基于能力培養(yǎng)的機(jī)械制造工藝學(xué)項(xiàng)目教學(xué)研究

機(jī)械制造工藝學(xué)是高等學(xué)校本科機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維、綜合設(shè)計(jì)能力和機(jī)械工程實(shí)踐能力方面占有重要的地位。其先行課包括機(jī)械制圖、材料力學(xué)、金工實(shí)習(xí)、機(jī)械工程材料、金屬工藝學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性原理與測(cè)量、金屬切削原理與刀具、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等。課程內(nèi)容在以上先行課的基礎(chǔ)上講述機(jī)械產(chǎn)品的制造工藝，課程內(nèi)容具體包括零件加工工藝和產(chǎn)品裝配工藝兩方面，其指導(dǎo)思想是在保證質(zhì)量的前提下達(dá)到高生產(chǎn)率和高經(jīng)濟(jì)性，研究重點(diǎn)是機(jī)械加工工藝過(guò)程和裝配工藝過(guò)程。
在OBE教學(xué)理念下，構(gòu)建以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的達(dá)成度分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，這門課的課程目標(biāo)對(duì)學(xué)生的能力要求和對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求如下。
課程目標(biāo)1：學(xué)習(xí)機(jī)械加工工藝方面的基本理論知識(shí)和典型零件的加工工藝分析，掌握制訂零件機(jī)械加工工藝規(guī)程的方法，初步具有編制中等復(fù)雜程度零件機(jī)械加工工藝規(guī)程的能力。課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求1（工程知識(shí)）：1-4.掌握機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)，具備綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜機(jī)械工程問題的能力。
課程目標(biāo)2：學(xué)習(xí)裝配工藝方面的基本理論和知識(shí)，掌握制訂機(jī)器裝配工藝規(guī)程的方法，初步具有制訂中等復(fù)雜程度產(chǎn)品裝配工藝規(guī)程的能力。課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求2（問題分析）：2-4.能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，借助文獻(xiàn)研究，分析復(fù)雜機(jī)械工程問題的影響因素，證實(shí)解決方案的合理性，獲得有效結(jié)論。
課程目標(biāo)3：學(xué)習(xí)機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)的基本理論和方法，初步具備設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度專用夾具的能力，能夠評(píng)定夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣，對(duì)夾具精度設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求3（設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案）：3-2.能夠針對(duì)制造工藝、機(jī)電產(chǎn)品及裝備的特定需求，完成單元及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
課程目標(biāo)4：學(xué)習(xí)影響機(jī)械加工質(zhì)量（包括機(jī)械加工精度和機(jī)械加工表面質(zhì)量）的因素及其影響規(guī)律，掌握分析、研究機(jī)械加工質(zhì)量的方法，初步具備分析解決現(xiàn)場(chǎng)工藝問題的能力。課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求4（研究）：4-1.能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)機(jī)械復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究、比較和選擇研究路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。
由此可見，機(jī)械制造工藝學(xué)課程內(nèi)容具有極強(qiáng)的綜合性、理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性。對(duì)于應(yīng)用基礎(chǔ)型人才培養(yǎng)，這門課程起到了至關(guān)重要的作用。但是，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)通常采用“教師講、學(xué)生被動(dòng)聽”的枯燥模式，存在以下問題：
（1）對(duì)于理論知識(shí)學(xué)生掌握僅停留在書面，對(duì)于各部分內(nèi)容的掌握尚可但缺乏清晰完整的概念，無(wú)法建立理論和實(shí)際之間的聯(lián)系從而導(dǎo)致對(duì)于工程實(shí)際問題無(wú)從下手。
（2）對(duì)于應(yīng)用類知識(shí)，課堂授課無(wú)法達(dá)到使學(xué)生“身臨其境”的效果，無(wú)法在腦海中清晰地建立機(jī)械加工工藝系統(tǒng)（即刀具、機(jī)床、工件和夾具之間的位置關(guān)系以及加工工程的運(yùn)動(dòng)關(guān)系），為了讓學(xué)生能掌握扎實(shí)，通常教師不得不增加知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)時(shí)間，反復(fù)灌輸，效率低、效果差。
（3）特別值得注意的是，這門課程需要學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)共7章，章節(jié)之間環(huán)環(huán)相扣、知識(shí)具有極強(qiáng)的系統(tǒng)性。而理論課教學(xué)時(shí)間達(dá)到了44學(xué)時(shí)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)會(huì)后面忘記前面，很難系統(tǒng)掌握。若遇到具體的工程實(shí)踐項(xiàng)目，依然存在“摸不著頭腦”現(xiàn)象。
