基于项目教学的机械制造实习课程改革与探索

陈大林

0 引言

创新型、实践型人才培养一直是高校人才培养的重要课题。传统的机械制造实习课程在培养当代大学生的工程实践能力方面已经逐步落伍。为了培养学生的创新能力和动手实践能力，改变传统实习课程中的演示型或者验证型实习方式，探索以项目引导实习课程教学，建设以学生为中心、面向作品设计与制作、基于实用人才培养为目标的实习课程，是实习课程教学改革的一个行之有效的方法。

1 项目教学方法及主要特点

1.1 项目教学方法

项目教学是通过设计若干个相对独立的项目，将教学内容按照工程实际进行重新整合，每个教学项目均设置独立的工作任务，充分发掘调动学生的创造潜能，避免理论与实践教学相分离[1]。很多国家在高等教育、职业教育领域都对项目驱动教学法展开了探索与实践[2]：美国MIT已经在本科生中实施HASS（人文、艺术、社科）、ESG（实验性学习组）、IAP（独立活动期）等形式的项目教学[3]。陈旭辉等[2]以职业教育专业课程教学为载体，介绍了项目教学法开发的基本原则及基本流程，并结合专业教学实例进行了分析。宗亚妹[3]等围绕我国高等工程技术人才培养存在的“三个不足”，以南京工程学院项目教学实践为例，介绍了系列化项目教学体系的构建方法与分阶段管理模式。

1.2 项目教学主要特点

1）项目教学通常以完成实际工程项目为目标，具有一定的科技元素。教学过程中不受学科知识逻辑的约束，可以按照工程技术需要的逻辑建构教学内容。

2）项目教学是在真实的工作环境下开展的，学生通过项目实践，可直接接受相关职业能力训练。

3）项目教学过程以教师为主导，以学生为中心，满足学生被认可的需要，能充分发挥学生主观能动性，整合现有知识，研究探索新的知识。

4）项目成果评价具有开放性，不预定、不唯一，能够激发学生的创造活力，培养学生的工作责任感、团队合作能力和跨学科、跨领域完成复杂工作的能力。

2 传统机械制造实习课程存在的问题

机械制造实习课程是机械专业的一门重要实践类课程。该课程融合了传统的金工基础实践和先进制造实践，紧密结合生产实际，有利于培养学生的基本职业技能、工程实践能力和创新能力，提升学生的工程意识和创新意识[4]。但目前机械制造实习教学过程存在着一些典型问题，具体表现为：

2.1 教学方法不够新颖，教学内容单一

目前实习课程教学模式以示教型、验证型为主[5]，教学内容陈旧且创造性不足，忽视了学生学习的趣味性、主动性与积极性。同时，教学内容与教学安排没有区分不同专业背景，缺乏层次性与针对性，导致学习目标设置不够科学合理，严重影响学生的实践能力培养。

2.2 实习项目之间缺乏有效关联

机械制造实习课程需要学生在多个项目工种中完成实习件制作。但是很多情况下，所完成的实习工件之间没有关联性，实习工件存在“断流”现象。比如：在普车工种实习中，简单阶梯轴是多年来一直使用的实习件，而在铣床、刨床实习时又需要重新完成，这既浪费实习材料，又不利于充分调动学生的学习兴趣与学习主动性，同时也缺乏对学生工程实践能力的系统培养。

2.3 对实习教学的重视程度不高

一直以来，实习类课程不被广泛重视，机械制造实习课程也存在着同样的问题。部分师生认为实习课程无关紧要，仅把实习教学看成是理论教学的补充，有的实习教师甚至多年来使用的教案、实习件都是一模一样的，对实习课程的教学方法优化、项目创新投入严重不足。

2.4 实践教学评价体系不够成熟

实践教学考核体系应该区别于理论教学考核评价体系。但传统实践教学的评价标准主要参照学生理论学习的教学评价标准，以成绩的高低进行评价，无论是教师的教学能力还是学生的实践课成绩都没有被公正而科学地评定。

2.5 课时短，难以实现能力培养目标

课程学分制的实施，使得机械制造实习课时被大大压缩，这就引起了很多矛盾。首先是实习课程教学目标高与学时少存在矛盾，导致部分实习教学浅尝辄止，不但影响学生的学习兴趣，也达不到人才培养的教学效果。其次是实习工种全覆盖与课时有限存在矛盾，需要教务部门做好充足的预案，避免两者产生冲突。

