《机械制造装备设计》课程的研究与实践

张振杰，丁云龙

（辽宁科技大学机械工程与自动化学院，辽宁 鞍山 114051）

制造业是国民经济发展的命脉，我国自建国后更是将制造业作为重点发展的对象，改革开放后我国制造业发展进入到新阶段，近年来，随着《中国制造2025》的提出，制造业发展更是迈向了新台阶，截至2019年，我国制造业增加值已经从2012年的2.08万亿美元，上升到了26.9万亿美元，成为名副其实的制造业大国。制造业发展需要人才支撑，近年来，对机械制造方向的人才需求逐渐增大，这要求我们高校需要源源不断地为社会培养高质量的创新型人才。《机械制造装备设计》课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。通过本课程的学习，能够使学生对现代化机械加工系统及加工方法和技术有较为系统和深入的了解，为今后掌握更先进的制造技术和从事相关专业的工作打下了良好的基础。

1 学情分析

以辽宁科技大学《机械制造装备设计》课程为例，根据大纲规定，该课程一共有48学时，3学分，开设于第7学期，即大四上学期，为机械制造专业学生的专业课。总成绩100分，包括20分的平时成绩、10分的实验成绩以及70分的期末考试成绩，期末考试为闭卷笔试。

通过该课程的学习，使得学生达到以下6个目标：第一，理解和掌握机械制造装备的分类、功能和设计方法。第二，了解机床的用途、运动、布局。理解机床运动分析的方法。掌握传动系统的分析方法和典型结构，内联传动链的分析计算方法和设计原则。第三，掌握机床主要技术参数的确定方法，重点掌握分级变速主传动系统转速图的设计方法。第四，掌握机床部件的作用、分类和设计方法。第五，理解工业机器人在机械加工领域的应用，掌握机器人的运动功能设计方法。第六，能够根据六点定位原理分析零件需要限制的自由度、选择合适的定位元件和夹紧方案并计算相应的定位误差。

2 存在的问题

《机械制造装备设计》是机械制造专业老牌专业课，目前的教学方式还是以传统的课堂教学方式为主，课堂上教师采用PPT加板书的教学方式，通过讲述的方式为同学讲解金属切削机床的设计相关知识点，课后根据课堂上所讲解的内容留相应的练习作业。作业和出勤为平时成绩打分的重要依据。然而，在实际中这种传统的教学方式存在不少弊端：（1）机械制造装备设计是专业课程，内容较为抽象，学生不但需要学习这门课程，还要将三年的专业基础课的知识点归纳总结，只靠教师上课讲述学生很难理解。（2）目前，教学方式多为大班教学，一个教学班学生人数在60人以上，不同学生的学习能力存在差异性，对于一些知识点，有的学生听一遍就能理解，但有的学生需要听2～3遍才能吸收。这样在实际教学中存在一个比较棘手的问题，如果课堂讲授的速度偏快，那些学习能力偏弱的学生跟不上进度。可如果讲得过慢，或者一个知识点讲解多次，一方面，会导致无法完成教学进度；另一方面，那些学习能力强的学生会认为知识过于简单，听课热情会大大减弱，然而，传统的课题教学无法弥补这种差异性。（3）课堂互动模式较为单一，通常教师提出一个问题采用点名提问或者学生举手回答的方式作答，由于时间限制，一个问题只能有个别学生有机会回答，往往一学期下来回答问题的只有几个学生，久而久之，学生对这种互动方式的兴趣会大打折扣。（4）学生对课程学习的热情不够，目前主流的教材内容中还是以CA6140机床的设计为主，虽然增加了一定比例的数控机床和工业机器人方面的知识，但所占比例依然不高，全书的重点依然是传统机床的设计。传统机床是机制装备设计的重要基础，是特种机床和数控机床学习的先决条件，但现阶段的学生普遍是00后，00后学生的特点是思维观念多样化，更喜欢接触新鲜的实物，而且更喜欢主动地去思考问题，对于这种采用传统被动教学去学习较为老旧的知识热情度不够。（5）目前的考核方式期末考试的比重依然过大，达到了70%，造成很多学生不重视平时的积累，总想考前的突击学习。而平时成绩的考核方式过于简单，平时成绩由三部分构成，分别是出勤率、作业和课堂表现。出勤率所占分值较高，20分的平时成绩中，出勤率达到了6分，作业10分，课堂表现4分，分布不够合理。

将现阶段的问题归纳整理可以发现，目前的问题集中于三个方面：一是由于学生学习能力的差异性，造成学生对同一个知识点吸收理解的能力不同；二是课堂互动不够，大部分学生无法参与课堂活动；三是由于教学方式较为传统，学习的知识相对比较老旧，造成学生学习热情不高，不少学生学习的目的只是为了应付考试。针对以上问题，本文结合实际教学经验提出了相应的教学改革方案。

