路冬 魏艷 黃淵建 曾千里 曾江 融亦鳴

摘? 要：為了使學生在學習制造工程認識實踐課程中，將理論知識的學習、實驗技能的訓練及實踐能力的培養(yǎng)有機融合，提出構(gòu)建理論-實驗-項目三位一體的課題體系。理論部分主要起到擴大學生的知識面，了解制造業(yè)的前沿的目的;實驗部分主要通過設計不同的實驗環(huán)節(jié)，讓學生掌握基本的實驗技能;實踐項目是基于學習的理論知識及掌握的實驗技能，通過完整的項目選題、項目實施及項目展示培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力及實踐動手能力。通過理論-實驗-項目并行推進、融匯貫通，從而達到學生知識、技能、能力的全方位提升。同時建立與前期課程CAD和工程制圖的銜接，打通由“工程表達”到“工程實現(xiàn)”的渠道，通過在課程中引入“精度”“配合”“成本”“效率”等概念，為學生后續(xù)系統(tǒng)學習機械設計、機械制造基礎、先進制造實踐等專業(yè)課程起到引導作用，從而實現(xiàn)課程的銜接與貫通。

關鍵詞：認知實踐;三位一體課程體系;金工實習;工程訓練;銜接與貫通

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）01-0139-04

Abstract： In order to organically integrate the learning of theoretical knowledge， the training of experimental skills and the cultivation of practical ability in the course of Awareness Practice of Manufacturing Engineering， a system of theory-experiment-project trinity was proposed. The theoretical part is mainly for the purpose of expanding students' knowledge and understanding the frontiers of manufacturing. In the experimental part， students can master basic experimental skills by designing different experimental links.The practical project is based on the theoretical knowledge learned and the experimental skills mastered， and through the complete project topic selection， project implementation and project demonstration， students' innovative ability and practical ability are cultivated. Through the parallel advancement and integration of theory-experiment-practice， students' knowledge， skills and abilities can be improved in an all-round way.At the same time， establish a connection with the previous course CAD and Engineering Drawing， and open up the channel from "engineering expression" to "engineering realization". By introducing concepts such as "precision" "fits" "cost" and "efficiency" into the course， it will guide students to systematically study Mechanical Design， Mechanical Manufacturing Fundamentals， Advanced Manufacturing Practice and other professional courses，so as to realize the connecting and implementation of the curriculum.

Keywords： awareness practice; trinity course system; metalworking practice; engineering training; connecting and implementation

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的主導力量，也是國家綜合實力和核心競爭力的集中體現(xiàn)。隨著新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)升級，制造業(yè)向著智能化、高端化、綠色化方向發(fā)展。制造業(yè)的發(fā)展對的新型人才提出了更高的要求，人才成為我國產(chǎn)業(yè)邁向全球價值鏈中高端的關鍵。在從中國“制造”到中國“創(chuàng)造”的跨越過程中，對具有多學科交叉能力、工程實踐能力、團隊溝通與協(xié)作能力、創(chuàng)新能力、運用所學知識創(chuàng)造性解決工程實際問題的能力等能力的新型高端人才的需求越來越迫切。

因此，培養(yǎng)滿足制造業(yè)需求的新型高端人才成為高等院校人才培養(yǎng)目標。實踐教學是工學學科特別重要的教學環(huán)節(jié)，承載著培養(yǎng)以上多項能力的重任。一些工科院校將實踐課程金工實習（工程實訓）作為工科學生的必修課積極推行，旨在傳授一些基本的制造技能、鍛煉學生的實際動手能力。

一? 課程現(xiàn)狀及存在的問題

目前國內(nèi)大部分高校的金工實習主要包括熱加工和冷加工兩部分。熱加工主要包含鑄造、鍛壓、焊接和熱處理等;冷加工除了包含傳統(tǒng)的車、銑、刨、 磨、鉗等傳統(tǒng)的機械加工方式外，還包含數(shù)控車削、數(shù)控銑削、電火花加工和激光加工等現(xiàn)代加工方式，授課內(nèi)容大多比較固定，比如，車工主要是加工回轉(zhuǎn)面，銑工多是加工曲面、臺階等，鉗工多是加工一個錘頭。學生以完成給定任務為主，很難激發(fā)興趣，也不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。并且原有課程體系傳授的知識比較陳舊，學生無法理解制造的最新動態(tài)，課程任務結(jié)束后很難引導學生繼續(xù)學習后續(xù)課程，缺乏與后續(xù)課程的銜接。針對以上問題，部分高校以此為契機，積極推進工程訓練及金工實習課程的教學改革。

