重構(gòu)實(shí)踐課程體系。以機(jī)械工程項(xiàng)目教學(xué)為導(dǎo)向，建立新的開放式工程實(shí)踐訓(xùn)練模式，學(xué)生自主完成項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)等完整的設(shè)計(jì)制造過(guò)程，符合機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)需求。

參考文獻(xiàn)

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