3 课堂学习方式的研究

针对课程难度较大、学生学习能力差异性的问题，本文提出了引入网课平台实行线上线下混合式学习，针对课堂互动不理想的问题，提出了借用互联网平台建立参与式课堂，最后组建科研小组，每个小组设定一个课题，发挥学生的主观能动性积极主动地去学习。

3.1 线上线下混合式学习

针对学生学习能力存在差异性的问题，引入网课平台实行线上线下混合式教学的改革方案。以泛雅线上课堂为例，在上课前将课堂上所讲授的知识点录制成微课，上传到泛雅课堂中供学生线上学习，微课中只涉及知识点的讲解而不涉及课堂互动环节，并且可以适当提高语速，进而将一节课的内容压缩成2～3个15分钟以内的微课，在上课前3天发布到泛雅课堂中，每个微课下预留配套的练习题，每学完一节微课需要完成相应的练习题，在线上系统中设置没听完上一个微课不能学习新的微课，微课学习和练习题的完成作为线上评分依据的重要指标。这样，学习能力较强的学生听一遍即可完成，学习能力较弱的学生可以反复学习微课，以此来弥补学生学习能力差异性的问题。在线下课堂上，针对错误率比较高习题所对应的知识点进行集中讲解，对于重点难点的知识可通过大量练习来巩固，如果学生有不明白的地方可及时回看微课内容，提升了学生的自主学习能力，并且还有效提高线下课堂的利用率。

3.2 参与式课堂的建立

参与式课堂的建立，以学习通网课平台为例，在上课前通过学习通等网课平台建立线上班级群，在课堂提问的同时也要同步发布在班级网课群中，让学生通过学习通手机端回答问题，将学生回答的问题实时投影到教室投影屏幕上，供大家学习讨论，这样不但可以第一时间收到学生的反馈，而且课堂的参与度也大大提高。

3.3 组建科研小组

小组学习的效率明显高于个人的学习效率，针对学生学习热情不高的问题，以班级为单位组建科研小组。在学期开始的时候发布科研小组计划，让学生自行组队，每个小组成员7～8人。科研小组除了日常学习交流外，还要需要提出一项关于机床设计的研究课题，鼓励学生选择特种机床和数控机床为题。在临近期末时单独拿出一节课时间让每个团队上讲台将本学期研究的机床进展进行汇报。

汇报的内容包括三部分：（1）机床研究背景和意义，包括该机床的应用范围、发展背景和研究意义；（2）机床工作原理；（3）主要机构，包括机床的关键部件的结构和功能。

汇报结束后，科研小组要提交两份材料，一份是机床研究的汇报PPT，另一份材料是小组分工情况，作为评分的重要依据。

本文还对以往团队学习的评分方式进行了改革，在以往的团队打分中，通常一组成员的成绩是相同的，或者只有组长分数较高，其他组员成绩相同的情况。这样往往会造成一个小组中，只有1～2个学生认真完成作业，评分不够客观。针对以上问题，本文对评分方式进行了改革，小组讨论总成绩中，增加了小组分工的分值。每个小组有一个根据答辩和PPT内容的整体分，整体分各成员都相同，但还有根据小组分工表给出的小组分工成绩，该项成绩根据各部分完成情况打分。评分表格如表1所示。

表1 评分表

以2022学年第二学期的机械制造装备设计课程，第四科研小组的小组分工和评分表为例，其小组分工情况如表2所示。

表2 小组分工

该小组PPT中，机床的原理描述合理，但研究背景和意义写的不够充实，这样学生C、D成绩比学生A、B的成绩高1分，主要机构表述不够准确，故学生E、F需要扣一定的分值。答辩问题回答思路清晰，PPT布局合理，故学生G和学生H可得满分，该小组的最终成绩表如表3所示。

表3 第四组最终评分表

3.4 成绩构成的研究

改变成绩的构架，平时成绩提高到30分，包括8分的线上学习、10分的小组汇报、5分作业、5分课堂表现、2分的出勤率。实验10分，期末考试60分。降低了出勤分数，线上学习也属于作业的一部分，故可降低作业分值的占比。

4 结语

针对课堂教学存在的问题，本文结合实际教学经验对课程学习方式进行了研究。针对学生学习能力存在差异性的问题，采用线上线下混合式学习，通过微课让学生针对不懂的问题可以在课下反复学习研究。建立参与式课堂，学生可以在课堂上通过学习通客户端线上发言。组建科研小组，每个科研小组在学期期末需要汇报一项机床专题研究，发挥了学生的学习主观能动性，提高了学生的参与热情。实践证明，这种学习方式可以显著提高学生的学习热情，对比以往的学习成绩，本学期的学生期末成绩也有了一定程度的提升。