面向卓越工程师培养的“机械制造装备设计”专业课的教学改革
摘要：本文论述了“机械制造装备设计”专业课在面向卓越工程师培养计划进行中所存在的问题，并针对这些问题阐述了教学改革的思想和在工作中实施的教学改革方式与方法，经过几年的实践，通过用人单位及社会反映，结果表明我们的教学改革具有良好的效果。
关键词：卓越工程师；专业课；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A ？摇文章编号：1674-9324（2013）18-0021-03
“机械制造装备设计”是工科院校机械工程自动化专业学生必修的一门专业课，不仅需要温习前期所学多门基础理论课知识，而且要接受新的专业课理论知识，另外它还是一门实践性很强的课程，它要求以机械制造过程所需的装备为对象，阐述机床设计、夹具设计、刀具设计、物流仓储装置设计、专用工业机器人等搬运工具设计和自动化生产线设计的基本理论，使学生能够将理论应用于典型的案例工作中，初步具备机械制造装备的设计能力、实践动手能力、综合分析和解决实际问题的能力。
“卓越工程师”培养计划是教育部2009年推出的一项教育改革项目，旨在培养工科专业各类层次学生，使其达到知识、能力与素质等新的要求，需要以实际工程为背景，以工程技术为主线，培养造就一大批创新能力强、适应企业发展需要的多种类型的优秀工程师。
我校自2010年开始，以铁路部门需求专业为对象，实施了依托产学研合作的“3+1”培养模式改革试点，几年来的实践表明，我们的产学研合作“3+1”培养模式具有鲜明的独特性，专业课教授采取传统的形式或方法已经不适应新的培养要求，故必须进行有针对性的教学改革，才能切实支撑“3+1”培养模式的实施和人才培养目标的实现。
一、课程现状及存在的问题
“机械制造装备设计”课程强调知识综合性和实用性，培养综合分析解决生产实际问题的能力，这正是“卓越工程师”培养计划所要求的，但是目前传统的教学方式或方法并不易达到这一目的，存在的主要问题如下：
1.现有课程内容体系是建立在知识的系统性和完整性之上的，沿用传统的教学理念，新材料、新技术和新工艺方面的知识点较少，所用教材缺乏生产实际要求的内容。
2.现有课程实验教学多为演示性内容，学生缺少自己动手和动脑思考的机会，难于通过实验悟出机械制造装备中有关部分的结构、力学性能、热性能和实际应用之间的内在联系。
3.企业的就业需求决定了我们学校的“卓越工程师3+1”的培养模式具有其独特性，每家企业需要多个专业的学生构成一个培养班，而且每个专业的学生数是动态变化的，有时两三个，有时八九个，这样采用集中大课讲授方式已经不妥。
4.现行的课程教学限于课时安排和教学大纲的要求，灵活性不足，缺少学生自主的研究性学习内容，主动积极学习的能力培养方面比较欠缺。
二、课程建设与教学改革
课程建设是一项长期而艰巨的工作，需要不懈的努力和不断的改革，才能取得良好的效果。“机械制造装备设计”是一门历史发展悠久的专业课程，几十年来其教学内容、形式一直在不断地变化与改革中，而卓越工程师培养计划要求其适应社会需求而再进行教学改革，我们对此进行了如下的教改工作。
（一）教学内容更新
结合当前高等教育的改革形势和卓越工程师培养计划的目标要求，我们走访了五家具有代表性的企业，收集意见和建议，了解其对课程教学内容的需要，并且查阅了国内外有关本课程的教学资料，通过调研讨论等一系列活动，明确了课程的最新基本目标和任务，提出了强化教学内容的先进性和应用性，明确了重要知识点，形成了新的各章教学内容体系。
（1）机械制造装备设计方法，主要讲授机械制造装备设计的类型、方法和评价。
（2）金属切削机床设计，主要讲授与金属切削机床设计有关的基础理论知识，如机床运动学原理、工件表面形成方法、机床功能原理图设计、刚度、抗振性、热变形、噪声、磨损和低速运动平稳性，金属切削机床总体设计方法和总体结构方案设计及机床主传动系统、进给传动系统、主轴部件、支承件、导轨、机床刀架和自动换刀装置的设计。
