“先进制造技术”企业案例教学探讨*

胡海霞，王成军，刘志卫

（1.安徽理工大学机械工程学院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大学人工智能学院，安徽 淮南 232001）

0 前言

制造业是国民经济的支柱产业，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志[1]。近几十年来，机械制造专业已逐渐发展成为与光学、微电子、自动化、材料科学、信息科学等先进技术相结合的新型交叉学科[2]。如各种智能机械、光电子集成器件、高速光电子芯片、生物芯片，以及超导产品、太阳能装置、空间装置等高技术产业的发展，都离不开先进制造业[1-2]。先进制造技术是制造业的前沿和核心，是增强我国自主创新能力、建设创新型国家的重要保障，高等院校相关专业开设“先进制造技术”课程具有重要意义[3]。“先进制造技术”课程是机械工程类专业的核心专业基础课程，主要介绍机械制造的先进设计技术、前沿加工制造技术、现代管理模式及新一代加工装备等[4-5]；在传统制造技术基础上不断吸收其他学科的新技术以及现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工制造、经营管理、售后服务及回收再利用制造的全过程[6]。

在机械工程及相关专业的研究生培养中，通过“先进制造技术”课程教学，培养学生掌握当今先进制造技术的基本知识、理论方法与关键技术，拥有探究新技术与不断创新的意识。随着科技的不断进步和工业的快速发展，新材料、新技术、新工艺、新设备得到了广泛的应用，传统的教学内容和教学方式达不到理想的教学效果，迫切需要对当前的课程教学进行变革[7]。

案例教学是一种教育部提倡实施的教学方法，起源于20世纪20年代，由美国哈佛商学院（Harvard Business School）所倡导，30年代初，开始在美国高校中推广使用；50、60年代，发达国家高等院校中开始采用案例教学；80年代初，案例教学被引进我国后很快受到高等教育界的重视。教育要面向现代，要与时俱进，使学生能更好地适应时代要求和社会发展需求，将教学过程和生产实际相结合将是未来研究生课程教学的主流发展趋势。通过案例教学，将理论知识和工程实际相结合，能够将学生引入实践，可以提高学生面对复杂情境时决策和解决问题的能力，培养学生具备独立从事科学研究工作的能力[8]；可以克服传统教育模式的弊端[9]，激发学生的学习热情，培养学生的实践能力、创新意识与团队精神，非常符合机械制造的实践性、权变性和复杂性的特点及其对学生素质与能力的培养要求[10]。因此，在机械工程专业学位研究生教学中引入案例教学法，采用以传统教学方法为主、以企业案例教学为辅的教学模式，可以极大地促进当前专业学位研究生教学改革的全面发展，改善教学效果，提高教学质量，满足机械工程类全日制专业学位硕士研究生的实践性和应用性的培养要求，更好地适应当前制造企业对人才的需求。

1 课程教学改革的必要性

在经济全球化条件下，出现了国际产业大转移、制造业布局大调整的趋势，发展先进制造业是提高国际竞争力、振兴国家经济的战略手段，各国广泛采用先进制造技术和模式[11-12]。“先进制造技术”课程内容涵盖面广，涉及的资源信息十分庞杂，理论深奥，知识点处于科技前沿，需要具备大量的理论知识储备。而且，该课程与工程实际联系紧密，实践性强，需要对企业现状有最新的了解。传统的教学模式以课堂理论讲授为主，教师是教学活动的主体，教学内容容易和生产实际脱节，无法将理论知识和现场实践相结合，学生无法了解先进的设计及制造工艺的具体应用。因此，传统教学模式一定程度上降低了学生的学习积极性，学生兴趣不足，主动性低，这对提高学生的思维能力和创新能力是不利的。尤其是讲解先进制造的理念和模式时，如柔性制造系统（FMS）、成组技术（GT）、并行工程（CE）、精益生产（LP）、智能制造（IM）、虚拟制造技术（VMT）等先进的制造模式，采用传统教学模式会影响学生学习的主动性和积极性，教学效果不理想。学生大多没有实际工作经验，对工程实际缺乏了解，没有经过理论知识的综合应用等方面的训练。因此，在现有的教学条件下，探索新的教学模式，让学生接触并学习到企业先进的制造方法和生产模式的经验，对提高教学质量、培养学生的实践能力和创新意识具有重要意义。

