基于工程认证的机械制造技术基础课程教学研究*

陈义厚 周传喜

长江大学机械工程学院 湖北荆州 434023

0 引言

机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业核心课。本课程主要讲述金属切削原理、机械加工工艺装备基本知识及刀具夹具的设计、机械加工工艺规程的设计以及机械加工质量分析与控制等内容。通过本课程的教学过程（如课堂理论教学、习题、课程设计等）及有关环节（如工厂实习等）的配合，使学生掌握金属切削原理和各种机床与刀具的应用，熟悉机械加工工艺方面的基本理论知识，掌握不同零件的加工方法以及加工和装配工艺，培养学生工艺和夹具的设计能力，以期可以分析和解决在制造和装配中遇到的质量问题。本研究以机械设计制造及其自动化专业工程认证为契机，结合笔者的教学实践，对机械制造技术基础课程的教学改革进行探讨[1]。

1 课程教学目标的设定

机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业学生实践性比较强的课程，其教学内容广、知识多，既包括课本知识的学习，也包括动手能力的培养，同时要注重培养学生的责任意识和职业素养。经过专业教师讨论研究，制订教学目标。

课程目标1：了解金属切削原理、机械制造工艺基本概念，机械加工工艺装备、机床刀具的结构性能；掌握有关夹具设计基本原理知识，机械加工工艺及装配工艺知识，具备加工质量影响因素的分析能力。

课程目标2：熟练应用金属切削原理知识、机械加工工艺装备知识、机械加工工艺知识以及加工质量知识，进行优质高产低耗的工艺设计，培养学生复杂工艺问题的分析解决能力。

课程目标3：培养开展复杂机械加工和装配工艺工程问题的系统设计、零件结构分析及零件制造工艺设计的能力，兼顾提高生产率的途径，并具有对设计方案进行优选、创新的能力。

2 课程内容与体系的建设

机械设计制造及其自动化专业是我国高校成立最早、招生人数最多、布点最广的专业之一。长江大学机械工程学院现有机械大类中的四个专业，分别是机械设计制造及其自动化、材料成型、控制工程与装备和机器人工程，四个专业的教学计划中，机械制造技术基础课程都是专业核心课程。机械制造技术基础课程根据学院发展要求，以及机械设计制造及其自动化专业和材料成型专业两个专业工程认证的需要，确立宽口径、重基础、抓实践、以学生为主体的人才培养目标，对课程知识结构及课程体系进行了改革，将原来机械制造专业的四门专业课（金属切削原理，机床概论，机制工艺学，夹具设计原理）整合优化、有机重构成为一门机械制造技术基础，并将该课程定位为专业核心课[2]。

以“宽口径、重基础、抓实践、以学生为主体”作为课程内容改革的指导思想。“宽口径”就是增强机械制造技术基础课程的内容，主要教学内容有夹具设计原理、金属切削原理、机械加工质量、机械加工工艺过程设计以及机器的装配工艺设计，并介绍有关先进制造技术理念；“重基础”就是在教学上着重介绍基本概念、基本原理和基本工程规律，注重细节，辅之以工程实例分析和课程设计实践性教学环节；“抓实践”就是强调实践能力的培养，通过实践锻炼进一步理解和掌握基础知识，加深对机械制造相关概念的理解。实践教学主要体现在两个方面，第一是机械制造技术基础课程设计的执行，第二是加强实验课的教学[7-8]，通过课程设计的实践，学生对中等复杂零件的工艺规程进行编制，锻炼了解决复杂综合问题的能力，进一步对制造相关术语加强理解，只有与实践紧密结合，才能深刻理解其中含义。实验课的加强方面，以前笔者所在学院实验课由专任实验教师授课，实验课与理论课在时间上的衔接往往容易出问题，出现实验课提前于理论课执行的情况，导致学生上课时听不懂，同时出现由于实验老师理论知识缺乏而无法解释清楚的情况。进行课程改革后，在制订教学计划时就将实验课实践和理论课进行了互动，确保理论课先于实验课进行；“以学生为主体”理念的提出主要是为了配合学院机械设计制造及其自动化和材料成型专业的工程认证工作，具体体现是教学应围绕学生为主体进行计划制定和实施，面向对象的教学，根据不同的学生进行教学方式的调整，同时对学生毕业后的能力体现进行综合评价。力求课程内容浅显易懂、易记和易学，课程将传统的机械冷加工系统作为讲述对象，进行知识的系统设计与组织，使课程本身具有鲜明的系统性与适用性[3]。