鄭朝陽等[1]以學生學習產(chǎn)出為導向，以學科競賽為牽引，對機械類、材料類專業(yè)傳統(tǒng)工程訓練教學內(nèi)容和教學方式進行了改革，在培養(yǎng)學生生產(chǎn)制造的全局觀和工程實踐能力、創(chuàng)新能力等方面取得了預期成效。潘旭東等[2]提出基于五位一體實踐育人模式的新工科新工訓，通過各類大學生學科競賽項目、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃牽引串接整個工訓過程，通過“能力疊加”實現(xiàn)知識向能力的轉(zhuǎn)化。王遠等[3]以“雙創(chuàng)”教育理論為指導，構(gòu)建了有利于增強學生工程實踐能力、培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識與能力的新型金工實習模式。詹必勝等[4]構(gòu)建了面向新工科的工程訓練管理系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了工程訓練安全教育管理、工程訓練實踐教學管理、教學質(zhì)量監(jiān)控管理、創(chuàng)客空間服務、學生工程實踐和創(chuàng)新活動檔案等全流程管理，為提高工程實踐教學質(zhì)量提供保障。蔡大軍等[5]將學科競賽引入金工實訓教學過程中，通過不同工件在相應工種的制作，加深學生對機械設計過程及加工工藝內(nèi)容的理解和認知。顏建等[6]構(gòu)建多方位、多層面工程訓練課程體系，更新傳統(tǒng)實訓模式，開發(fā)訓練課程項目新模式，從而提高實踐教學質(zhì)量與水平。沈陽等[7]將案例教學應用在金工實習教學過程中，教學案例精選本土典型案例，注重知識的系統(tǒng)性、學科交叉、知識的前沿性和通專融合。

綜上所述，有關金工實習、工程實訓方面的教學改革取得了一定的成果，但依然有待進一步完善。特別是如何將理論知識的傳授、實驗技能的訓練及實踐能力的培養(yǎng)有機融合，仍是工程實訓面臨的主要問題?；谝陨蠁栴}，本課程將“大制造”概念引入課程中，提出構(gòu)建理論-實驗-項目三位一體的課程體系，通過三個維度的融匯貫通，從而達到知識、技能、能力的全方位提升。同時與其他課程建立有效的銜接與貫通，實現(xiàn)學生能力的逐步提升。

二? 理論-實驗-項目三位一體的課題體系建設

（一）? 課程體系總體框架

本課程由理論、實驗和實踐項目三部分組成，理論授課16學時，實驗與實踐項目共64學時，通過本課程的理論授課，使學生了解從材料到成品（零件，機械裝置）所經(jīng)歷的制造過程;了解材料成型（鑄造、鍛造、焊接）、金屬切削和特種加工技術的基本原理、工藝、設備、特點和用途，并且了解制造的前沿技術。通過本課程實驗教學環(huán)節(jié)，使學生獲得與制造技術相關的各種工具、量具和設備的感性知識，初步掌握車床、銑床、磨床和數(shù)控機床等的實際操作技能。通過項目的實踐，訓練學生的創(chuàng)新能力、實踐動手能力等，課程模塊及學時分如圖1所示。

（二）? 理論部分設計及實施方案

理論部分由引言、材料成型過程、金屬切削過程、數(shù)控加工原理、數(shù)控加工機床、數(shù)控加工刀具、先進制造技術、數(shù)字化制造和智能制造九部分組成。

“引言”部分主要介紹制造的前世、今生及來世，介紹制造業(yè)的發(fā)展歷程及概況。傳授新工科背景下的“新制造”，將增材制造、軟物質(zhì)制造、極端制造及智能制造等概念引入課程，豐富制造業(yè)的內(nèi)涵，讓學生對制造有一個全面、客觀的認識。

“材料成型過程”主要介紹“等材制造”（鑄造、塑性成形、焊接）、“減材制造”（金屬切削加工）、“增材制造”（3D打印、4D打?。┖汀霸鰷p材復合制造”等制造方式，了解各種材料成型的特點及應用場合，引入材料可加工性概念，為后續(xù)項目開展過程中材料的選擇提供理論指導。

“金屬切削過程”主要講述金屬切削原理、強調(diào)切削過程三要素（切削速度、背吃刀量、進給量），并闡述切削三要素與質(zhì)量、精度及效率的關系，為學生開展項目過程中切削三要素的確定提供指導。

