基于新工科内涵的《机械制造工艺学课程设计》教学新模式.pdf

136 Academic and Practise 学术与实践基于新工科内涵的机械制造工艺学课程设计教学新模式何彪，宋扬扬（贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550025）摘要：机械制造工艺学课程设计是机械设计制造及其自动化专业制造工程方向的一门专业实践课。本文分析了传统工艺课程设计中存在的重设计理论、轻实际应用等问题，结合多年的指导经验和新工科建设的要求，探索一种新型课程设计指导模式。该模式根据新工科的内涵，让工艺课程设计回归工程及应用本身，同时要求学生作品在满足功能要求的前提下，思考作品设计的经济性、结构的美观性和宜人性及制造的工艺性要求，为学生在今后的产品设计和开发过程中，更加关注产品开发制造过程与经济、社会、环境、人文等方面的有机统一，培养学生将产品设计应用于社会、服务于人民的社会主义家国情怀。关键词：新工科；机械制造工艺学课程设计；教学模式；家国情怀作者简介：何彪，男，贵州大学机械工程学院讲师。宋扬扬，女，贵州大学机械工程学院讲师。作为机械设计制造及其自动化专业制造工程方向的一门专业实践课，机械制造工艺学课程设计在本专业学生的培养体系中，具有承上启下的作用。加工作为机械制造的技术手段，涵盖了切削原理、加工设备、加工工艺理论、物理学、化学、材料学等交叉学科，机械制造工艺学课程设计就是在掌握上述知识后的一次综合性的实践课。该实践课的目标是为加工对象进行合理的工艺规划并设计功能结构优化、经济合理、操作方便并能实现节能减排低消耗的可持续机械加工工艺装备。作用是何彪，宋扬扬：基于新工科内涵的机械制造工艺学课程设计教学新模式137让学生在掌握机械加工理论的基础上，进一步将这些理论应用于工程实际，在设计中培养学生的工程实践能力，让本课程进一步回归工程应用本身；同时引导学生在设计实践中思考产品设计的经济性、结构的美观性和宜人性及制造的工艺性要求，使学生在今后的产品设计和开发过程中，更加关注产品开发制造过程与经济、社会、环境、人文等方面的有机统一，培养学生将产品设计应用于社会、服务于人民的社会主义爱国情怀。一、机械制造工艺学课程设计的新工科内涵新工科课程多为自然科学，学生对于新工科课程的学习，绝大部分关注的是专业知识结构、专业技术内容以及实践技能的培养1。新工科实际就是新型的工程教育，其本质是“工科”，取向是“新”。其内涵是：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养多元化、创新型的卓越工程人才。新工科内涵的新意体现在“理念新、要求新、途径新”三个层面2。新工科教育主张积极应对变化，引领创新，探索不断变化背景下的工程教育新理念、新结构、新模式、新质量、新体系，培养能够适应时代和未来变化的卓越工程人才；新工科要求体现在人才结构新、质量标准新3。高等教育培养的工程人才培养结构要求多元化，人才培养质量要求面向未来4。未来的工程人才应具有家国情怀、全球视野、法治意识和生态意识，设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，创新创业、跨学科交叉融合、自主终身学习、沟通协商能力和工程领导力等素养5。新工科反映了未来工程教育的形态，是与时俱进的创新型工程教育方案，要根植于我们的历史积淀，继承优良传统，面向未来，全面加快改革创新。学科交叉与融合是重大工程科技创新的源泉与突破点，经济全球化的不断深入与创新要素的加快流动使得共建共享、合作互补。机械制造工艺学课程设计在教学指导活动及学生培养过程中，从以下三方面体现新工科的内涵：一是设计实践进一步回归工程设计和应用本身，培养学生应对不断变化的工程实际背景并解决实际工程问题的能力，不断培养学生的设计思维和工程思维；二是在工艺规划和工艺装备设计过程中，在继承传统工艺设计经验的条件的基础上，鼓励学生运用批判思维和辩证思维进行工艺方法的创新和工艺装备结构的创新；三是在工艺设计和装备设计中，引导学生思考产品设计的经济性、结构的美138 Academic and Practise 学术与实践观性和宜人性及制造的工艺性要求，在考虑产品功能的前提下，更加关注产品制造过程与经济、社会、环境、人文等方面的有机统一，增强学生的生态意识，培养产品设计是应用于社会、服务于人民的社会主义家国情怀。二、基于新工科内涵的机械制造工艺学课程设计教学新模式在新工程教育的大背景下，结合多年课程设计的教学经验，总结出以下教学方法和模式，希望在新的条件下，对新型工程人才的培养有所裨益。（一）开放式的选题模式课程设计的选题一直以来都是教师指定题目，学生根据教师的要求，按照一定的程序完成设计，这种模式的优点在于教师便于管理和指导，但是学生可能缺乏主动性，对设计缺少积极性，它实际上是以教师为中心的指导模式。新的选题模式要求多样性，学生可以根据自己实际情况，组队选题，题目的难度由教师和学生共同讨论决定。这种选题模式，看起来要麻烦些，但实际上是把问题的主动权交给学生，教师起辅导和指引的作用，是一种以学生为中心的教学指导模式，可以极大地调动学生的积极性和热情，更有利于引导学生进行创新性设计。（二）团队协作的设计模式工程设计永远不是一个人的设计，讲求团队力量和协同作战，是一个 1+12 的模式。