基于工程教育认证的机械制造装备技术课程教学方法改革

摘"要：智能制造是“中国制造2025”的主攻点之一，机械制造装备技术课程是培养智能制造人才的有效途径之一。在工程教育认证背景下，介绍国内各高校在机械制造装备技术课程改革过程中采用的教学模式和方法及取得的研究成果。从当前学情入手，阐述机械制造装备技术课程教学中存在的实际问题，从课程教学策略、“学思赛悟用”联合实践和课程考核评价三方面探讨教改路径，形成以学生为中心、符合工程教育专业认证理念的教学方法。经验证，教学方法改革显著提高了教学质量和教学效果，增强了学生的工程实践能力和创新能力。关键词：工程教育认证；机械制造装备技术；智能制造0"引言近年来，我国各高校遵循三大基本原则“成果导向、以学生为中心、持续改进”[1]，积极推进工程教育专业认证工作。广阔的就业前景和激烈的竞争对学生的专业知识应用能力提出了更高的要求。为适应就业市场需求，唐山学院机械设计制造及其自动化专业办学秉承认真负责的态度，积极参与工程教育专业认证工作，以“中国制造2025”和地区产业链发展需求为导向，以学生能力培养为中心，不断改进专业人才培养模式，力争全面提高专业人才培养质量。“中国制造2025”的主攻点之一是智能制造，与之相应的机械装备制造和智能化产业是高端装备制造业的发展方向，也是世界各国工业实力竞争的关键方向。围绕装备技术开设的机械制造装备技术课程是培养智能制造人才的途径之一。作为机械设计制造及其自动化专业学生的专业选修课之一，围绕工程教育专业认证，在理论教学策略、联合实践教学、考核评价机制、课程思政元素有效融入课堂等方面进行改革探索，在学生能力培养方面发挥了重要作用。目前，针对机械制造装备技术课程的教学改革，学者提出多种模式和方法。如胡清明等[2]提出基于CDIO的教学改革；王智明等[3]研究基于翻转课堂的教学模式改革；刘敏等[4]探讨基于网络教学平台的教学模式改革；樊荣等[5]、杨继荣等[6]、吕玲[7]对理论与实践一体化教学、案例式教学方法和比较教学法应用等进行了研究；舒盛荣等[8]提出在新工科背景下加强专题和实例教学、建设教学平台、加强校企合作；马可等[9]结合“中国制造2025”的发展，针对制造装备人才的需求，提出以学生为中心，适时更新教材内容，积极改进教学方法。关于各种模式和方法的研究促进了机械制造装备技术课程的发展。1""学情分析作为机械设计制造及其自动化专业制造方向的专业选修课，机械制造装备技术课程一般开设在第七学期，总共32学时，包括理论授课28学时，实验4学时。先修专业课程包括机械制造技术基础和智能加工技术，后续进行毕业设计。该课程教学内容包括金属切削机床设计、典型部件设计、工业机器人、机械加工生产线和注射模具设计五部分。按照教学大纲要求，金属切削机床设计和相关典型部件设计部分内容学时占比较大；工业机器人和机械加工生产线等智能装备制造设计内容虽然被列入“中国制造2025”发展的重点方向之一，但学时占比较小，智能装备实训设备不足，课程结束后缺乏课程设计环节，造成学生实践能力不足。虽然机械设计制造及其自动化专业相关课程线上教学资源日益丰富，但是机械制造装备技术课程网络教学资源相对匮乏，有待深层次开发。机械制造装备技术课程一般采用“考试成绩+平时成绩”的考核方式，考试重点为金属切削机床设计的理论知识。由于课程偏重理论知识、内容尚不丰富，学生参与课程学习的积极性不高。部分教师缺乏智能制造装备设计相关实践经验，对于具备一定机械类相关知识的大四学生来说，课程不能满足他们提高实践经验和动手能力的要求，导致毕业设计和应聘求职受到影响。