“數(shù)控加工原理”主要講述數(shù)控系統(tǒng)的基本組成、數(shù)控加工與普通加工的異同，掌握從零件編程到數(shù)控加工的流程，為學生后續(xù)實操訓練和項目開展提供理論指導。

“數(shù)控加工機床”主要講述數(shù)控機床組成、數(shù)控機床的的種類、數(shù)控加工中心的原理及應用和高端數(shù)控機床應具備的特性等，介紹我國高端機床的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)。

“數(shù)控加工刀具”主要講述數(shù)控加工刀具的種類、數(shù)控加工刀具的合理選擇、介紹我國數(shù)控加工刀具的現(xiàn)狀及刀具國產(chǎn)化進程。

“先進制造技術”主要講述激光加工、電火花加工、離子束加工、電子束加工、水射流加工和超聲加工等非傳統(tǒng)加工方式。介紹各種加工方式的優(yōu)點及適用場合，為學生選擇不同特種加工方式提供理論指導。

“數(shù)字化制造”主要講述數(shù)字化手段對制造過程的提升，主要包括計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工程分析（CAE）和計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）等。

“智能制造”主要講述智能制造的“一個核心”（賽博物理系統(tǒng)）、“兩大主題”（智能工廠、智能生產(chǎn)）、“三項集成”（橫向集成、垂直集成、端到端集成）及四類功能（動態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行）等，闡述我國由數(shù)字化制造邁向智能制造的機遇與挑戰(zhàn)。

通過理論部分的授課使學生從宏觀上了解制造的內(nèi)涵，從客觀上認識我國制造業(yè)的現(xiàn)狀，激發(fā)學生在我國由制造業(yè)大國向制造業(yè)強國邁進過程中的責任與擔當。

（三）? 實驗部分設計及實施方案

實驗技能傳授部分主要包括便攜式桌面數(shù)控銑床（Personal Portable Computer Numeral Control，PPCNC）操作、數(shù)控車削、數(shù)控銑削、車銑復合加工、五軸加工和特種加工六部分。實驗技能的訓練是以任務型為導向開展，各工種要完成的典型任務如圖2所示。各工種任務設計由易到難、由淺入深，在各工種技能的訓練過程中，讓學生體會各工種的特點及應用場合，讓學生在后期的項目開展過程中具備選擇合適工種的能力。

實驗技能訓練先由危險性小、容易上手的便攜式桌面數(shù)控銑床入手，學生在此銑床上主要熟悉零件加工的基本流程，并在此機床上練習數(shù)控編程軟件。桌面數(shù)控銑床上使用的數(shù)控編程軟件與大型數(shù)控銑床通用。這樣學生在桌面數(shù)控銑床上熟練掌握數(shù)控編程軟件后就可以很好地過渡到大型數(shù)控銑床上，使學生克服了直接面對大型數(shù)控銑床的恐懼，增強了機床操作的安全性。

（四）? 實踐項目部分設計及實施方案

實踐項目以小組的方式開展，任務是選取一個感興趣的實物，并把它制作出來，對感興趣實物的來源不做限制，課程項目選題多種多樣，以往部分學生項目作品如圖3所示。

為了保證學期末項目能按時完成，指導學生在項目開始就制定詳細的項目推進表，項目的推進與理論課的講授及實驗課的訓練并行展開。將整個項目執(zhí)行過程分為項目選題、項目實施及項目展示三個階段。項目選題是項目開展的關鍵一步，項目選題的過程中遵循挖掘想法→想法濃縮→想法提煉→確定想法四步，在整個過程中指導老師把關項目的可行性及與課程的相關性。項目實施階段主要根據(jù)項目推進表的時間節(jié)點把控項目進度，注重過程的把控，而不是僅看最終的結(jié)果。項目展示階段邀請相關課程的任課教師參與點評，讓學生認識到自己項目取得的成果及存在的不足，為后續(xù)課程的繼續(xù)深造打下基礎。

