面向中国制造2025的机械制造装备设计方法探讨

马可 苑明海 张静辉

摘要： 结合中国制造2025对机械制造装备人才的新需求，分析了当前机械制造装备设计课程教材、教学现状及存在的问题，从以学生能力的全面提升为目标导向来组织和持续改进课程教学出发，提出应适时更新教材内容，使其能够体现本课程的知识特点，适应新时期的教师教学和学生学习需求，还应建立以学生为中心的教学理念，积极改进教学措施和教学方法，以期提高课程教学效果，培养学生的创新精神、实践能力。

Abstract： Based on the new demand of 2025 manufacturing equipment talents in China， this paper analyzes the teaching material， teaching present conditions and existing problems in the current course of mechanical manufacturing equipment design. It starts from the overall improvement of students' ability to organize and continuously improve the teaching of the curriculum. The content of teaching materials should be timely updated so that it can reflect the knowledge characteristics of this course， adapt to the needs of teachers' teaching and student learning in the new era， and should also establish a student-centered teaching philosophy and actively improve the teaching measures and teaching methods in order to improve the teaching of the course effect， cultivate students' innovative spirit， practical ability.

关键词： 机械制造装备设计；教材建设；教学方法；教学改革

Key words： mechanical manufacturing equipment design；teaching material construction；education method；education reform

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）20-0248-03

0 引言

“机械制造装备设计”是高等学校理工科机械工程学科本科教学中量大面广的主干专业课。课程目标是使学生掌握机械制造装备设计的基本原理和方法，具备一定的机械制造装备总体设计和结构设计能力，以具备实施和规划机械加工生产线的能力为宗旨全面提升学生的综合素质，使具有机械制造装备设计潜质和兴趣的学生能够脱颖而出，为国家实现制造强国战略提供高素质的人才保障[1]。当前，我国正处于《中国制造2025》所规划的制造业强国战略三步走中第一步的关键时期，其中涉及的“五大工程”、“十大领域”几乎全部与装备制造业的发展水平直接相关[2]。

装备制造业的发展离不开大批高层次相关人才的支撑，而高质量的制造装备课程教学是培养高层次装备制造业人才的前提和保证。因此，新时期的机械制造装备设计课程应当更加有利于培养学生的创新精神、实践能力，使学生在毕业之后能够迅速适应当前装备制造业日新月异发展所带来的挑战。

1 机械制造装备设计课程教材及教学现状

“机械制造装备设计”是一门历史发展悠久的专业课程，从最初的金属切削机床设计发展到今天的机械制造装备设计，在一定程度上见证了我国高等教育中专业课教学的发展历程[3]。当前的机械制造装备设计课程，各高校一般开设在本科大四学年第一学期，采用讲授为主，实验为辅的教学方式达成教学目标。近年来，随着装备制造业的快速发展、进步，傳统的教学内容和教学方法存在的问题日益显现，导致教学效果不佳，主要体现在以下几个方面：

1.1 教材内容更新滞后，书本与现实脱节较严重

目前，机械制造装备设计的专门教材不多，可选择的范围很窄。而且，从内容上看，虽然教材会定期进行改版，但仍然难以赶上机械制造装备业日新月异的发展脚步。例如，教材的最重要内容金属切削机床设计部分，仍以传统的分级变速主传动系设计为主，而对当前机床制造领域广泛采用的无级变速、电主轴、并联传动等知识的介绍非常简单，这就造成了书本知识与现实的严重脱节。书与现实的脱节，不但使学生无所适从，也在很大程度上给教师带来了烦恼，现在的大学教师通常必须教学与科研兼顾，在时间和精力有限的情况下，还要求他们备课时，掌握大量书本以外的最新知识也有一定困难，而如果依赖相对滞后的教材内容，又无异于误人子弟。

1.2 教学模式相对单一，学生学习动力不足、兴趣不高

机械制造装备设计课程涉及知识面广、难度较大，但由于教学大纲的要求和课时设置有限等原因，为了完成教学内容，教师通常只能以传统的课堂教授方式对学生进行知识灌输，翻转课堂等学生参与度较高的教学模式安排很少，再加上教材内容相对陈旧，导致学生学习兴趣不足，教学效果不佳。另一方面，课程安排在大四第一学期也不尽合理，学生此时往往面临就业、考研等压力，投入课程学习的精力十分有限。

1.3 实践教学环节不足，难以培养学生独立从事装备设计工作的能力

机械制造装备设计课程本身应当是一门非常重视培养学生动手能力，为将来从事装备设计工作奠定坚实基础的专业课程。但限于时间和设备条件限制，课程实际安排的实践环节，学生往往只是参观机床、生产线而已，没有机会亲自动手实践，这对他们深入理解所学理论知识，锻炼动手能力，进而理论联系实际进行装备设计是非常不利的。