3 项目教学设计

3.1 机械制造实习课程特点

机械制造实习具有技术的重复性、繁杂性等特点[6]。实习教学通过产品生产加工，进行多工种的独立训练，体现了课程的技能性与实践性。学生学完本门课程后，能够独立进行复杂零件的工艺设计，掌握机械制造必备的专业知识和技术，满足社会对新型机械制造人才的需要。

3.2 项目设计基本要求

基于培养学生工程实践能力与创新思维能力的目标，机械制造实习课程的项目案例设计需要综合考虑多种因素。既要考虑技术实现需求的特点，通过典型加工训练学生的技能，又要巩固学生的机械基础知识，培养学生主动学习的兴趣；同时，还要便于师生获取所需资料。

3.3 项目教学设计——以单缸斯特林发动机的设计制作为例

根据机械制造实习课程特点和项目教学的基本要求，本课程改革选择单缸斯特林发动机的设计制作与装配作为项目开展项目教学。斯特林发动机涉及机械学、热力学、动力学等工程实践的多个方面，是非常典型的机械动力设备。斯特林发动机的工作原理——“斯特林循环”并不复杂，发动机的结构设计可简可繁，制作难度不大，很多情况下，学生利用身边常见的零件和材料即可制作，适合学生在一定的自由度内开展自主实验实习[5]。

单缸斯特林发动机的项目教学任务框图见图1。学生按照设计任务，分解图纸与技术要求，根据机械制造理论知识确定各零部件的加工工艺。分析零件特点，根据加工工艺和零部件特点选择合适的工种（车、铣、刨、磨、锻造、焊接、数控、线切割等），完成零部件的设计、制造与装配，最终完成斯特林发动机模型的制作。

图1 项目教学任务框图

由于学生的专业知识背景、能力各有差异，需要针对不同情况分层分组设计教学安排。对学完全部专业知识、能力较强的小组，提供参考模型的工程图纸和装配示意图，由该组同学完成所有零件的三维建模和虚拟装配，根据设计任务书要求，设计制造斯特林发动机；对未完成全部专业知识学习的小组，提供斯特林发动机实物模型和部分关键零部件的工程图纸，让学生通过拆装实物模型，了解斯特林发动机的工作原理及各零部件之间的关系，根据设计任务书要求，设计制造斯特林发动机；对其余小组的同学，提供斯特林发动机模型实物和全部工程图纸及三维数字模型，让学生通过拆装、观看虚拟装配动画等，了解斯特林发动机的工作原理及各零部件之间的关系，测绘关键部分零件，并完成零件图，制造、装配斯特林发动机。所有组在课程结束时都必须完成斯特林发动机的加工制造与装配，并参加答辩。

学生根据分层教学的层级接受不同的课程项目（要求），项目小组的任务分工由组长负责统筹，小组成员发挥各自特长，协作完成资料搜集、设计、绘图、建模、测量、加工制造等任务。在成功装配后，学生调换角色，通过互助的方式再重新完成一次或若干次项目，以达到综合训练项目的目的。

4 项目教学的实践探索

采用基于项目的教学方法，将单缸斯特林发动机模型制作项目引入到课程中，东南大学机械工程学院和近机类的学生完成了机械制造实习课程，并取得了很好的效果。基于项目教学实施步骤及方案设计如图2所示。

图2 基于项目教学实施步骤及方案设计

学生反馈，整个项目教学将理论与实践融为一体，调动了学生的积极性与学习主观能动性，提升了学生CAD工程图纸绘制、三维建模装配、工艺分析及铸造、车削、铣削等加工制作能力。在模型的设计与制作过程中，学生通过分工协作，能够将工程知识运用到实际生产中，通过不同途径寻求解决实际问题的方法，培养了学生的知识整合能力、创新实践能力与合作交流能力。项课程结束后，同学们希望可以结合竞赛、SRTP、课程设计以及毕业设计等，进行产品创新设计与制作综合训练。实践证明，基于项目的机械制造实习课程，增强了机械类学生的工程实践能力，通过“做中学，学中做”，使学生真正成为工程实践的主体，为培养创新型人才打下了良好基础。

5 总结与展望

基于斯特林发动机模型制作项目教学的改革与实践，将创新教学融入到各实习教学模块，增加了机械制造实习课程的学习乐趣，培养了学生的综合能力。下一步希望通过不懈努力，不断完善与更新实习课程教学项目，进一步扩大项目驱动教学方法应用范围，实现项目与科技发展相结合，更好地提升学生学习的兴趣与动力，为学生的学习以及职业成长给出指引，达到培养创新型人才的目的。