三? 本課程與其相關課程的銜接與貫通

本課程嘗試與CAD和工程制圖課程相銜接，CAD與工程制圖主要側(cè)重于工程表達，即怎樣將產(chǎn)品創(chuàng)意、構(gòu)思、設計以二維或三維工程圖形的方式表現(xiàn)出來。有些同學學完CAD與工程制圖，將產(chǎn)品創(chuàng)意表達出來后，還感覺意猶未盡，萌生了將創(chuàng)意的產(chǎn)品動手做出來的想法。因此，本課程為這部分同學提供了把實物做出來的機會，初步實現(xiàn)了與CAD與工程制圖的銜接與貫通，使學生初步完體驗了由工程表達到工程實現(xiàn)的過程。圖4為學生在CAD與工程制圖自選項目中繪制的彈簧十字弩的CAD模型，同學想把這個彈簧十字弩加工制作出來，于是就在本課程的自選項目中經(jīng)歷了刀路編制、數(shù)控加工、裝配及調(diào)試等步驟，最終完成了十字弩的制作。

在本課程項目產(chǎn)品的展示過程中發(fā)現(xiàn)，有些精度要求較高的產(chǎn)品在調(diào)試過程中往往會出現(xiàn)達不到預期目標的情況，比如同學們比較熱衷于制作的斯特林發(fā)動機的模型，如圖5所示，這些斯特林發(fā)動機模型在調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)的狀況是在外界熱源的作用下無法持續(xù)運轉(zhuǎn)。出現(xiàn)以上情況同學們一般都比較沮喪，在老師的引導下，同學們大多都能找到原因，比如有的是因為設計時沒有考慮配合精度，氣密性達不到要求，有的情況是摩擦力大等。在這些情況下因勢引導同學們，這門課是認知型的課程，本課程的教學目標是了解并體驗產(chǎn)品的制造過程。如果想要更進一步了解產(chǎn)品的精度、配合、效率等，并設計制作出能真正投放市場的產(chǎn)品還需要后續(xù)課程如機械設計、機械制造基礎、先進制造實踐等課程的支撐，從而為同學們繼續(xù)深入學習后續(xù)課程埋下伏筆。

四? 結(jié)束語

以由中國“制造”到中國“創(chuàng)造”的跨越過程中對新型高端人才的需求為切入點，對制造工程認知實踐課程進行改革與創(chuàng)新。將“大制造”的概念引入課程，搭建了理論-實驗-項目三位一體的課題體系，通過三個維度的融匯貫通，從而達到知識、技能、能力的相互促進與提升。同時注重與CAD與工程制圖的銜接，實現(xiàn)了從“工程表達”到“工程實現(xiàn)”的貫通式培養(yǎng)。同時在本課程的學習過程中，點出后續(xù)課程（如機械設計、機械制造基礎、先進制造實踐）學習的知識點，為同學們后續(xù)課程的深入學習起到引導作用，從而實現(xiàn)課程的銜接與貫通。

參考文獻：

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[2] 潘旭東，林森，曾昭陽，等.基于五位一體實踐育人模式的新工科新工訓——以哈爾濱工業(yè)大學工程創(chuàng)新實踐中心為例[J].高教學刊，2021，7（25）：6-10.

[3] 王遠，朱俊琳，王應彪，等.金工實習中學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式與評價體系的構(gòu)建[J].農(nóng)業(yè)技術與裝備，2020（10）：106-107.

[4] 詹必勝，李昕.面向新工科的工程訓練管理系統(tǒng)平臺的設計與實踐——以華中科技大學工程實踐創(chuàng)新中心為例[J].中國管理信息化，2021，24（17）：217-221.

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基金項目：2023年廣東省教育科學規(guī)劃課題（高等教育專項）“基于科產(chǎn)教深度融合的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)實踐教學體系探究”（2023GXJK467）;“南科大研究”課題“新型研究型大學本科生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)與評價探究——以南方科技大學機械與能源工程系為例”（SUST23Y01）;2021年廣東省教育科學規(guī)劃課題（教育綜合改革專項）“智能制造類專業(yè)學位研究生產(chǎn)教深度融合協(xié)同培養(yǎng)機制研究”（2021JKZG047）;2021年廣東省教育科學規(guī)劃課題（高等教育專項）“新工科背景下研究型大學工程實踐教學改革與創(chuàng)新”（2021GXJK202）;廣東省研究生教育創(chuàng)新計劃項目“南科大-樂聚（深圳）機器人公校企研究生聯(lián)培基地”（Y01331833）

第一作者簡介：路冬（1980-），女，漢族，山東濟寧人，博士，副教授。研究方向為數(shù)字化制造、智能制造、制造過程質(zhì)量控制。

*通信作者：魏艷（1986-），女，漢族，湖北仙桃人，博士，副教授。研究方向為計算機圖形學、產(chǎn)品設計、多相流仿真。