一、研究?jī)?nèi)容與總體思路
為了鞏固理論知識(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣壓傳動(dòng)等課程分別設(shè)置了相應(yīng)的“課程設(shè)計(jì)”，通過(guò)具體的課題練習(xí)建立起理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用之間的聯(lián)系。然而在機(jī)械專業(yè)的課程體系中，沒有單獨(dú)為機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)置課程設(shè)計(jì)。借鑒課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式，若將實(shí)踐課題以項(xiàng)目的形式布置給學(xué)生并和理論教學(xué)同時(shí)進(jìn)行，能夠形成以“項(xiàng)目”流程為牽引、以鍛煉能力為目的的教學(xué)新方法，這種方法又稱為“項(xiàng)目教學(xué)法”。項(xiàng)目教學(xué)法是指將工程實(shí)踐問題以“項(xiàng)目”的形式布置給學(xué)生，在進(jìn)行項(xiàng)目的過(guò)程中掌握并運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)知識(shí)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)機(jī)械制造工藝學(xué)課程特點(diǎn)和目標(biāo)，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)、
以工作過(guò)程為導(dǎo)向、以具體的項(xiàng)目化實(shí)踐性教學(xué)為基本點(diǎn)，構(gòu)建了適用于本門課程的項(xiàng)目教學(xué)法實(shí)施流程和評(píng)價(jià)措施。
1.課程教學(xué)內(nèi)容和項(xiàng)目選題：機(jī)械制造工藝學(xué)課程教學(xué)大綱涵蓋7章內(nèi)容，緒論、機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、機(jī)械加工精度、典型零件的加工工藝分析、機(jī)械加工表面質(zhì)量及其控制、機(jī)器裝配工藝過(guò)程設(shè)計(jì)。針對(duì)課程內(nèi)容，項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)置為“機(jī)床專用夾具設(shè)計(jì)”。構(gòu)建不同零件的不同加工形式機(jī)床專業(yè)夾具設(shè)計(jì)題庫(kù)供教學(xué)使用，例如“鏜削液壓泵上體三臺(tái)階孔車床夾具設(shè)計(jì)”。
2.項(xiàng)目組織形式及實(shí)施過(guò)程管控：采用以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，將主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生。成立學(xué)生項(xiàng)目小組并安排組長(zhǎng)，項(xiàng)目實(shí)施全程學(xué)生自己負(fù)責(zé)、擔(dān)當(dāng)工程師角色。組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組會(huì)的組織、任務(wù)分工安排、總體進(jìn)度掌握，著重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的鍛煉以項(xiàng)目帶動(dòng)知識(shí)學(xué)習(xí)，從而提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。教師負(fù)責(zé)項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中的答疑解惑和最終的項(xiàng)目評(píng)價(jià)。
3.項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程的評(píng)價(jià)措施：構(gòu)建了項(xiàng)目實(shí)施全程考核和最終答辯相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，將評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為優(yōu)、良、中、差、不及格五個(gè)等級(jí)。考察內(nèi)容包含項(xiàng)目的完成進(jìn)度、項(xiàng)目的預(yù)期成果完成情況、項(xiàng)目總體方案的合理性、項(xiàng)目設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性、項(xiàng)目設(shè)計(jì)或論述的整體創(chuàng)新性、團(tuán)隊(duì)意識(shí)和溝通能力等。
4.基于項(xiàng)目教學(xué)法的課程評(píng)價(jià)體系：構(gòu)建基于過(guò)程的、綜合考核學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的層次化分級(jí)教學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，形成以產(chǎn)出為導(dǎo)向、量化可控、多路反饋的能力達(dá)成度精準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系。課程的考核的環(huán)節(jié)包括課后作業(yè)（占比10%）、項(xiàng)目課（占比20%）、實(shí)驗(yàn)（占比10%）、期末考試（占比60%），各環(huán)節(jié)成績(jī)均以百分制記錄。
二、實(shí)施過(guò)程與實(shí)施結(jié)果
（一）項(xiàng)目執(zhí)行流程
采用項(xiàng)目教學(xué)法培養(yǎng)的學(xué)生更加符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)制造業(yè)高級(jí)人才知識(shí)、能力、素質(zhì)的綜合需求，可有效提升學(xué)生的就業(yè)率，更好地體現(xiàn)教育服務(wù)于社會(huì)的宗旨。
項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程中能夠培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣，在做中學(xué)，學(xué)以致用。已在機(jī)械與汽車工程學(xué)院機(jī)械12級(jí)-17級(jí)、卓越計(jì)劃試點(diǎn)13級(jí)-17級(jí)的教學(xué)過(guò)程中實(shí)施，具體的實(shí)施方法和步驟如下：