1.4 成绩评价指标设置不合理，难以全面评价学生的学习效果

现行的将平时作业、考勤情况与期末理论考试成绩按一定比例计算总成绩的方式，对纯理论的基础课程考核是适用的，但很难对本课程中学生的实际设计能力进行合理评价。

1.5 教师自身缺乏工程背景和实践经验，造成师资力量相对薄弱

近年来，高校引进青年教师的条件要求越来越高，对教师的学历、学位甚至毕业院校、海外经历等十分重视，这当然对提升高校的科研水平有一定作用。但另一方面，特别是对工科院校来说，教师是否具有工程背景和实践经验十分重要，而引进的青年教师往往是刚刚走出校园的博士生，这方面的经历十分缺乏，入职以后一般也只是简单的岗前培训，没有机会和精力再进行工程方面的培训。这就造成教师自身也几乎没有实际的工程实践经验，在从事机械制造装备设计这类课程教学时就只能偏重理论知识的讲授而有意无意地规避实践教学环节。例如，课程内容中涉及的机床部件设计、机床夹具设计以及生产线总体设计等方面，就对教师自身对制造企业生产过程、设备的了解程度，以及教师的动手实践能力要求很高。

以上机械制造装备设计教学过程中存在的问题，对提高课程教学效果、进而提高人才培养质量是十分不利的，因此有必要对课程的教学内容、教学方法以及考核评价体系等方面进行深入探讨与改进。

2 机械制造装备设计课程教材建设

我国近代教育家陆费逵在《中华书局宣言书》明确提出了“教科书革命”的口号，他说：“国立根本，在乎教育，教育根本，实在教科书。”教材建设是课程建设和教学改革的重要组成部分，是深化教学改革、提高教学质量的重要保证[4]。

2.1 全面分析相关教材，突出本课程知识特点

机械制造装备设计面大量广，内容丰富，涉及设计方法、金属切削机床设计、机床夹具设计、工业机器人设计、物流系统设计、机械加工生产线总体设计等方面内容，这些内容每一部分甚至都可以作为一门课程来学习，既有经典的理论知识，又有最新的研究进展，因此教材内容的选择必须有轻有重。例如，机床夹具设计这部分内容，夹具是机械制造领域重要的工艺装备，其设计水平对加工效率和加工质量有很大影响，但是在机械制造技术基础等课程中已有比较深入的理论教学和实践环节设置，因此在机械制造装备设计教材中，就不应当再过多重复介绍传统和基础的设计方法，而应当介绍一些现在自动化制造系统中使用的先进夹具的结构及其最新设计方法。在编写新教材或者进行教材修订时，应充分考虑本教材内容与其他相关课程内容的关系，避免重复，突出本课程知识特点。

2.2 重视基础，强调前沿，教材内容与时俱进

本课程的教学目标之一，是使学生毕业之后成为具有较强装备设计能力的工程技术人员，而这需要有扎实的基础知识储备作为基础和保证。因此，机械制造装备设计教材内容，对基础知识部分，例如金属切削基本理论、机床传动系统的基本组成及工作原理等应以经典理论和成熟设计方法为主，让学生打好基本功。同时，教材对一些近年来发展迅速，并且在中国制造2025规划中强调重点发展领域的制造装备，例如工业机器人、柔性制造系统、智能制造装备等，应结合目前的发展前沿、国内外研究动态进行编写，扩展学生视野、吸引学生学习兴趣，激发学生学习动力。

2.3 结合高校特色，编写校本教材

各个高校的机械工程学科，虽然专业设置大同小异，但在研究方向、實验条件等方面却各有特色。因此，机械制造装备设计教材内容应在基础、通用知识的基础之上，适当加入能够反映本校相关专业擅长研究领域的装备实例，介绍一些特色鲜明、学生在校期间通过实践环节也能接触到的具体装备，使学生的知识结构在基础扎实前提下，又具备鲜明的学校特色。例如，河海大学机电工程学院在进行机械制造装备设计课程教学时，教师在使用通用教材的同时，还编写了符合学校特色的水利机械、抢险救灾设备、水下机器人等方面的校本教材作为课外学习资料，获得了不错的效果。

3 机械制造装备设计课程教学方法改进

3.1 把握工程教育认证机遇，建立以学生为中心的教学理念

目前，很多高校的工程专业正在进行工程专业认证，应当将这一认证工作视为一次机遇，建立以学生为中心的教学理念。实际上，专业认证的核心理念必然是以学生为中心的，因为未来从业者——学生的学习成果是证明专业教育有效性最为有力和直接的证据，工程教育专业认证亦然。对于机械制造装备设计过程，不仅仅关注结构与功能原理的实现，也要从经济性、安全性、环境保护与节能减排等方面将其视为一个系统的工程技术项目来加以考虑，全方位引导学生培养运用所学知识解决实际工程问题的能力，正确认识工程对于客观世界和社会的影响[5]。教师对于学生的要求更多地集中在培养学生的学习主动性、对问题的深入探究和钻研精神以及追求创新的态度和意识。笔者在近年的机械制造装备设计课程教学过程中，搜集了大量有关中国制造2025、德国工业4.0等方面的视频、图片等材料，补充作为绪论部分的教学内容，使学生认识到装备制造业是当前和未来国内外的重点发展领域，这对学生竖立对本课程涉及领域的坚定信心，激发学习动力，发挥主观能动性发挥了理想作用。