2"课程教学策略探索机械制造装备技术课程应强调理论与实践结合、学校与企业衔接过渡。按照工程教育认证的要求，在教学过程中以学生为主，在互动中学习机械制造装备技术课程知识，达到多学科融合运用的效果。2.1"调整教学安排和课时比例，优化重难点教学在教学内容安排方面，针对各章节制作思维导图，突出重点和难点。减少金属切削机床设计课时占比，增加工业机器人智能装备的课时比例。利用翻转课堂教学方法，提前安排学习任务，引导学生自主完成一定比例的学习内容，教师授课过程中进行检测指导。课堂教学过程中，以学生为中心，激发学生的学习热情，拓宽学生的行业视野。首先，采取应用式教学，将理论知识与实际应用紧密结合。通过实际案例和实践，将知识点变成灵活运用的技能，增强学生的实践能力和解决实际问题的能力。如讲解“机械制造装备创新设计方法”章节时，以设备类毕业设计题目为切入点，以完成毕业设计开题报告的撰写为目标。教师从市场调研、设计任务确定、初步方案设计到评价等方面进行逐步讲解，在讲授理论知识的过程中加入实际应用能力的训练。学生带着毕业设计的任务学习，根据课题方向寻求教师指导，让授课过程变得生动、实用。其次，采取项目式教学，将自主学习与知识讲解相结合。让学生在课前掌握部分学习内容，教师在课上检测学生知识掌握的程度和深度，再对重点知识进行讲解。如金属切削机床主传动系设计，要求采取不同的主参数设计一台典型机床。学生以此为目标按组选择不同参数或者相似的项目任务展开自主学习，教师逐步推进项目讲解，引导学生理解领悟知识点，分阶段完成项目任务。在整个设计过程中，项目对象明确，组内组间学生团结协作，灵活运用理论知识，过程具体清晰。最后，采取延展式教学，达到举一反三的效果。如学习金属切削机床的主传动系设计中的离合器知识时，由于很多学生对汽车结构有一定了解，教师将金属切削机床中的离合器知识延展到汽车的离合器设计，增强学生兴趣。教师在此基础上进一步提炼知识点，讲授本课程教学内容难点——数控机床主传动系的设计原理。授课过程难易结合，以学生为中心，关注学生兴趣，循序渐进开展教学。2.2"利用技术环境资源，加入思政元素充分利用各种技术环境资源，如用博思白板制作思维导图、用PPT制作动漫课件、用剪映软件剪辑影视资料、用喀秋莎软件编辑学生作业，引导学生在学习装备技术知识的过程中，深刻体会自己肩负的责任。如制作沈阳工业博物馆的影视资料，让学生直观了解我国装备制造业自力更生发展的艰辛历程；讲解我国高端制造领域的成果，如北车高铁、沪东中华LNG液化天然气运输船、徐州重工新型装载机、北一机床数控机床、大型水轮机叶片加工、工业机器人等，在课件中加入思政元素，让学生体会装备制造业和生活息息相关，学习前辈的进取精神和工匠精神，激发追赶先进、探索未来、创新科技的责任感和使命感，理解终身学习的重要性。2.3"线上线下教学结合，拓宽学习深度和广度充分利用线上教学软件和平台，线上线下教学共同推进，让学生在课外利用现代化教学手段学习部分课程内容，课上在教师协助下完成相关知识学习，拓宽学习深度和广度。如依托超星学习通网络教学平台，搭建课程网络互动环境，制作微课、慕课[10]。机械制造装备技术课程网上教学资源较为匮乏，学校依托网络教学平台自主开发和建设相关课程教学资源，内容涵盖各章节的重要知识点、项目建设、课件、预习作业、章节测试题和试题库等。同时，建立认知拓展库，涵盖国内外先进的智能制造装备的视频、动画、图片等，作为学生课后的知识补充。以视频、文献、图片、报道等形式实时更新学科、行业发展动态，拓宽学生视野，提升对装备制造业的兴趣。线上平台教学中可以进行师生互动、常见问题解答等，根据平台提供的学情统计结果，教师可以及时了解学生学习情况，督促、指导学生完成课程任务。