零件的工艺设计不是一个人能够完成的，因此在指导设计时，将学生按其意愿组成设计小组，每个小组的组长由学生自行确定，负责小组的任务分配及与教师或其他组的讨论。在工艺设计过程中，这种模式在设计中发挥了很大作用，每一个工艺问题都可以得到充分的讨论，每一个工艺问题的解决方案都得到优化。当然，在讲求协作时，也要充分发挥个人独立自主完成任务的能力，每个同学独立完成的那部分工艺设计及工艺装备设计就是对其独立工作能力的有效培养。（三）创新驱动的设计模式创新开创未来，设计本身就是从无到有，从有到优的创新性活动。机械制造工艺学课程设计应遵循这一原则。教师在指导设计过程中，始终要引领学生进行创新性思考，鼓励学生大胆进行工艺创新及结构创新。创新来源于对比，创新来源于拓展，在设计过程中，引导学生从多视角对问题进行分析，大胆地类比，大胆地猜想，何彪，宋扬扬：基于新工科内涵的机械制造工艺学课程设计教学新模式139细心地验证，获取设计的新方案。以下是在课程设计中引导学生创新的例子。1.小型蜗轮箱轴承孔的加工方法对比拓展传统方法粗镗半精镗精镗拓展方法 1粗车半精车精车拓展方法 2粗铰精铰通过对三种方法的优劣进行对比分析，可得到不同条件下较好的加工方案。2.连杆大头孔的加工方法对比拓展传统方法粗镗半精镗切断粗精铣接合面装配精镗拓展方法 1粗镗半精镗裂解装配精镗裂解方法为飞机发动机连杆的加工带来较大的经济效益，同时提高了连杆的运动性能，那么它对汽车发动机用连杆是否适用，是否可以迁移过来呢？对于本科学生来说，这是他们不知道的技术，需要他们查阅相关资料，解决问题。上述例子在工艺学课程设计中是非常重要的，即教师引导学生解决问题的过程中，开拓了学生视野，提高了学生的创新思维能力。这比起传统基于中大批量的加工工艺和工艺装备设计，学生的积极性得以提高，设计的灵活性得以加强。（四）绿色引领的设计理念绿色低碳环保是新时代机械制造技术应该坚守的设计和加工理念，在机械制造工艺工装设计上体现得十分突出。一是零件的结构工艺性要求在满足使用性能和物理力学性能的前提下，结构应尽量简单，减少加工面，从而节省材料，降低能量消耗；二是在工艺规划上尽量缩短工艺路线，减少加工设备的量及占地面积，这在目前及将来的生产模式上是一种大趋势；三是在进行工序设计时，尽量优化切削用量和加工参数，满足低碳要求；四是工艺装备设计要符合节能减耗的原则，夹具设计是工艺设计的关键环节，也是最能体现绿色低碳环保思想的设计载体。夹具设计除了满足定位准确、夹紧可靠的要求外，还要求从简化结构、节省材料、降低能耗等方面思考。指导教师要从这些方面引导学生思考，尽量将这些理念体现在设计之中。同时开放的选题模式和团队协作的工作模式为实现绿色加工的理念提供了方便，集思广益，每人一个想法，使设计方案得以优化。（五）人文关怀的设计理念设计制造的初衷是为方便人类改造自然，同时满足人们的物质生活需求。新时代对设计制造提出了更高要求，就是满足人140 Academic and Practise 学术与实践们对美好生活和新鲜事物的向往。这就要求产品设计不光要满足功能需求，更重要的是要满足宜人性要求。工艺设计的对象是产品加工的过程规划，应用该设计成果的是工厂的工人，因此工艺设计产品要方便工人的操作。在指导工艺课程设计的过程中，从以下几个方面引导学生考虑这方面的问题：在工艺规划设计过程中，要求学生站在工人的角度，考虑不同的加工环境，进行工艺方案优化；在工序设计过程中，要求学生考虑实际加工环境，优化加工方法和加工参数，使工人易于操作；在夹具设计过程中，要求学生从操作安全方便、结构美观、色彩协和等有益于工人身心健康的方面考虑。（六）多元化的考核模式课程设计的考核，以往只从设计本身和学生的答辩情况加以考查。在上述五种模式下，这种考查模式比较单一，是基于结果的考查模式。在新的模式下，需要建立一种基于过程的考查模式，更能全面反映学生设计的情况。从设计的态度、完成的任务、协作的精神、创新思维、思辨能力、独立工作能力以及最终的设计成果图纸和说明书等方面进行考查，全面地反映学生在设计实践中的表现。该模式更加注重过程的考查，更具人文情怀和终极关怀。三、结语新工科背景下的工艺学课程设计，其本质是工程设计。在零件进行工艺规划及工艺装备设计过程中，必须以工程设计的要求和思维进行工艺分析和规划，力求使工艺规划符合生产实际，力求使工艺装备的设计满足功能要求，同时考虑经济性、可靠性和操作的宜人性，在设计中关注产品的设计与制造是否满足低碳、低耗及环保等可持续发展理念。通过这些引导，让学生获益的不仅具备工程设计能力，更重要的是使学生树立正确的工程设计思想，那就是产品的设计必须符合可持续发展，服务于社会，服务于人民。参考文献：1 潘显民,万莹.新工科专业课程思政教学改革与实践以计算机网络技术课程为例 J.教育文化论坛,2021,13(5):120-125.2 孙英浩,谢慧.新工科概念基本内涵及其特征J.黑龙江教育 理论与实践,2019(7)：45-47.3 朱正伟,周红坊,李茂国.面向新工业体系的新工科 J.重庆高教研究,2017(3):15-21.4 易灿,吕勇,肖寒.高校新工科建设的对策研究 J.教育教学论坛,2019(3)：25-27.5 卢月,李冬梅.新工科专业建设解析 J.内蒙古统计,2019(4):40-43.