总第３０７期 ２０１５年３月（上） ｜｜ｆ敏ｊ蕾．ｃ‘ Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｓ Ｔｏｔａ１．３０７ Ｍａｒｃｈ ２０１５（Ａ） 卓越计划试点班机械制造技术课程教学改革与实践 刘元朋 （郑州航空工业管理学院机电工程学院中图分类号：Ｇ８４２ 文献标识码：Ａ 河南・郑州４５００１５） 文章编号：１ ６７２—７８９４（２０１ ５）０７—００４７—０３ 摘要卓越计划突出工程能力培养要求，卓越计划试点班 课程教学需要根据卓越计划人才培养需求进行重构，通过 构造工程教育情景、充实工程教育素材、强化实践教学真实 性，来开拓学生工程视野，激发学习主动性和有效性。本文 探讨了一种以工程实践能力培养为核心的课程改革方案， 该方案通过重塑实＞－ｊ－环节、强化理论素材、改革教学方法等 途径和方法拓展了机械制造技术课程的理论深度和广度以 及实践知识的真实性和实时性，通过课程教学改革和实验 为卓越计划的实施积累了经验。 关键词卓越计划课程教学教学改革 Ｒｅｆｏｒｍ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ 如何实现“卓越计划”？现有课程体系如何改革来适应工程 能力培养？教学方法如何改革来提高学生工程素质？这些都 是卓越班建设亟待解决的关键问题。 课程体系和教学内容决定着工程人才培养对象所具有 的知识、能力和素质的结构和内涵。因此，需要构建适应“卓 越计划”需求的课程体系并改革教学内容，以满足卓越工程 师工程能力培养的需要Ｈ。本文提出一种面向工程能力培养 的课程教改方案，针对卓越班学生工程能力培养的实际需 求，结合多年的教学经验，以机械类专业基础课“机械制造 技术”为例，在课程体系、教学内容、教学方法等方面进行了 尝试，取得了不错的教学效果。 Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｃｌａｓｓ ｆｏｒ Ｅｘ— ｃｅｌｌｅｎｃｅ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ／／Ｌｉｕ Ｙｕａｎｐｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｏｕｒｓｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｌａｓｓ １教学改革思路 １．１卓越班需求分析 卓越班的学生虽然都是从原有班级选拔的素质比较好 ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｘｃｅＵｅｎｃｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｂｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｅｎｇｉ－ ｎｅｅｆｉｎｇ ｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｃｅｎｅ，ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｔｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅａｌｉｔｙ，ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｖｉｓｉｏｎ，ａｒｏｕｓｅ ｔｈｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｉｎｉｉｔａｔｉｖｅ ａｎｄ ｅｆ－ ｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ａ ｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ ｒｅｆｏｒｍ ｐｌａｎ ｏｆ ｈｅ ｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｉｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｍａｋｅｓ ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｒｅｆｏｒｍ ｉｎ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｃｉｒｃｕｍｓｔｎｃｅｓ，ｔｈｅｏｒａｉｅｓ，ａｎｄ ｔｅａｃｈ－ ｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｓ ｅｘｐｅｒｉ－ ｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｎｄ ａｒｅｆｏｒｍ ｏｆ ｅｘｃｅＨｅｎｃｅ ｉｎｉｉｔａｔｉｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｅｘｏｅＨｅｎｃｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ；ｃｏｕｒｓｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ；ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ 美国工程院院长查尔斯・韦斯特有句名言：“拥有最好 工程人才的国家占据着经济竞争和产业优势的核心地位” 。 “卓越工程师教育培养计划”翻（以下简称“卓越计划”）是《国 家中长期教育改革和发展规划纲要（２０１０—２０２０年）》的重大 改革项目，致力于面向工业界、面向世界、面向未来，培养造 就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各 类型工程技术人才，促进我国从工程教育大国走向工程教 育强国。笔者有幸主持了学校的第一批“卓越计划”试点班， 经过学生报名遴选，选拔出６Ｏ名学生组成了２个机械设计 制造及其自动化专业“卓越计划”试点班（简称卓越班）。 “卓越计划”诞生的根本诱因是当前国家工业发展的需 要。随着新知识、新技术的不断涌现，工业界要求工程人才 具有更加专业化的实践知识，然而原有的教学计划无力确 保学生实践能力的提升。“卓越计划”旨在通过教育和行业、 高校和企业的密切合作，以实际工程为背景，以工程技术为 主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能 力，无疑，这是对我国高等工程教育提出的更高要求和挑战圈。 的学生，学生学习主动性、积极性都比较好。但是由于长期 接受填鸭式教学，习惯被动接受知识，不清楚知识的产生背 景及其来龙去脉，更不了解知识的应用条件及局限性 。往 往会囫囵吞枣地接受理论知识、思维定势地应用理论知识， 对工程背景比较深的知识一知半解。这些都制约了学生主 动思考和提出问题的能力。 “卓越计划”着力推行符合工程能力培养规律的学习方 法，其课程设置和教学内容应该突出“工程”特色，也就是 说，在课程教学环节中着力加强工程实践教学环节，增强学 生对工程的感性认知和宏观认识，是工程人才培养必不可 少的环节。在现有课程体系中，学生缺乏工程实践锻炼机会 和对企业运行工程知识的宏观了解，这种知识传授体系禁 锢了学生的思维和发展，不能有效地激发学生对工程知识 的学习兴趣，影响了学生对工程问题的发现、研究、解决的 能力培养。 １．２课程改革思路 面对“卓越计划”的课程改革需求，我们遵循积极实践、 大胆创新、小心求证的精神，在机械设计制造及其自动化专 业卓越班中选择了机械制造技术课程体系，按照“卓越计 划”理念进行了课程体系、教学内容、教学方法等方面的改 革实验，并创建了新的课程体系，如图１所示。传统的机械 制造技术课程体系主要是由认识实习、专业课程教学、课程 设计、生产实习等阶段组成。新的课程体系对原有课程体系 进行了改造和内容充实，主要围绕工程实践能力这个“卓越 计划”核心需求，建立了新的理论课堂和实践体系。理论课 堂在原有教材和作业的基础上，充实了国外原版教材库、工 程手册库和工程视频库。按照“卓越计划”理念，对实践体系 进行了重建：重组原有认识实习和生产实习，建立了课前企 基金项目：河南省高等教育教学改革省级研究项目（项目编号：２０１４ＳＪＧＬＸ２８４）、郑州航院教育科学研究课题（项目编号：ｚｈｊｙｌ４—０ｓ）。 