“先进制造技术”课程是一门以科学技术为主、注重应用的课程。科技的快速发展迫切地需要大量应用型工程技术人才。为满足企业对人才的需求，调动学生的学习积极性和主动性，使学生建立正确的、完整的现代工程意识，从而提高自身综合素质、工程实践能力及创新意识和能力，必须在教学中引入经典企业案例[13]。案例教学法在研究生科研学习中，具有直接的促进作用。学生通过经典企业案例了解现代制造技术的基本原理、相关技术及最新发展动态，有助于开拓学生视野，启发学生主动对案例进行思考与讨论，有效拓宽学生知识面的同时，培养学生分析问题的能力，提高学生的科研创新能力[14]。因此，在高等教育的教学中引入案例教学是十分必要的。

2 基于企业案例的教学模式设计

针对“先进制造技术”课程的特点，以培养学生实践能力和创新意识为目标，结合课堂教学经验，提出了一种以传统教学方法为主、以企业案例教学为辅的教学模式。教师在课堂教学中，把先进的设计方法、制造方法和生产模式的基本理论知识传授给学生，引入企业案例，让学生尽可能地贴近企业的设计、生产、技术和管理的第一线。教师引导学生积极参与课堂讨论、案例阅读、分析企业的小组作业方式及撰写案例分析报告等，运用所学知识分析案例并回答问题，加深对“先进制造技术”课程的理解。企业案例教学法是一种将理论知识与工程实践相结合的教学模式，一定程度上提高了学生的积极性和学习效果，提高了学生的综合素质。

2.1 案例教学和理论教学相结合

硕士研究生已经具备了较高的自学能力以及分析问题和解决问题的能力，而且还要参与课题研究、科学实验及撰写学术论文等。“先进制造技术”课程不仅涉及一些先进的技术和理论，而且课程内容多与学时数少的矛盾也十分突出。采用企业案例教学与传统课堂教学相结合的方法，学生在教师的引导下自主学习，能够一定程度上解决课程内容多、技术新、学时少的矛盾。在案例教学过程中，除了应综合考虑课程本身浓厚的理论基础和高度的实践性、应用性特征，还要顾及专业学位研究生教学的特殊要求[15]。为了加深学生对“先进制造技术”课程的理解和掌握，提高学生运用所学理论知识分析和解决工程实际问题的能力，课堂理论教学应注意优化教学内容，突出课程先进性、应用性的特点，注重教学的互动性和实践性，将工程实际与理论知识相结合，提高教学质量，增强教学效果。

2.2 案例分析与小组讨论式教学相结合

良好的案例教学可以让学生感受到一个仿真的实景，可以让学生更好地理解和掌握课程内容。案例教学的主要目的是培养学生解决实际问题的能力。在“先进制造技术”课程教学计划安排中，需要穿插案例讨论课，通常采用互动讨论法，让学生利用基本知识和分析技能，针对案例中的问题提出各自的分析解决方案，比较传统的设计制造方法与先进的设计制造技术和管理模式的差别，鼓励学生独立思考，一起探讨解决问题的方法。同时，案例会覆盖教材中的多个知识点，课堂上教师讲解该企业案例涉及的知识要点，学生通过分析案例可以对知识结构进行梳理和贯通，从而掌握重点知识。例如，“绿色设计和制造技术”部分，以汽车零部件为例，课前布置与绿色设计及制造工艺相关的案例，指导学生提前阅读，学生自由组合为研讨小组，各个小组开展讨论后形成各自的方案。企业案例需要构建理论知识体系，在课堂理论教学中，教师采用多媒体课件的形式向学生讲授绿色制造的概念及基本思想、绿色设计的方法、绿色材料的选取和典型的绿色制造工艺技术，指出绿色设计与制造是人类可持续发展战略的重要组成部分，也是每个企业重点考虑的企业行为。全面推行绿色制造，必须按照全生命周期的理念，革新传统设计、制造技术和生产方式。课堂上引导各小组积极讨论，并对其方案进行点评，指出各自的优点、不足以及适用范围等。同时，引入上海通用汽车采用绿色设计、绿色材料和绿色制造的案例，对当时案例企业的背景、公司概况、生产经营情况加以说明。然后，提出企业案例问题，列举展示多款采用新能源技术、绿色工艺的通用汽车，可以采用文字、图片、动画、视频等多种形式展示。采用案例分析和理论讲授相结合的教学方法，能够加深学生对基础知识的理解与把握，达到融会贯通的目的，有助于深化学生对典型案例、重要知识点的理解，也有助于培养和提高学生分析问题、解决问题的能力。

3 案例教学应解决的问题

3.1 注重企业案例的选择

综上所述，在“先进制造技术”课程教学中，案例教学具有减少理论知识的抽象性、提高和培养学生实践能力和创新意识的优点。适宜的经典企业案例是成功开展案例教学的关键，所选择的课程案例应当与教材内容结构紧密相关，学生感兴趣并且富有教育启发意义。基于此，“先进制造技术”课程案例的选择，主要从以下三个方向进行：

