机械设计制造及自动化专业模块化教学改革与实践.pdf

企肥 学院学报 自然科学版 J o u r l n a lo fH E f f e iU n i v e r s i i t y N a t u K dS c i e n c e s 机械设计制造及自动化专业 模块化教学改革与实践 许泽银 徐强 蒙 合肥学院机械工程系 合肥 各参 4J 2 3 0 6 0 1 摘要 为了解决在机械设计制造及自动化专业学生培养过程中 过分强调学科完整性 轻视工程应用能力的弊 端 借鉴德国应用科学大学的模块化教学成功经验 对课程 模块 内在属性及实现方法进行了理论研究 对机械 设计制造及自动化专业的课程体系进行了模块化教学改革 以能力为导向 优化整合了教学内容 探索了项目驱 动法 现场教学等教学方法 大大提高学生工程实践应用能力 关键词 机械设计制造及其自动化 模块化教学 课程体系 教学方法 中图分类号 G 6 4 2 0文献标识码i A文章编号 1 6 7 3 1 6 2 X 2 0 1 5 0 2 0 0 7 8 一0 4 T e a c h i n gR e f o r ma n dP r a c t i c eo fM o d u l a rM e t h o df o rM a j o r o fM a c h i n eD e s i g na n dM a n u f a c t u r i n ga n dT h e i rA u t o m a t i o n X UZ e y i n X UQ i a n g M E N GZ h e n g z h e n g D e p a r t m e n to fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g H e MU n i v e r s i t y H e f e i2 3 0 6 0 1 C h i n a A b s t r a c t I nt h et r a d i t i o n a lt e a c h i n gp r o c e s sf o rm a j o ro fm a c h i n ed e s i g na n dm a n u f a c t u r i n ga n d t h e i ra u t o m a t i o n t h e r ei sag r e a ts h o r t c o m i n gt h a tt h ed i s c i p l i n ei n t e g r i t yi so v e r e m p h a s i z e d w h i l ed e v e l o p i n gc o m p e t e n c eo fa p p l i c a t i o ni ne n g i n e e r i n gi su n d e r 一e m p h a s i z e d T om e e tt h e s o c i e t yd e m a n d s s u c c e s s f u le x p e r i e n c eo fG e r m a nF Hm o d u l a rt e a c h i n gh a sb e e ni n t r o d u c e di n H e f e iU n i v e r s i t y A f t e rm a s t e r i n gt h et r u em e a n i n go ft h em e t h o d w ep r o p o s e dt h er e f o r m a n dp r a c t i c ef o rm a j o ro fm a c h i n ed e s i g n m a n u f a c t u r i n ga n dt h e i ra u t o m a t i o ni nt h i sp a p e r I ti n c l u d e sc u r r i c u l u mo p t i m i z a t i o na n dn e wt e a c h i n gw a y ss u c ha sp r o j e c t d r i v