作者简介：刘元朋（１９７６＿），男，河南 州人，副教授，研究方向为高等工程教育改革。 ４７ 教改教法 教材、作业Ｉ —－ 一企业一线实习 ———一 论 理 实 ．践 ｛准现场实验 国外原版教材库 课 体 课程设计 一工程手册库 —＿－ 堂 系 工程视频库 － ｆ企业一线案例 图１机械制造课程教改示意图 业一线实习；改造原有课程实验，建立了准现场实验；利用 企业一线案例改造课程设计内容。 ２教学改革实践 机械制造技术是机械工程专业的一门主干专业基础课 程，课程以金属切削理论为基础，以制造工艺为主线，以产 品质量、加工效率与经济性三者之间的优化为目标，主要包 括切削理论、工艺装备、质量分析、工艺规程设计、特种加工 以及先进制造技术。机械制造技术课程体系对卓越班学生 的制造工艺一线实践能力培养至关重要，它涉及金属切削 刀具、机床、夹具等工具的结构特点、应用方法，还涉及零件 的制造工艺流程制定、工艺技术文档编制、制造质量管理等 企业运作的宏观体系，更涉及制造前沿技术。这些工程知识 如果学生没有很好的企业一线经验是无法感知的，为此我 们根据专业的实际工程背景，以工程技术为主线，对实践体 系和理论课堂进行了重构。 ２．１企业一线环境实习 传统的机械制造技术课程体系在理论课程前会安排企 业认识实习和校内金工实习。企业认识实习通常是带领学 生走马观花地参观几个专业相关企业，学生收获的仅仅是 对刀具、机床、夹具、生产流程等知识的简单感性认识。校内 金工实习由于学校资金的制约，学生往往接触到的都是最 原始的整体式刀具及普通机床。这样会对学生造成一种误 解，以为机械制造就是制造简单的零件，所用工具就是普普 通通的工具，一点高技术含量都没有。根据笔者调查，有的 学生经过实习甚至会对专业课程学习产生抵触情绪。并且 这种实习安排方式导致学生没有机会仔细研究金属切削工 具的结构及其使用方法，更接触不到企业的技术文档，因此 学生也不可能发现企业生产一线工程问题、更谈不上带着 问题主动学习。 为了营造卓越班的工程教学环境，笔者对实践教学体 系进行了调整，在机械制造技术课程学习之前，安排学生深 入成都飞机制造厂车间一线进行一周左右的短期实习，使 学生近距离接触刀具、机床、夹具等金属切削工具，同时安 排教师对零件加工工艺流程、技术文档规范、质量管理等企 业一线技术对学生进行系统的讲解，在讲解过程中指导学 生了解刀具参数选用、机械零件装夹方法、薄壁件９ｎＴ变形 等机械加工难题。同时结合企业张贴的六西格玛管理制度 为学生讲解企业管理文化，并要求学生仔细研究一个零件 的加工流程并提出一个工程问题。通过实践，学生对机械制 造工具的种类及应用、零件制造过程、企业管理文化都有了 直观认识，在学生思想里营造了一种工程情景教学环境。通 过实习建立的工程情景教学环境，增加了学生对工程问题 理解的深度与广度，激发了学生解决问题的强烈愿望，使学 生初步具备了发现工程问题的能力。通过这种“情境＋问 题”教学法大大提高了卓越班学生对机械制造技术及其环 境的理解，激发了学生对机械制造技术理论的学习热情。 ２．２准现场的实验教学 ４８ 《国家中长期教育改革和发展规划纲要（２０１０—２０２０ 年）》明确提出：“健全教学质量保障体系：注重知行统一，坚 持教育教学与生产劳动、社会实践相结合，开发实践课程和 活动课程，增强学生科学实验、生产实习和技能实训的成 效。”机械制造技术理论具有知识点多、知识关联性强、知识 工程实践性强等特点，在教学过程中，如果仅仅讲解理论知 识，对于刀具角度的选择、工艺路线的制定等知识点学生往 往无法深入了解，必须安排相应的实验课程辅助学生了解。 实验课程能帮助学生对理论内容进行消化理解和客观反 映，同时培养学生的动手能力。但是长久以来受实验条件限 制，许多课程实验都是演示性实验，学生无法真正动手操 作，并且实验内容都很落伍，致使实验课程与生产实际相脱 节。 笔者所在单位的行业背景为航空工业，航空工业在机 械制造技术方面，基本上实现了数字化加工，并且在零件结 构、材料、生产类型、工艺方法都呈现出新的特点：航空零件 结构常采用整体件和薄壁件等复杂结构，整体结构设计使 得需要切削加工的金属层厚度大幅增加，部分结构件的材 料去除率达９０％以上；薄壁结构易产生加工变形，使得如何 合理选择刀具和科学选用加工参数成为工艺技术的一个难 点；航空零件材料广泛采用钛合金、耐高温合金、高强度钢、 复合材料和工程陶瓷等新型难加工材料；航空产品多是多 品种、小批量、短生产周期的生产任务，要求工艺系统有较 高的响应速度，因此制造方式正在向三维制造方式转变，三 维工艺信息完全代替了传统意义上的工艺文件。 