1）根据教材内容结构选择适宜的案例，以典型企业案例为基础，理论联系实际。随着科学技术的发展，先进制造技术逐渐渗透到产品设计、功能规划、加工制造、生产经营管理与调度、市场营销、回收再利用等各个环节。因此，新科技、新理念、新模式不断涌现，先进制造技术案例的选择要具有新颖性。教师选择不同先进制造技术或者先进管理模式的成功案例，引领学生关注科技发展和科技前沿，培养学生的创新意识和科学精神。

2）结合教材内容结构选择针对性较强的企业案例。课程教学的目的是深入掌握所涉及的技术，促进基础理论与应用的深度融合。“先进制造技术”课程不仅应用性强，而且实践性强，因此，所选择的案例要结合企业生产实际，回归技术本质，实现真正的产学研结合。

3）所选择的案例要注意内容充实、难易适中，既不能过于简单，也不能过于繁杂，要便于加强理论知识的巩固和应用，培养学生的创造性思维。

随着科技的不断进步，工程案例要与时俱进，案例库也要不断更新，增加新的工程案例。同时，要跟踪观察案例企业现实发展动向，体现工程案例的时效性及实用性[16]。

3.2 案例库的建设内容及使用

传统教学法和案例教学法两者各有优势和不足，互为补充。传统课堂理论教学对课程的基础理论知识的系统分析和讲解有利于学生形成知识体系和结构，注重知识的完整性、系统性、规范性。案例教学生动直观，能够激发学生的学习兴趣，提高学生学习的主动性，培养学生的实务性和创新性。根据机械工程研究生的培养计划和课程教学大纲及知识点要求，有针对性地筛选收集面向高等院校机械类研究生的典型的、最新的工程案例，按照现代工程设计技术、先进制造工艺技术和先进制造管理模式三大模块，基于现代信息化技术构建先进制造技术的案例库，如图1所示。制作各个教学课程模块的课件，将传统教学和案例教学紧密结合起来，综合利用，互为补充，通过翻转课堂、微课、视频及动画等形式呈现给学生。在教学计划安排中，在理论教学中用多媒体课件的形式向学生进行讲授，再选取典型的案例开展课堂讨论。如逆向工程技术的教学，在理论教学中用多媒体课件向学生介绍逆向工程的定义、分类、步骤、应用和前景。对于比亚迪S6逆向工程案例分析中，学生课堂讨论反求对象的分析、三维数据采集所需要的仪器设备、模型重构技术及优化，总结逆向工程的一般步骤；重申逆向工程是消化吸收与反求对象相关的国内外先进技术，并在此基础上进行改进，以实现创新的。目前，比亚迪已经走上了自主设计的道路。逆向工程技术是迅速提升我国汽车车身研发水平、提升汽车自主开发能力的重要手段之一[17]。

图1 “先进制造技术”课程案例库体系结构

在参考国内外知名高校机械工程专业的课程大纲、教学课件及企业案例的基础上，有针对性地选取面向高等院校机械类研究生的典型工程案例，通过翻转课堂、微课、视频及动画等形式呈现给学生。对部分案例进行仿真实训，如工业机器人的案例教学中，对机械手进行了仿真分析，如图2所示。相关教学案例已经应用于2019级、2020级机械工程及相关专业研究生“先进制造技术”课程的教学实践中（40学时）。在将案例库引入教学后，学生从理论过渡到实际应用，通过课堂教学中的动画和视频的演示增强了场景沉浸感，将课程内容展现在实际案例中，加深了对相关先进制造专业基础知识的理解，对提高学生的实践与创新能力具有重要意义[18]。实践证明，在“先进制造技术”课程教学中，采用传统课堂教学法和案例教学法相结合的模式，有助于培养学生的创新能力和创新意识，提高先进设计方法及制造技术应用水平，教学效果良好。

图2 案例库中工业机械手的仿真

4 总结

“先进制造技术”课程是机械工程类专业学生重要的基础课程之一，课程涉及的内容较多，知识点多处于科技前沿，因此，教师在讲授课程时引进经典企业案例是非常必要的。教学内容的组织应紧紧围绕专业需求，企业案例的选择既要有代表性，又要结合当前先进制造技术的发展趋势，体现出明显的专业性、针对性和实用性。采用以传统教学方法为主、以企业案例教学为辅的教学模式，有助于提高课堂教学效果，培养学生的工程实践能力和创新能力。