ea n do n s p o t d e m o n s t r a t i o nb a s e do nc o m p e t e n c e o r i e n t a t i o nt h et e a c h i n gp r a c t i c eh a v es h o w nt h eg r e a t i m p r o v e m e n t si ns t u d e n t s c o m p e t e n c ea n dc o n s c i o u s n e s so fa p p l i c a t i o ni ne n g i n e e r i n g K e yw o r d s m a c h i n ed e s i g na n dm a n u f a c t u r i n ga n dt h e i rq u t o m a t i o n m o d u l a rt e a c h i n g c u r r i c u l u ms y s t e m t e a c h i n gm e t h o d 合肥学院机械设计制造及其自动化专业始建于1 9 8 0 年 自2 0 世纪8 0 年代开始 就与汉诺威应用科 学大学 雅德大学等多所德国应用科学大学的机械制造专业开展了合作交流及合作办学 学习德国先进的 办学理念 进行了一些列的教育教学改革 培养了大量适应地方经济发展的机械专业高级应用型人才 2 0 1 0 年 合肥学院机械设计制造及其自动化专业被批准为省级特色专业建设单位 并人选教育部第一批 卓越工程师 计划 以下简称卓越计划 根据合肥学院 地方性 应用型 国际化 的办学定位和培养应用型 人才需求 以 卓越计划 建设为契机 借鉴德国应用科学大学培养应用型工程师的成功经验 近几年来合 肥学院在专业学科建设 模块化教学 校企联合培养模式等方面积进行了卓有成效的改革 对工程专业教 育教学改革进行了有益的探索和实践 以期着力提高学生的工程实践能力 工程素养和综合应用能力 培 养适应行业 企业发展需要的优秀机械工程师 收稿日期 2 0 1 5 0 3 1 0 修回日期 2 0 1 5 0 3 2 0 基金项目 安徽省高等学校质量工程项目 2 0 1 0 0 9 2 6 2 0 1 0 2 0 2 5 基金资助 作者简介 许泽银 1 9 6 3 一 男 安徽芜湖人 合肥学院机械工程系副教授 硕士 研究方向 机械设计与制造 万方数据 第2 期 许泽银 等 机械设计制造及自动化专业模块化教学改革与实践 7 9 1 本专业原有培养方案存在的问题和不足 机械设计制造及自动化的专业培养目标是为了培养德 智 体 美全面发展 具有较强的工程实践能力 及创新精神 能够适应较复杂的工程技术环境 在机械工程及相关领域第一线从事机械设计制造 产品开 发及管理和营销等方面工作的高级应用型人才 原培养方案中采用了较为传统的公共基础课 专业基础 课 专业必修课课 专业选修课的设置模式 由于课程体系按 学科导向 设置 各门课程都比较强调自身的 学科知识的系统性和完整性 因而不同程度地存在各自为政 自成体系的情况 部分课程之间相互孤立脱 节 课程之间的分工与接口不甚明确 部分课程中的相关内容相分离 部分课程内容多有重复 有的课程则 以微细差异而独立设课 课程设置的合理化 系统化 一体化问题没有得到很好解决 大部分课程教学内容 仍以讲授理论知识为主 讲究知识的完整性 连贯性和逻辑性 内容经典却又抽象 单调 难以及时吸收技 术发展最新成果 突出先进制造技术的应用 实验实践教学针对性不强 即以传授知识为本位 而不是以培 养能力为根本 由于传统习惯的影响 教师和学生过分依赖教科书 脱不开原有课程设置的束缚 教学过程 仍沿用较传统的灌输式 教 与 学 模式 各门课程均没有对学生的自主学习提出具体的过程和考核要求 存在的重理论轻实际 缺乏工程实践和工程设计的引入 教与学纸上谈兵等教学问题 学生在学习过程中 自主学习的意识和能力不强 常常只是被动的接受者 参与动手的时间少 感性认识较差 学习效果难以得 到保证 专业综合素质的提高受到影响 这样造成一些企业报怨毕业生没有实践经验 动手能力不强 大事 做不来小事又不愿做 而学生则抱怨在学校没有机会动手 