3.2 采用多样化的教学方法，提高教学质量

传统的教学模式多以传授知识为主，老师通过灌输使学生被动接受知识，即填鸭式教学。这种教育模式使学生缺乏主动性，学生在大学期间，不仅学习知识，更重要的是学习如何获取知识的方法[6]。面向中国制造2025对人才的更高要求，教师要实现教学方法与手段的不断突破与创新，以提高教学质量。教学方法要针对工程实际，可以更多地采用案例分析、综合设计、小组学习、项目训练等方式，培养学生主动学习和团队合作能力，提高工程意识和设计技能。例如，刀具自动化一章中有关切屑和切削液处理，以往只是由教师进行简单介绍，实际上，随着当前制造系统自动化程度以及环保要求不断提高，切屑的自动处理以及切削液的循环使用变得十分重要，针对这个情况，任课教师可以将学生分组，布置一些专题性的课外作业，比如让学生对现有切屑处理和切削液设备进行分析，结合自动化制造和绿色制造的要求提出设备改造建议，培养学生发现和解决工程问题的能力。

3.3 建立多元化课程考核评价机制

长久以来，机械制造装备设计课程考核采用的都是期末考试为主，平时成绩为辅的模式，期末考试主要考察理论知识，而平时成绩主要是由考勤和一些理论题目组成，这样的模式使学生形成了轻平时、重期末，轻实践、重理论的不良学习习惯，而工程应用性、实践性强是本课程的主要特点之一，为了扭转这种情况，必须建立新的课程考核评价机制。笔者在本课程的教学过程中，采用了“日常课堂教学考核+创新实践考核+期末闭卷考试”的总体模式，其中的创新实践考核环节笔者进行了精心设计。例如，根据笔者近年来从事的科学研究工作，凝练了几个有关机床传动系统、柔性制造系统的相关小课题，要求学生分组，通过查阅资料以及实验室和工厂调研，进行简单的装备设计工作并形成实践报告，然后利用课堂时间进行分组汇报并给出成绩。这样，不进锻炼了学生的实际动手能力，更培养了他们的团队写作精神，训练了他们的科技论文写作和口头汇报能力。此外，在成绩比例设置方面，加大平时实践环节所占的比重，引导学生把更多精力投入到学习过程中去，而学期末的闭卷考试只是对平时学习过程的总结，是功在平时的水到渠成的结果。通过这种考核方式的转变，学生对实践操作的重视程度大大提高，把理论知识应用于实践的能力大大增强。

3.4 重视教师工程实践能力的培养

这个方面，就需要从学校层面为教师创造进行工程实践训练的机会。例如，在岗前培训环节，组织相关专业的新进教师到企业的生产一线进行参观学习，通过参与实际生产活动，来丰富生产实践知识，培养动手能力，提高工程实践能力。又如，建立激励机制，鼓励教师申报和参与各类校企合作科研项目，在科研项目的推进过程中积累工程实践经验。也可以安排机械制造装备设计课程由两名教师进行教学，一名教师从事课堂理论教学，而实践环节由工程训练或实验室实验师担任教学工作。

4 结语

结合当前中国制造2025对人才质量提出的更高要求，从教材和教学方法两个方面探讨了机械制造装备设计课程的现状，分析了其中存在的问题。针对存在的问题，从课程教材建设和课程教学方法改革两个角度探讨了相应对策，对推进机械制造装备设计课程教学改革，提高装备制造业人才培养质量具有一定现实意义。

参考文献：

[1]关慧贞.机械制造装备设计[M].四版.北京：机械工业出版社，2015.

[2]国务院.国务院关于印发《中国制造2025》的通知[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm，2015-5-19/2017-11-09.

[3]大连理工大学.国家级精品资源课——机械制造装备设计[DB/OL].http：//www.icourses.cn/coursestatic/course_6824.html，2017

-11-09.

[4]张国功.在更深广的层面上体认近现代出版家的精神——评《教育与出版——陆费逵研究》[J].中国编辑，2012（5）：87-91.

[5]万林林，伍俏平，邓朝晖.工程教育专业认证下机械制造装备设计课程改革[J].当代教育理論与实践，2015，7（4）：40-42.

[6]危卫华，连小莹.机械制造装备设计课程建设与教学改革探讨[J].价值工程，2013（27）：258-259.