3"“学思赛悟用”联合实践3.1"学：夯实基础，理性与感性结合引导学生进入学校工程实训中心学习，认识各种机械装备，如剪切机、卧式磨床、摇臂钻床和线切割机床等；熟练操控部分机械装备，如CA6140，牛头刨床；拆卸机械装备，理论与实践结合，掌握一定内部组成结构，如拆解CA6140车床、认知车床传动系统的结构、获得传动零部件、测量和重组传动关系、配合要完成的分组项目计算相应的传动比分配、绘制车床主轴箱传动转速图；走进先进设备实验室认知先进智能装备，如示教机器人、搬运机器人等。3.2"思：勤思所学，敢于实践探讨让学生走进校企合作的工厂，参观了解先进机床设备、智能装备、自动生产线、车间空间布局和物流分配等。在机器人工业园区，让学生亲自体验机器人装配调试过程。针对现有的车间布局和自动线上料方法等，引导学生思考，并提出自己的理解和建设性意见并绘制简图，培养学生解决实际问题的能力。3.3"赛：以点带面，传承实践精神国家大力提倡开展种类、形式、级别多样的学科竞赛。机械制造装备技术课程综合性和实践性强，参加学科竞赛是对学生最好的锻炼。学生组成竞赛小组，参与校级、省级、国家级的综合性、开放性比赛项目，如河北省大学生机械创新设计大赛、全国大学生机械工程创新创意大赛等。以赛促练，传承实践精神，提升创新意识和解决实际问题的能力。3.4"悟：融汇贯通，细节参悟教师讲授的知识点大多纵向深入，学生要将横向交叉学科的知识应用到本课程中。如车床主轴设计、齿数选择等内容，需要学生查找与机械原理课程相关的资料，将两者间的相关知识融会贯通，应用到项目任务中。在学习物流设备等内容时，要求学生查找相关设备资料领悟课程要点，并在实践项目中综合运用知识，尝试以多种方式解决问题，最终获得最佳方案。3.5"用：潜心项目，夯实应用基于不同阶段的学习内容，将该课的目标设计项目分解成若干小项目。学生分成若干组，自由选择完成阶段性课程设计小项目。教师注重细节，严格把关，根据学生完成效果及时调整项目方向。各项目小组有序配合，团队协调合作共同完成最终任务。以学生为中心，持续改进课程设计项目内容，真正做到夯实基础，注重综合应用，用实践成果检验学生学习。4"改革考核评价方法改革课程考核评价方法，彻底改变轻实践、重理论、“考勤+练习题作业+一套试卷”评定成绩的考核方法。强调实践动手能力，注重师生互动和生生互动过程、探讨竞争性的评价和考核体系。在教学过程中采用多种评价结合的多元化考核评价方法：“平时+期末”“线上+线下”“过程（50%）+期中（10%）+期终（40%）”。其中，过程成绩包括出勤、抢答互动章节导学、测验、作业、线上学情、实践项目等，有助于全面了解学生学习情况，督促学生自主学习，促进多元能力和实践能力的培养。以学生为中心，让学生积极参与成绩评定。如采取实践项目评价方式，让学生分组完成机床主传动系设计项目。项目进行过程中，教师随时检查各组项目进展情况、与学生互动交流、解决学生疑问、夯实学生已学知识。项目结束后学生提交说明报告和相关的简图，参与答辩。实践项目成绩=过程表现（30%）+学生自评成绩（30%）+答辩成绩（20%）+组间竞比成绩（10%）+教师评价（10%）。整个过程以学生为主体，教师引领学生完成任务，培养知识应用能力、团队协助能力、辩论能力、正确评价图纸和报告的认知能力。采取线上学情统计方式，将前期预习、PPT课件学习、线上互动、线上小节测验（课前预习检测）、线上章节测验（课后复习检测）、课程视频学习等纳入评价体系。定期公布部分学生的线上成绩，让学生实时掌握自己的学习状况，教师