机械设计制造及自动化专业教学的改革实践

杨乐

（东北大学秦皇岛分校，河北 秦皇岛066000）

一、改革实践教学体系内容

机械设计制造及自动化专业主要培养在工业生产第一线从事机电产品设计、制造、技术应用与运行管理等方面的复合型工程技术人才。在教学理念上，应以知识为基础，能力为重点，将知识与能力教育协调展开。因此，培养机械设计制造及自动化专业人才的实践能力是重点，须改变传统的教学理念，创新思维，改革实践教学体系。在教学改革实践中，加强基础理论知识与实践的有机结合[1]。在教学过程中综合考虑学生在学习方面相关的兴趣爱好，增设实践课程，使学生的创新能力及学习能力得到全方位提升。在增强学生专业基础理论知识的基础上，为学生增加更多与专业有关的实践机会。

依据综合实践、实验教学、实习与毕业设计等环节的走向，图1的改革实践体系呈现出该专业教学的实践改革模式。

全部教学环节中，该改革体系可使学生的创新精神与实践能力紧密联系，依据“实际、实干、实地、实效”四个方向体现实践改革教学体系优势[2]。为确保各个实践教学改革环节具备清晰的技能、能力与方法培训要求，需将教学内容与工程实际密切相连，即“实际”；在教学条件与要求上，确保指导教师到位、学生动手，即“实干”；为培养学生在真实工程环境下的工作能力并提高素质，需在实验室、实训中心与校内外实习基地中完成全部实践教学内容，即“实地”；为保证每次实践教学活动均有实际收获，教师需依据实践性质和评价标准，对学生提交的各项实验、实训、设计及设计作业（成果）进行认真批阅与点评，即“实效”。例如在“CAD/CAM和数控加工综合训练”中，若要依据最终上交合格的零件与规范实践报告获取综合实践成绩，就需学生掌握零件的三维造型、自动编程、数控加工、加工质量检测与分析。

（一）综合实践改革

机械设计制造及自动化专业的综合实践是影响该专业学生学习效果的重要因素，综合实践环节也可以延伸与补充基础理论知识课程。传统高职院校的机械设计制造及自动化专业教学里，基本以加强学生基础理论知识为主，综合实践改革后则以加强实践教学内容的设计性、综合性、操作性为主。高职院校需考虑该专业的特点与实际教学需求，为该专业扩充不同的实践课程，依据差异教学需求使设计的实验教学环节具备功能性、专业性。在每个教学环节中增加专业性以及综合实践课程内容。为扩展学生专业知识视野、优化培养学生创新思维，就要鼓励学生对专业内自己感兴趣的内容与专业的扩展内容开展深入研究。

图1 改革实践教学教学体系框图

（二）实验教学改革

提高机械设计制造及自动化专业学生实践能力与综合能力的有效途径是改革实验教学内容，设计具备开放性、创新性的实验教学内容，前提是必须与机械设计制造及自动化课程基础理论知识相关。实验教学环节中，教师只需负责引导学生完成实验，学生按照教师规定的实验题目，遵循自己的想法独自设计和专业课程有关的实验方案，根据自己设计的方案寻找所需的实验器材，实验报告独自分析完成。根据所设计的实验教学内容，最大程度地呈现学生教学实践环节中的主体性。

1.增加开放性与创新性实验教学

在实验教学内容方面增设开放性的实验教学，前提是学生要有扎实的基础知识与良好的操作技能。因此，在实际教学时，有关学生的操作能力和基础理论知识方面，教师要不断进行引领与指导，确保开放性实验的实践教学环节可最大程度地达到预期效果。

创新性实验教学是以工程实际应用为出发点，着重培养工程基本知识与实践能力。在实验教学内容方面，要注意减少验证性实验，增加创新性实验。在创新性实验教学设计中，增加了单独实验课程、CAD/CAM综合训练环节与学生课外创新活动。创新性实验模块构成如图2所示。

