“新工科”背景下《机械制造技术》教学改革研究
吕勇，徐晓华，周俊
（桂林航天工业学院 机械工程学院，广西 桂林）
摘 要： 针对目前《机械制造技术》课程部分内容陈旧或理论性过强的现状，提出将机械制造工艺技术的课程内容按轴类、盘套类、箱体类零件来重新整合，按典型项目涉及到知识难易程度来编写教材；将现有的闭卷考试课程评价方式改为多元的评价方式，把课程实验成绩或综合分析实验成绩纳入到课程考核评价当中；同时，采用虚拟加工技术、有限元分析等软件辅助学生理解抽象的理论知识。通过实施这些新的教学手段，帮助学生理论联系实际学习，促使教学质量稳步提升。
关键词： 机械制造技术；教材；评价方式；教学手段
一 前言
机械制造业是国民经济的支柱产业。数字化制造、网络制造、绿色制造等先进制造技术在全球范围内快速发展，已成为制造业重要发展趋势。世界各国都研究新的工业技术，不断推出适应现代制造的新方法，实现快速、节能的制造目标[1]。
为适应这一市场需求，改革《机械制造技术》的教学内容，培养具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的“新工科”人才[2]，已经成为我校机械设计制造及其自动化专业教学改革的任务与目标。
二 《机械制造技术》教学与改革研究现状
目前，我国机械制造专业工程技术人才的培养处于转型时期。如何培养适合社会发展所需要的专门人才，国内很多起专家学者进行了较多的分析与论述。钟相强在《《机械制造技术基础》课程体系改革与立体化教材建设》文中指出：结合应用型本科院校“夯实基础，突出应用，培养能力”的培养目标，构建“机械制造技术基础”课程新体系，从教学内容和教学环节上进行多方位立体化教材的建设，经过推广应用，能够调动学生的学习积极性，增强学生能力和素质，提升教学质量[3]。芦玉梅在《应用型人才培养模式下“机械制造工程学”教学改革与实践》文中，针对机械制造工程学课程教学中存在的问题，从优化教学内容、构建四位一体教学模式、创新教学方法和手段、加强实践教学、完善成绩评价体系等方面提出了机械制造工艺学课程教学改革的对策[4]。这些给笔者提供了很多启示。
苏石回到家已经晚上七八点钟了，但家里冷冷清清的，一个人也没有。苏石叫爸又叫柳红，还是没有人答应。他们会去哪儿呢？苏石在屋里兜了一圈，又站在院子里，随即他出了院门，在村道上远远看到自家的地里，大棚里亮着灯儿，一垄一垄的大棚亮灿灿的，在深厚的夜色中显得特别醒目。他们应该不会在大棚里吧，今天又没有啥活可干的。但苏石也是快步走向自家的田野，他来到大棚前，又叫爸又叫柳红，却还是没有人答应。
然而，笔者在多年的教学中发现，人才培养目标要落到实处，除了制定合理的人才培养方案之外，还必须要有适合社会需要的课程大纲及教材。目前，关于机械制造技术方面的教材，存在以下主要问题。
（一）内容陈旧，理论性太强
《机械制造技术》课程的评价方式，大多数都采用了闭卷考试。这将引导学生死记硬背[5]，没有很好地理解那些较为抽象的工艺制定原则、定位原理及制造质量分析理论，难以在后续的课程设计与将来的工作中合理地运用这些理论进行分析。
（二）项目过于简单，与理论脱节
黄秆乌哺鸡竹为河南省刚竹属植物的另一新变型[22]。本变型与原变型之间的区别在于秆全部为硫黄色，在秆的中下部有几个节间具有一枚或几枚绿色纵条纹。因其竹秆色泽亮丽，除用作笋用林栽培外，作庭园观赏竹甚佳。
（三）课程评价方式过于单一
教材中的内容以普通机床、普通加工技术为主，将机床、刀具、夹具、工艺等课程进行了浓缩、整合。但基本不涉及数控加工工艺方面的知识，理论性太强，实例不够典型且数量过少，学生自学有相当大的难度。
此外，编写教材，遵循先易后难的原则[6]。在项目设计上按轴类、盘套类、箱体类工件的特点逐步深入介绍。
三 《机械制造技术》课程教学改革思路
（一）整合课程教学内容、重新编写教材
在加工刀具方面，以合金刀具（或数控刀具）为主，重点介绍刀具材料的选择原则、刀具切削参数合理选用、刀具角度特别是工作角度，为后续的机械加工质量分析打好基础。在加工工艺理论方面，以介绍中等批量的数控工艺分析与规程制定为主。数控加工的特点是精度好、效率高、工序集中。由于采用了工序集中或基准统一的工艺思路，因此，基准的选择与精基准的重复使用显得尤为重要。也正因为如此，组合定位、组合夹具的选用相对于通用夹具或专用夹具更具有方便快速、元件重复利用、夹具价格低等优势。由于现代加工技术大多数都采用了生产线流水加工的方式。因此，在夹具内容安排方面，需要将自动夹具（特别是气动夹具）的设计作为重点内容。
有些基于项目教学法编写的教材，项目选取不够典型，没有很好地将理论与项目有机地融合。项目之间关联度不大。
由于数控加工技术的迅速普及与发展，现代加工技术中，仍以单件小批量生产或大批量生产作为典型生产类型，分析制定工艺路线显得不合时宜。特别是现在很多企业都是以数控加工技术、中小批量生产、组合夹具为主要生产类型，更显得教材编写思路落伍。
为适应“新工科”背景下《机械制造技术》课程教学需要，改变学生理论学习与实践脱节的现象，很有必要从教学内容与课程评价方式、教学手段等方面进行一些深入的改革。