航空产品的这些制造特点，对机械制造技术理论及其 配套实验提出了新的挑战。也就是说机械制造技术理论及 其实验课程必须结合航空产品的制造特点进行组织。特别 是实验课程内容必须和行业需求相衔接。因此我们提出准 现场实验课程体系建设，也就是说将行业企业一线的技术 通过现场视频、设备同步、技术规范同步等手段，将行业典 型制造问题“深植”入实验课程中，使学生尽早接触企业一 线和应用所学专业知识，强化培养学生发现问题、质疑探索 的能力。此外，把教学内容细分为多个单元，一个理论学习 单元之后紧跟着一次实验课程，或者是一次实验课程作为 感性认识，随后安排与之相符的理论教学。这样做既符合学 生的学习心理，便于学生深入、直观、牢固地掌握知识，也有 利于教师及时了解教学效果，调整教学内容与教学进度，进 行教育反思与教育评价，提高实验教学质量。 ２．３真刀真的课程设计 课程设计是机械制造技术课程教学计划完成后的一个 综合性实践教学环节，它使学生在学习完各个单元知识后， 针对某个工程问题，综合利用所学的知识进行问题分析、解 决方案拟定、工程文档编制的一个重要学习环节。传统的课 程设计往往借助课程设计指导书，让学生针对某个机械零 件加工要求，循规蹈矩地按步骤进行工艺规程编制及工具 设计。这种模式下，机械零件多来源于成熟的机械产品，学 生编制工艺规程时也只需照方抓药，因此这种模式对于学 生来说也只是起到熟悉机械制造知识应用，并不能发现问 题。 笔者将企业一线案例引入到课程设计中，具体实施过 程为：第一，由企业技术人员提供典型零件加工要求及企业 设备情况；第二，由学生提供工艺解决方案；第三，由教师和 企业技术人员评估工艺方案；第四，学生编制详细工艺方 案；第五，学生到企业参观对应零件生产过程，并比对企业 一线所用工艺方案；第六，由学生对两种工艺方案进行对 总第３０７期 ．ｆ敏爻ｌ‘ Ｔｏｔａ１．３０７ ２０１５年３月（上） Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｓ Ｍａｒｃｈ ２０１５（Ａ） 比，提出各自优缺点及改进方案。 器》中典型装备制造故事，让学生既了解机械工程的真实实 新的课程设计方案主要引入了企业一线案例，增强了 践，也了解机械工程背后的国家、社会需求、企业规范、 课程设计的真实性。并且通过学生自己设计、企业参观等方 机械工程师职业责任，通过学习帮助学生能多问几个“为什 式引导学生真正认识工程问题的解决过程及细节，促使学 么”，拓展学生对机械问题的观察广度。工程手册库主要作 生反思所学知识，有利于认识和企业一线方案的差距，帮助 用是学生面对工程问题时，能立即查找文献解决自己的工 学生尽早养成工程实践习惯。 程疑问，在学习过程中逐渐摆脱课本束缚，与工程接轨，融 ２．４多元化的理论课堂 会贯通地学习工程知识、理解工程知识、应用工程知识。 长期以来，机械工程专业课程教材按照“重基础、少学 ３结语 时、低重心、新知识、宽面向”的学科思路，片面强调知识的 针对“卓越计划”突出工程能力培养要求，结合学校机 传承教育，仅给出经过提炼升华的知识成果。教材充斥着 械制造技术课程教学条件及实践条件，开展了该课程实践 专业概念、术语、公式、技术特点等文字描述性的静态知 教学体系、理论课堂的教学内容、教学方法的改革与实践， 识，而对知识的形成发展过程缺少生动的揭示。这种类型 的教材缺乏启迪性，内容枯燥无味，不能激发学生探求新 有效调动了学生的学习主动性，开拓了学生工程视野，为机 知的欲望［５］。 械设计制造及其自动化专业的卓越计划实施进行了有益探 “卓越计划”突出知识“工程”性教育理念，需要学生了 索。 解知识的来龙去脉，掌握知识的发展脉络，才能融会贯通地 应用理论知识解决工程问题，因此需要学生立足于教材而 参考文献 又不能拘泥于教材，通过扩大知识面来增强对知识的理解。 【１］陈希．着力培养卓越工程师后备人才［Ｎ］．人民日报，２０１０：７—９． ［２］林健．