机械制造技术教学是学习机械类专业知识的基础，其中包含金属切削原理与刀具设计、机械制造工艺、互换性及技术测量等方面的知识。CAD/CAM技术教学是零件从设计到制造集成过程的教学，其中包含CAD/CAM软件的设计与制造功能。数控机床原理与结构教学是运动轨迹设计方法与数控机床每个部分结构等方面的知识教学，其中包含传统数控机床和现代开放式结构数控机床的构成、工作原理、控制原理，步进电机与伺服电机的工作原理、调速原理。数控机床编程与操作教学是数控机床编程的基本知识、数控加工的工艺分析及处理、数控刀具的选用、典型数控系统的编程指令含义、机床操作方法、手工编程和自动编程方法等知识的教学。电气控制技术教学是电气控制的基本知识、传感检测知识、液压和气压传动等知识的教学。数控机床开发与设计教学是数控机床的机械设计与数控系统的电气设计、开放式数控系统的软硬件设计和树精系统的开发等知识的教学。

对此，要进一步完善实验课程环节与实验内容，在工程训练实验里增设课外辅导性实验，将教师指导为主改成教师指导为辅，主要由学生参与实验。在实验教学过程中添加电教设备，通过进行多媒体教学、实验教学、仪器设备等实现计算机网络化管理，拥有多媒体开放实验教学的软硬件环境，实现现代化手段的实验。采用“注重基础、重视能力、争取创新”原则，增强学生科研精神、创新意识与实验能力。

2.自主研制实验器材

机械设计及自动化、机械制造及自动化两个方向的课程均属于机械设计制造及自动化专业。根据学生实践能力在专业方面的要求不一样，学校自行研究与制作两套综合实训平台，其中包括机械加工工艺综合训练平台与光机电气一体化综合实训平台。

机械加工工艺综合训练平台可以加强学生对机械加工工艺相关教学内容的理解，主要包括实验教学、实习以及毕业设计等内容。光机电气一体化综合实训平台可以开展开放式、项目式实践教学，将多学科知识集于一体，其中包括机械、电子、光学、控制、计算机等学科，完成从设计到系统调试等内容的工程实践。

通过自主研制的综合实训平台，增加多种综合性实验与设计性实验，使实验教学的综合性、设计性得到提升，同时加强实验教学的生动性，能够将专业课程基础理论知识教学与实验课程实践教学结合到一起，使理论知识能够在实践中应用，实验教学成果得到显著提升。自主研制实验器材，在提升学校教师教学水平的同时也能提升学生创新能力。学生对实验课程产生兴趣，有利于对专业基础理论知识加深印象，增强其在实验教学环节中的积极性与主动性，使学生的实践能力、科研能力与创新能力得到提升。

（三）学生实习改革

根据该专业特点，与大中型企业签订产、学、研、用合作合同，构建校企合作实践教学基地，包括高校和生产现场基地。校企合作实践教学基地如图3所示。

在实践过程里渐渐形成并不断完善“双参三联合”的运作机制，即：企业在教育学生基础理论知识时可以参与其中；企业生产时学生可以参与其中；教学策略由学校与企业联合制定，联合开展实习教学。通过这种运作机制，将单一封闭的校园教育融合到大的工程环境中，直接将专业课程内容融入到现代化生产中，并使其具有动态的与生产同步的功能。

这种运作机制在运行时采用行之有效的产、学、研、用相结合的教学方法，包括生产现场教学、生产现场毕业实习、强化学生工程训练与整体素质培养。建立一种监控制度，可以联合检查现场教学质量，聘用企业相关人员对学生生产实习、毕业实习进行评价。注重对毕业生的跟踪与信息反馈，了解企业对人才培养质量的反馈，逐渐完善人才培养目标与教学体系。