没有机会到企业实践 这种培养模式不仅影响 了学生的工程实践能力的培养 也降低了学生在今后的工作中持续学习提高的后劲 严重制约了专业人才 培养质量的提高 因此不能满足应用型人才的培养和专业培养目标的实现 2 模块化课程体系的构建 机械设计制造及其自动化专业是 I 实践性很强的学科 因此要求教学不仅要向学生系统地传授基 本理论和方法 而且要特别注重培养他们应用理论 方法解决工程问题的能力 合肥学院利用本专业与德 国应用科技大学合作共建的优势 学习借鉴德国成功培养工程应用型人才的教学理念 在课程体系构建和 课程教学内容设置上紧紧围绕专业培养目标 从原有的 学科导向 转变为 专业导向 构件模块化课程教 学体系 改 知识输入 为 能力输出 着力提高学生的实践能力 工程应用能力 自主学习能力以及专业综 合素质 德国高等教学中 模块 M o d u l e 是围绕特定能力培养而进行的相关教学活动的有机组合 一个模块 构成一个相对独立的教学单元 1 模块以培养学生的能力为目标 不过分强调学科的知识性和内在逻辑 性 每个模块都制定了相应的教学目标 能力培养要求 教学内容 学习总量 授课时数 授课形式及自学时 间等 为了实现不同的能力可采取不同的教学活动 主要有讲座课 研讨课 练习课 实验训练课 项目教学 课 学生自学 等等 为了实现专业能力应多使用讲座课 而实现方法能力 社会能力和自我能力则多采用 研讨课 练习课 项目教学课等不同形式的教学活动 其中项目教学课就是用实践项目进行新知识的引入 激发学生学习的源动力 教师在传授知识时紧密结合实践项目 使学生在实践中问巩固新学的知识 并做 到融会贯通 培养理论和实践的综合应用能力和分析问题 解决问题的能力 因此达到了全面提高学生综 合素质能力的目的 L 2 0 2 1 本专业学生专业能力的确立 通过走访 问卷 调研等形式在机械行业领域中广泛深入地调研本专业毕业生适应的岗位群以及岗位 对知识 能力 素质的要求等 合肥学院机制专业培养的学生主要是面向基层 面向生产第一线的应用型工 程技术人才 在人才培养目标定位上 应突出强调以胜任所需求的职业岗位为目的 通过词研明确了企业 对本专业应用型人才的要求 从而确定机制专业学生的六大专业能力 进而对抽象的专业能力进行梳理细 化 优化分解成能力要素 本专业的能力及其要素如图1 所示 3 3 2 2 模块及模块化课程体系的构建 根据专业培养目标对抽象的专业能力进行梳理细化 优化分解成能力要素 确定能力要素对应的支撑 知识点 由相关联的知识点的有机组合即形成了 模块 通过若干个相关模块的有机搭配 把传统的以学 万方数据 合肥学院学报 自然科学版 第2 5 卷 科为主的课程体系 转变成以能力为目标的模块化教学体系 机制专业模块化课程体系构件示意图见图2 所示 根据机制专业对学生知识 能力和素质等的要求 通过打破课程之间界限 整体构建模块化课程体 系 有针对性地将一个专业内相关的教学活动组合成不同的模块 并使每个模块对应明确的能力培养目 标 当学生修完某一模块后 就应该能够获得相关方面的能力 通过模块与模块之间层层递进 相互支撑 实现本专业的培养目标 4 同时整合传统课程体系的教学内容 实现模块教学内容的非重复性 通过将课 堂教学 企业学习 研讨 项目 实验 练习 第二课堂和自主学习等不同的教学形式引入模块化教学环节 实现理论教学与实践教学的紧密结合 强化对学生工程能力和职业素质的训练 以培养学生能力为导向 应用 合并一删减一增加 等手段 打破原 有课程之间的界限 将教学内容进 行优化整合 下面是部分模块教学 内容整合情况 1 将原分别课设的工程图学 计算机辅助绘图 U G 三维软件基 础三门课程内容整合 删除了原有 教学内容中部分抽象的 很少用的 画法几何理论分析成机械产品表达 模块 打破原有各门课程的界限 从 发展学生空间想象和空间构思 培 6 大专业能力 1 产品的研发和设计能力 2 产品工艺设计和工艺开 发能力 3 产品检测和质量管理能力 4 产品制造的生产管理和现 场技术服务的能力 5 工业设备的采购 使用 维修和管理能力 6 产品营销和售后服务的能 力 专业能力要素 1机械产品构形和计算机二 三雏图形 建模的能力 2 力学分析 计算和计算机辅助分析 C A E 的能力 3 机械设计及计算机辅助设计 c A D 