“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制［Ｊ】．高等工程教 笔者通过构建国外原版教材库、工程视频库、工程手册库来 育研究，２０１０（４）：２１—２９． 拓展学生知识面，弥补当下教材的不足。让学生阅读国外原 ［３王永生．高水平特色大学卓越工程人才培养模式的研究与实践 ３１版制造技术教材，一方面可以拓展学生知识面，另一方面希 『Ｊ］．中国高等教育，２０１１（６）：１５—１８． 望通过知识多角度解释方式帮助学生深入理解理论原理。 ［４】林健．卓越工程师创新能力的培养加．高等工程教育研究，２０１２， 例如工序能力系数涉及六西格玛理论，按照原有方式，只能 （５）：１—１７． 让学生接受结果，而通过德国机械工程职业培训教材中的 ［５］刘元朋．工科创新型专业课程教材编写思路探索［Ｊ］．中国电力教 案例及图示形式，学生很容易理解工序能力系数的确切含 育，２０１２，２５２（２８）：９４—９５． 义。工程视频库除了典型的机械加工视频还包括《大国重 编辑李前锋 —ｊ ｊｋ。螺ｊ ｊ‘ｅ ｊ；ｔ 坐 ：ｊｋ 夸 ｊ妊 —９ ｝ ｊ‘拿 夸 窜 ｒ 业：・§ ，：§ 坐业 夸ｋ 业船ｊ 业业 ｊ 窜 —窜‘ ・ｊ‘窖 ｋｒ ｊ暑ｅ 夸ｋｒ业ｊ 夸ｋｒ 夸 ｝ｊ —奎ｋ （上接第４４页） 其次，根据要求进行选题，使选题既能满足教学要求又 力，进一步提高学生对知识的理解和掌握的能力。结课成绩 能体现施工技术的发展。但长期以来，课程设计任务书是由 推行综合评价方法，实行教考分离，加大平时考试重量，体 教师具体布置的，选题内容己使用多年，使得内容重理论轻 现了成绩的多元化，充分调动了学生的学习积极性和自觉 实践，实践性教学环节薄弱，采用常规简单的施工技术和机 性。 械，不能发挥创意。此外课程设计集中安排在结课后，时间 土木工程施工课程的教学改革是一项长期且艰巨的任 仅１周，有些学生不熟悉设计内容，抄袭现象严重，所以要 务，要循序渐进，在改革中不断总结积累教学经验，逐渐完 求教师应合理选择设计题目，避免部分学生抄袭，也可以由 善其教学方法，只有这样才能适应社会对土木工程专业人 教师先拟定设计大纲，鼓励学生在大纲的要求下主动寻求 才的需求。 合适的资料，从而形成新的设计题目。从而让每个学生都得 到锻炼，并且结合生产实际的设计题目有利于激发学生的 参考文献 学习积极性，培养和提高实际工作能力。 【１】丁玉平．新建本科院校“土木工程施工”课程教学改革和实践［Ｊ］． 最后，改革课程设计内容。由教师提出本设计应解决的 攀枝花学院学报，２００６（８）：９０—９２． 具体问题，设计方案由学生白行选择，根据设计方案进行计 ［２］吴强．土木工程施工课程教学思考［Ｊ】＿高等建筑教育，２００５（９）：５４— 算、分析、比较，最后形成设计文件及设计图纸。同时加强课 ５６． 程设计的指导，由于人数多，指导老师不可能对每个学生面 【３】张希黔，王伯成．超高层建筑及其现代施工技术的应用［Ｊ］．施工技 面俱到，这就应对学生严格要求，采取措施加强平时管理， 术，２００７（３）：５—１ １． 尤其是监督、约束那些自觉性较差的学生，最后认真检查课 ［４］姚刚，张希黔．ＧＰＳ技术在土木工程施工领域的应用现状与展望 程设计成果，从而提高课程设计质量。 ［Ｊ］．施工技术，２００２（２）：４８—５０． ５改革考试方法、方式，突出对学生能力的考核 ［５】范宏．优化建筑施工教学，培养学生的工程意识［Ｊ］．中国冶金教育， ２００７（１）：５０—５２． 目前最主要的考核形式是传统的、单一的闭卷考试，固 【６］汤小凝．浅谈“土木工程施工”教学中创新能力培养【Ｊ］．河南建材， 定的题型依旧是简答题、论述题、计算题，对于课程中需要 ２００８（３）：７７－７８． 学生理解的工艺原理，一般多为叙述内容，因此导致“考前 ［７］席晓雷．“建筑施工技术”课程ＣＡＩ课件的研究［Ｊ】＿农业与技术， 靠背诵，考完全忘记”的现象，所以应构建“以能力考核为核 ２００５（１２）：１９２． 心，知识、能力相结合”的考核模式，一方面考试应增加与实 【８］崔武文，韩红霞，王喜燕．案例教学在土木工程专业课程教学中的 践相结合的内容，另一方面可采用综合题开卷、讨论、答辩、 应用【Ｊ］．教育探索，２００７（５）：５１—５２． 科技论文写作等形式，考核学生分析问题和解决问题的能 编辑李前锋 ４９