学生在生产学习与毕业实习中，通过生产劳动跟班和专题考查相组合的方法，对企业生产过程中存在的问题进行现场分析与检测，在工程应用方面使学生能够有亲身的感受。

（三）毕业设计改革

毕业设计在实践教学改革中很重要，学生可以将学到的基本理论知识与技能结合，在出现实际问题时能够快速解决。近几年毕业设计的质量开始不断降低[3]，这一问题中包含选题准确性不高、设计方案无法实施、设计图纸有问题、抄袭、说明书不规范等现象。提升毕业设计质量的前提是对毕业设计的所有过程进行质量监控[4]。因此，通过毕业设计改革，完善毕业设计质量监控方式，依据不同规定，强化对不同教学环节过程的管理，使毕业设计质量得到提高。

1.监控前期质量

毕业生准入监控。毕业前补考经常在毕业设计期间出现，部分学生补考科目多至9门，还有补考科目超过9门的学生，形成补考复习与毕业设计争抢时间的局面，导致毕业设计时间减少。毕业设计环节所制定的规定，能够了解学生对于基础知识、理论知识和实践环节的掌握程度，严格把控入口关，在最后一学期结束后，基础知识理论课与实践教学环节不及格课程总数少于5门（包括5门）的学生，需以书面申请的形式，综合考虑课程重修和毕业设计的时间问题，并独自制定相关计划，指导教师同意该计划后可以进入毕业设计环节，需一年以后重新开始毕业设计的学生是超过4门不及格课程的学生。

指导教师准入监控。指导教师是开展指导、检查与管理学生毕业设计的主体。教师职称为讲师及以上级别同时具备相关工作经验者可以作为指导教师。按照指导教师的不同知识结构进行分组，使指导教师形成数个指导小组，每个指导小组要有两个以上的教师组成，便于实施综合性的毕业设计课题。

选题监控。毕业设计选题基于综合性、实用性和量力性原则开展。综合性原则应确保毕业设计满足该专业对人才的综合培养要求，所选的设计题目以机械制造为主，还要涉及该专业的应用技术，同时综合现代以及传统设计手段确保机、电、控、液或气结合在一起。实用性原则指遵循相关要求开展毕业设计工作，例如有关机械制造类的相关说明书要超过2.2万字，4张A0图以上的绘图量（包含一张A0手绘图），确保具有精确的工作成果。先进性原则指一人一题的选题原则，每年替换一半以上的题目。量力性原则指选题在实际环境里能够实施，需要将本地教学、本单位教学、实验建设、科研、技术开发项目相结合。

教师指导学生的数量基本少于9人，这样能确保教师具有充足的精力，可以对每个学生进行指导。

2.监控中期质量

中期质量监控是指对学生正式开始运行毕业设计过程的监控。在完成毕业设计过程中，有些学生不能将全部精力放在毕业设计上，原因是需要寻找工作单位，初试考研成功的学生要花费精力在复试与调剂等方面。解决方法如下：（1）提早了解毕业课题，需要学生提前一个学期联系好指导教师；（2）指导教师需要确保有充足的时间，一个星期最少能见一次学生，每次时间要超过3小时，指导教师每周都需检查学生毕业设计进程；（3）避免学生请假时间过长，保证在校毕业设计时间超过11周；（4）时间过去一半时完成中期监测，例如机械制造类课题，时间过半要求图纸与说明书等完成一半。中期检查时没有完成任务的学生且在校毕业设计时间少于5周的，需要延后一个半月答辩。

3.监控后期质量

完成毕业设计时，对于完成后的情况展开评价性监控就是后期质量监控。（1）答辩前毕业设计监控。学校重点查看学生是否根据学校制定的规则完成毕业设计；最终毕业设计是否合格，其中包含设备图纸是否合格、根据现场演示实验结果查看实验数据是否严谨；根据工作日志和出勤情况查看学生是否具有答辩资格。满足这些要求的学生拥有答辩资格，不满足这些条件的学生延后一个半月答辩。（2）答辩过程监控。全部答辩过程中都需有评估督导处和学校答辩委员会等成员进行检查与指导，发现并解决问题。出色的毕业设计会在公开答辩中产生，通过指导教师以及学生两种推荐方式产生公开答辩的名单，答辩委员会经过学校毕业设计委员会聘用校内外专家构成并开始公开答辩。答辩不合格的学生可以修正毕业设计，在一个月后进行二次答辩。