3 课程实践性教学环节的建设

机械制造技术基础是一门实践性很强的专业技术基础课，无论是金属切削原理的理解与掌握，还是机床、刀具与夹具的设计及应用，或是零件加工工艺规程与加工质量的分析等均离不开具体对象。根据认知规律，学生在接受工程概念与原理时，需遵循由感性认识到理性认识，再由理性认识指导实践的认知过程。学生学习本课程之前已经有过金工实习的经历，本课程的讲解通过案例分析充分唤醒学生的记忆，达到对感性认识的升华；接着进行基本原理、基本规律的介绍；最后，通过精心设计的一系列实践教学环节完成课程理论知识到实践应用的认知过程。实践性教学环节由这些模块组成。1）通过四周的金工实习，通过学生实地动手，采用现场教学，使学生熟悉零件加工的传统机械加工方法。2）紧密结合现代制造技术的发展，通过CAD/CAM数控实训实习环节，进行数控机床的操作、程序的编制等系统学习，全面提高学生实践动手能力。3）利用综合性实验平台，以制造工艺为主线，结合所学基本理论知识，学生可完成验证性实验、概念认知型实验到综合创新型实验，通过制造工艺的主动设计，提高学生实验创新能力。4）机械制造基础课程设计是机械制造技术基础课程的综合和实践教学环节，该课程以常见机械零件为研究对象，利用零件图和有关手册、规范、图表等技术资料，制定加工工艺规程，包括毛坯选择、加工方法选择、工艺路线拟定、评价机械加工工艺方案的合理性等。该课程设计是在学完机械制造技术基础及机械设计课程，并进行金工实习的基础上进行的一个教学环节，它要求学生全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的在于：培养学生运用机械制造技术基础及有关课程（工程材料、机械设计、互换性与技术测量、金属切削原理与刀具等）的知识，独立地分析和解决工艺问题，使其初步具备制定复杂零件的工艺规程的能力，树立科学规范的设计思想和严谨的工作作风。

通过实践环节的加强，机械设计制造及其自动化专业、材料成型专业和其他相关专业的学生对机械零件的制造过程和制造技术有了更为全面的了解，对学生走入企业奠定了坚实的理论和实践基础，同时也充分体现了以“学生为主体”的工程认证理念。

4 教学方法与手段改革

4.1 充分发挥线上线下教学的优势

新冠疫情来袭，对人们的生活带来了诸多不便，但疫情却带来了线上教学的崛起，雨课堂、腾讯课堂等线上教学形式发展迅猛。在坚持线下课堂教学的同时，要充分发挥线上教学的特点及优势，不断提高教学效果。首先线下课堂教学大量应用多媒体教学，结合板书讲解，更利于学生的理解，使学生留下深刻的印象；其次，课堂教学中通过播放一些现场生产的实况录像，使学生犹如身临其境，更好地做到理论联系实际。线上教学能够做到快速及时，学生答疑则可以充分利用线上教学的特点进行，通过线上答疑，能使学生及时消化课堂教学的内容，并节约学生时间。通过三年的线上教学实践，学生对知识的理解更加及时，取得了较好的效果[4]。

4.2 完善的考核方式

机械制造技术基础课程的考核方式包括期末考试、平时作业和实验考查，总评成绩按期末考试成绩占70%、平时作业占20%、实验占10%计算。这种考核方式加大了教师对学生平时学习状况的关注，通过课堂教学与课外辅导相结合及时解决学习中的问题。

5 教学效果，课程目标达成度分析[4-5]

经过对长江大学2019级学生的教学，机械制造技术基础课程理论课的教学效果分析较好，其目标达成度较好。机械制造技术基础课程为考试课，采用闭卷方式进行期末考试，本次考试题型有六大类：名词解释、填空题、判断题、选择题、分析题及计算题。考试试卷符合教学大纲要求，课程考试前，试卷经过侯灵霞教师试做，专业负责人及教学院长审核。课程目标达成情况评价采用课程考核成绩分析法进行评价，总评成绩=20%（作业）+10%（实验）+70%（期末考试）。

从课程目标达成度来看，课程目标1、2、3达成度都在0.60以上，反映学生学习成果总体不错，三个目标中目标2的达成度在0.8以上，说明学生在进行工艺分析时，考虑社会因素环境因素，具有可持续发展理念；目标1、目标3的达成度值较低，说明对于基础知识的掌握不够熟练，概念记忆不是很熟练，这是在今后教学中需要进一步加强的地方。两个班共66人为评价对象进行评价，具体三个课程目标达成情况如下，课程目标值≥0.67时表示课程教学目标达成，评价结果：目标1为未达成，目标2、3为“达成”。

5.1 课程目标1 的达成分析

学生对于课程目标1的达成分布如图1所示。

从达成情况来看，目标值分布在0.37～0.90之间，有47位学生的达成值低于目标值0.67，参加学习的66人中28.8%达成课程目标1。主要原因是名词解释题答题不够准确、有许多学生选择题答题正确率不高等因素引起的，反映学生对基础知识的掌握不够准确。

5.2 课程目标2的达成分析

学生对于课程目标2的达成分布图如图2所示。

图2 课程目标2达成分布图

从达成情况来看，目标值分布在0.6～0.99之间，有6位同学的达成值低于目标值0.67，参加学习的66人中90.9%达成课程目标2。目标2的考核主要以作业为主，考虑影响加工质量的影响因素，多从社会、健康、安全、文化的影响方面对加工质量进行分析研究，体现一定的自主学习能力。

5.3 课程目标3的达成分析

学生对于课程目标3的达成分布图如图3所示。从达成情况来看，目标值分布在0.5～0.96之间，有12位学生的达成值低于目标值0.67，参加学习的66人中81.8%达成课程目标3体现采用数理统计的方法对加工工艺进行分析的能力，能建立尺寸链进行工艺安排，对工艺方案能进行优化与创新。

图3 课程目标3达成分布图

6 结束语

在基于工程认证的机械制造技术基础课程的教学改革与建设中，笔者不断努力探索，总结经验，完善教学。贯彻“以学生为主体”的理念，密切联系实践，重在工程素质的培养，有效提高学生应用知识解决实际问题的能力。目前，笔者借助机械设计制造及其自动化工程认证这个平台，进行的机械制造技术基础课程的改革还处于探索阶段，有待于进一步完善。