（3）工业机器人及其作业线设计，主要讲授工业机器人及其分类、工业机器人运动学设计、动力学设计方法、工业机器人机械系统设计和控制系统的设计方法。
（4）机床夹具设计，主要讲授机床夹具设计的要求、夹具功能、夹具机构、刀具导向机构，分析典型机床夹具结构。
（5）物流系统设计，主要讲授物流系统的功能和应满足的要求、物流系统总体及上料装置设计、机床间工件传送装置设计和仓储系统设计方法。
（6）机械加工生产线总体设计，主要讲授机械加工生产线设计应遵循的原则、基本组成、生产工艺方案设计、生产线工艺方案制定原则、总体设计方法、加工设备的选型、生产率及经济性核算和柔性制造系统的设计特点。
（二）教学方法和教学手段改革
（1）从国家战略需求的高度激发学生学习热情。为使学生充分认识到装备制造业是国家的重要支柱产业，在绪论中以近几年铁路高速发展所需重大装备为例，详细讲解动车制造所需重大装备设计制造中的关键技术与难点问题，激发学生的学习兴趣，鼓励学生学好机械制造装备设计这门课程，面对强大的市场和国家战略需求，学生有责任和义务发展中国自己的制造装备产业，抢占技术的制高点。
（2）引入最新研究成果丰富授课内容。①在讲解《机床支承件》这一单元时，主讲老师结合自己的科研成果，分析目前常用支承件材料性能，总结其各自的优缺点，提出应用复合混凝土技术制造精密机床支承件的优越性，其不但技术性能优良，而且制造成本低廉环保，符合国家发展绿色制造的战略要求。②在讲授机床夹具设计环节时，引入教师科研工作中经典的机床夹具实例，图文并茂地讲解夹具定位布局优化技术以及设计中应注意的问题，开拓学生的视野，增强学生对实际工作的感知力，同时吸引学生对今后实际工作的向往。③在讲授《物流》这一章时，鉴于课本上的内容非常凝练和概括，为便于学生直观理解，结合工程中的实际案例“汽车生产厂新线物流系统设计思路和方法”进行有针对性的讲解，使学生的印象加深，更加符合学生的认知规律。④紧跟机械制造装备的发展趋势，在增大演示实验比例的同时，让学生们尽可能动手参与实验，引发学生的深度思考与理解。
鉴于数控加工和工业机器人装备的广泛应用，开设工业机器人和五轴数控加工演示实验的同时，让学生尽可能在指导教师的引导下动手参与实验，使学生了解这些先进装备的基本原理、国内外差距以及结构设计、自动控制和运动几何规划在先进装备开发与操作中的重要性。
（4）应用现代教育技术和现代化教学手段。由于讲授内容增加和学时减少，促使我们改进传统授课方式。针对教材自制了内容丰富的多媒体课件，在电子教案中，不仅有大量的机床单元部件等实物图片，还有刀库自动换刀、部分加工中心、自动立体仓库的录像演示。采用板书、多媒体、视频与网络等多种教学手段完成教学。
（5）教学方法、作业、考试等教改措施。作业形式多样化，除了常规作业以外，还要有学生进工厂的参观学习心得、参加工程实际项目的总结报告等。考试由实验成绩、作业和笔试三部分组成。根据每章节内容的不同，分别采用直观感知教学法、抽象思维和形象思维并行教学法、启发式教学法、师生互动教学法、交互分析教学法、多彩描述突出重点法和个性表述法等。
上述教学方法在每个教学环节中分别不同程度地得到了体现，以形象逼真的启发式教学，为学生创造了一种分析理解问题、归纳和推理、联想或想象的思维空间，并辅以精心设计的题目，包括课堂作业、课程设计、实验各个教学环节的题目，找到了一条达到教学目标的有效途径。它具有交互性、集成性、自适应性和可编辑等特点，大大地提高了教学效果及效率。
三、结束语
本文通过“机械制造装备设计”专业课的教学改革，针对传统教学中不适应卓越工程师培养计划要求的问题，提出了该课程的教学改革的思想和在工作中实施的教学改革方式与方法，经过几年的实践，不仅提高了教师系统化并多样化教学能力，而且使学生的学习积极性和主动性有了较大提高，综合分析和解决实际问题的能力培养环节也得到了进一步加强，通过调研就业于社会的几届“3+1”卓越工程师毕业生及所在单位的反馈意见，证明我们的专业课教学改革是成功的，收到了良好的效果。
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