能力 4 机械加工工艺 工装设计 计算机辅 助加工 c A M 和数控编程能力 5 机械测量 检测和分析判断能力 机电控制及机电液设备维修维护能力 z 工程实麓运行管理及专门领域工作能 力 图1 机械设计制造及自动化专业能力及能力要素分析 养识图绘图能力人手 培养学生综合应用手工方法及二维 三维C A D C A M 等软件进行机械产品表达和 构形设计表达方面的能力 2 将原有 工程材料 材料成型工艺 两门课程 整合为 机械制造基础 模块 教学内容更趋合理紧 凑 该模块与前期所进行的 工程训练 模块实践教学紧密配合 力求使学生在获得初步的金属工艺学基本 技能的前提下 较好掌握有关材料 热加工等制造工艺的基础知识 3 把切削原理与刀具的内容 与数控技术中数控编程并人机械制 造技术I 模块 而把数控机床的电 控内容并入机械制造装备及其控制 模块内容 这样处理的好处是机械 制造I 机械制造I I 模块以编制机 械制造工艺规程为主线 系统介绍 了编制工艺规程所需要的知识 包 图2 机制专业模块化课程体系构建思路示意图 括数控加工知识 从而大大提高编制工艺规程能力 4 把机床设计 数控技术部分内容 机电传动控制部分内容整合成机械制造装备设计及其控制模块 主要针对学生具有设计 维护 改造机械制造装备能力而设置的 主要涉及机械制造装备的电气控制的基 本理论及方法 及其主进给运动设计 它主要零件的结构设计等内容 通过上述模块知识的重组 使教师和学生明确了本模块所达到专业和能力 不过分强调学科知识系统 性和内在逻辑性 更加注重理论知识和实践知识的有机融合 3 模块化课程的教学实践 按照模块化的教育理论 为实现不同的能力 可采取不同的教学活动 根据工科专业的特点 对不同的 教学方法进行了探索 来实现模块所要求的能力 1 项目驱动方法的教学实践 机械制造技术模块中的工艺规程编制这一章大部分内容涉及的是如何 编制的规则 如果照本宣科 学生无法理解 只能死记硬背通过考试 无助于提高工程能力 因此 我们以项 万方数据 第2 期许泽银 等 机械设计制造及自动化专业模块化教学改革与实践 8 1 目设计方法来完成教学 就是把学生置身于工作现场中 以一个典型零件的工艺规程编制为项目 通过互 动教学 以学生为主体 来完成该项目 通过教学实践 该种教学方法的好处是学生能真正理解编制规则 以提高编制工艺规程能力 L 5 0 2 现场教学方法的教学实践 本专业很多模块都是实践性很强的课程 而学生大都是高中直接进入 大学 缺乏现场实践经验 比如滚齿机教学中 学生连滚齿机都未见过 教学效果较差 在夹具教学中 对限 制自由度 定位基准的选择一直是教学难点 学生无法理解 究其原因 主要是学生的空间想象能力和实践 能力较差 因此 我们可通过现场教学方法来完成教学 在滚齿机教学中 首先带学生到现场了解滚齿机的 组成及所需的运动 然后到教室分析其传动链组成及其调整原理 课后完成某个齿轮挂轮的计算 最后学 生分组到现场对滚齿机挂轮进行调整来完成本模块的实践教学 在夹具的设计教学中 对夹具的组成 定 位原理进行讲解 然后把学生分组对某个夹具进行测绘 组装 并画成相应的装配图 通过这几年的教学实 践 我们体会到这样做法的好处是学生不仅了解夹具的组成 而且对定位原理有着比较直观的了解 现场 教学弥补实践经验的不足 使学生的工程能力有了进一步提高 3 毕业设计结合实习基地产品进行真刀真枪完成 过去毕业设计大多偏重于理论 满足于公式推 导 计算机模拟 学生不知道自己设计产品 能否满足于生产工程需要 这不仅能培养学生工程思维 而且 也不能提高学生的工程设计能力 现在 学生在教师 现场工程师共同指导下 围绕工厂的产品进行研发设 计 以及该产品的生产工艺进行设计 学生不仅从理论上考虑设计问题 还要考虑成本 效率 市场等各方 面因素 为自己成为优秀工程师打下良好的基础 4 结语 通过对机械设计制造及自动化专业模块化教学改革与实践 我们可以得到以下结论 1 以能力为导向 通过优化和整合了教学内容 使课程设置更加实用化 真正实现了做到了 基础知 识适用 专业基础知识够用 专业知识管用 这一教学目标 有利于学生应用能力的培养 具体做法是 在增 加实践性教学环节的学时的同时 突出工程实践应用能力的培养 2 在教学改革中 教师实现了从 知识的传授者 到 学