要改变以往通过期末闭卷考试作为课程最终成绩的评价方式。根据学校自身情况，可将课程成绩按期末闭卷考试、平时成绩、实验成绩等内容分为多个模块。为每个模块制定不同的成绩比例，减少期末闭卷考试成绩的比重。由于数控机床普及，各高校实习实训条件也大大改善。学生可以利用课余时间到实习工厂加工一些简单零件，以此加深对刀具材料、切削用量三要素、夹具、切削力、切削热等内容的理解。在实验内容安排上，减少演示性的实验，增加学生切削加工实验，让学生分析加工质量不达标的原因，真正做到了学以致用。在“新工科”背景下，自动换刀、工件的自动装夹、在线检测、工件自动转运已是很常见的工件场景。因此，可以考虑选取一些典型零件、按自动化、数字化、网络化生产条件来设置一些典型的工作场景，将学生分成学习小组，制定在自动生产线上的加工工艺方案并让学生答辩，以此来考核学生对工艺知识的掌握程度。
③安装支撑板B和水池座：保持支撑板、水池板与底座垂直，用少许混凝土固定其间隙，同时要保证水池座上平面与支撑板两个突出钩爪面水平，连接出水管水平管道及阀门，安装排水管道。
（二）改革课程的评价方式
综上所述，在编写教材时，避免过多的普通机床结构介绍，按加工零件的复杂程度来组织其内容。轴类零件选取阶梯轴、主轴、汽车曲轴作为典型项目，分别按小、中、大批量的生产类型来介绍工艺规程的制定。盘套类零件选取拨叉、端盖、齿轮等典型零件编写教材内容；箱体类零件选取机床主轴箱或汽车变速箱、机床底座或加工中心立柱、工作台等典型零件内容来组织教材内容。不再按刀具、夹具、工艺、机床来划分教材内容模块，而是以典型零件项目为主，介绍如何使用组合夹具装夹、如何选取刀具、如何制定工艺路线并编制中等批量生产类型的工艺方案。根据教学需要，适时加入高速切削加工、自动在线检测方面的内容。有条件的学校，使用计算机辅模拟生产加工过程，计算单工序加工时间、组合生产线的加工效率，以此来加深学生对质量、效率、方案可行性的理解。
1)第①种情况 将工序u移至v之后，如图11所示，Q变为Q1={l1,l2,,lk,v,u}，求解评价值λu,v(0,w)和λu,v(w,#)的过程如下：
总之，减少理论考试成绩在期末综合成绩中的比重，提高应用能力或现场考核的比重，强调学生加深对抽象工艺理论的理解，才能更好地促进学生自主学习。
（三）教学手段多样化
除了采用多媒体技术外，还应采用虚拟加工技术等教学手段辅助教学，强化教学效果。采用虚拟加工技术将工艺过程形象化。学生在拟定工艺规程时，由于没有实际生产经验，空间想象能力较差，对定位、夹紧、加工过程工件的形状变化、形位精度保证等内容理解不透。因此，采用虚拟加工软件，将事先在三维软件画好的工件毛坯图导入到软件中，根据事先制定的工艺路线或加工步骤，进行仿真加工，加深对工艺理论的理解。学生对切削力、切削热等理论不够直观，可以采用有限元软件，设置典型的工作场景，事先分析好不同条件下切削力、切削热的变化，以直观三维图形展示给学生。将切削加工过程中刀具受力、工件受力、机床变形等形象展示给学生，让他们对加工质量分析理论有更深入的理解。
在存在全局自相关的前提下，我们可以运用局部自相关检验计算各区域具体的相关程度，局部Moran’I的具体计算公式如下：
四 结语
由于数字化制造、网络制造等技术快速发展，《机械制造技术》课程的教学内容必须紧跟社会需要进行更新。根据加工技术发展需要，整合课程内容，重新梳理各内容间的联系，引入典型的项目，适时补充新的加工技术或加工方法。改革教学考核方式，将自主实验或理论知识的应用作为考核手段中重要的一环，同时引入虚拟仿真加工技术、有限元技术等先进软件辅助教学，让抽象的理论具体化、形象化，减轻学生学习压力。各高校实习实训条件大大改善，让以上的改革成为可能，因此学生也有更多的机会自主设计实验或参与实践，有更多的时间自主选择学习内容，保证教学质量稳步提升。
参考文献
[1] 刘践丰等.先进制造技术的发展趋势[J].《机械制造与自动化》,2008(2)：78-80.
[2] 张钰.创新分类评价管理体系 促进高等学校差异化发展[J].《中国高等教育》,2018(1)：22-23.
[3] 钟相强，于华等.《机械制造技术基础》课程体系改革与立体化教材建设[J].《机械管理开发》, 2013(1)：155-156.
[4] 芦玉梅，于凤云等.应用型人才培养模式下“机械制造工程学”教学改革与实践[J].《黑龙江教育：高教研究与评估》,2018(2)：70-71.
[5] 张树礼.当前影响高校公共理论课教育教学效果的原因和症结[J].《经济师》,2005(6)：121-122.
[6] 张卫清等.基于开放性教学的教材编写思路和原则的研究[J].《考试周刊》,2016(15)：9-9，76.
本文引用格式： 吕勇,等.“新工科”背景下《机械制造技术》教学改革研究[J]. 教育现代化,2019,6(77)：66-67.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.77.020
基金项目： 本文系广西高等教育本科教学改革工程项目（2019JGZ15）及（2019JGB380）的研究成果。
作者简介： 吕勇，广西陆川人，桂林航天工业学院机械工程学院，副教授；徐晓华，四川射洪人，桂林航天工业学院机械工程学院，讲师。
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