1.成立由4~5名同學(xué)組成的項(xiàng)目小組，一般按學(xué)生的學(xué)號(hào)尾號(hào)為順序順延組隊(duì)，并由小組同學(xué)選舉一名同學(xué)為組長(zhǎng)。學(xué)生具體人數(shù)由教師根據(jù)項(xiàng)目的工作量安排。
2.由教師從項(xiàng)目題庫(kù)中選擇課題并安排給各個(gè)小組，各組學(xué)生根據(jù)目標(biāo)零件的結(jié)構(gòu)、尺寸、形位公差等特性制訂項(xiàng)目計(jì)劃和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，制訂項(xiàng)目計(jì)劃書并進(jìn)行分工安排。
3.學(xué)生依據(jù)制訂的計(jì)劃和各自任務(wù)分解開展項(xiàng)目設(shè)計(jì)并定期進(jìn)行小組討論，匯總項(xiàng)目進(jìn)度并分析目前存在的問題，小組協(xié)商制定下一階段任務(wù)工作。教師利用少量理論課時(shí)間進(jìn)行答疑解惑。
4.項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成后，依據(jù)考核要求撰寫項(xiàng)目報(bào)告、匯報(bào)PPT，完善夾具的三維圖、二維工程圖并制作動(dòng)畫。由至少2名教師組成答辯專家組，聽取學(xué)生的匯報(bào)、指出不足和修改建議、給出項(xiàng)目教學(xué)部分成績(jī)。
（二）項(xiàng)目技術(shù)方案
經(jīng)歷6年的實(shí)踐，針對(duì)機(jī)械制造工藝學(xué)課程特點(diǎn)，題庫(kù)已經(jīng)涵蓋車、銑、鉆等基礎(chǔ)加工工藝，每種加工形式包括3~4種典型零件。豐富的題庫(kù)為“項(xiàng)目教學(xué)法”的進(jìn)一步實(shí)施提供了扎實(shí)基礎(chǔ)。課程項(xiàng)目包括工藝制訂、定位方案分析、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和定位誤差分析。主要內(nèi)容如下。
1.××零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程的制訂（小組協(xié)作）
確定毛坯種類、選擇定位基準(zhǔn)和表面加工方法、確定加工順序及工序集中程度、確定工藝裝備、計(jì)算確定加工余量和工序尺寸及公差、計(jì)算確定切削用量及工時(shí)定額。
要求：必須保證指定××零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率要求，方案合理可行。
提交：確定最優(yōu)方案后，填寫工藝過(guò)程卡和工序卡各一份。
2.加工××零件的×工序?qū)Ｓ脢A具的設(shè)計(jì)（一生一題，無(wú)重復(fù)）
確定該工序夾具的定位、對(duì)刀導(dǎo)引和夾緊方案，繪制結(jié)構(gòu)草圖并進(jìn)行定位誤差、夾緊力、力源裝置等的計(jì)算，詳細(xì)確定各主要結(jié)構(gòu)尺寸。繪制夾具結(jié)構(gòu)的正式裝配圖（工件處于夾緊狀態(tài)、標(biāo)注有關(guān)尺寸及公差配合、填寫零件明細(xì)表和技術(shù)條件）。
要求：采用合適的定位元件組合、滿足六點(diǎn)定位原則、夾緊力滿足加工要求、采用液壓缸、氣缸等自動(dòng)夾緊裝置，設(shè)計(jì)圖紙須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械制圖規(guī)范。
提交：繪制完整的夾具裝配圖一張（2D、比例1∶1、圖幅A0/A1）。
3.專用夾具的虛擬裝配（一生一題，無(wú)重復(fù)）
根據(jù)夾具結(jié)構(gòu)的正式圖，繪制零件3D圖、完成夾具3D模型的虛擬裝配并實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的動(dòng)態(tài)展示。提交：繪制夾具3D模型一份。
4.撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書和制作PPT
設(shè)計(jì)說(shuō)明書是對(duì)以上內(nèi)容的分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)的全面總結(jié)，內(nèi)容應(yīng)語(yǔ)句通順、圖表清晰，符合國(guó)家及專業(yè)部門制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，符合漢語(yǔ)語(yǔ)法規(guī)范；相關(guān)計(jì)算要有公式和過(guò)程，查表獲得的數(shù)據(jù)要有出處。PPT用于最后的答辯。
（三）實(shí)施結(jié)果
統(tǒng)計(jì)了長(zhǎng)達(dá)6年的“項(xiàng)目教學(xué)法”實(shí)施過(guò)程中學(xué)生成績(jī)情況，以得分率為參數(shù)對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握程度進(jìn)行分析，得分率為學(xué)生取得成績(jī)與滿分成績(jī)的比值。以500余名學(xué)生為樣本的成績(jī)統(tǒng)計(jì)見表1，表中數(shù)據(jù)為歷年學(xué)生得分率的平均值。根據(jù)表中分析可得出以下結(jié)論。

學(xué)生年級(jí)	項(xiàng)目課程得分率/%	期末考試得分率/%
12級(jí)	78	69
13級(jí)	80	74
14級(jí)	88	61
15級(jí)	80	67
16級(jí)	81	57
17級(jí)	81	69

表1 項(xiàng)目成績(jī)與期末考試成績(jī)得分率占比
 1.期末考試成績(jī)得分率在57%~74%之間浮動(dòng)，這說(shuō)明了當(dāng)以期末考試作為主要考核手段時(shí)，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握僅處于及格水平，也證明了期末考試驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)效果不佳。
2.項(xiàng)目成績(jī)得分率在78%~88%范圍浮動(dòng)，普遍達(dá)到了良好水平，這說(shuō)明采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行教學(xué)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握能力顯著提升；尤其是14級(jí)學(xué)生的成績(jī)樣本顯示，項(xiàng)目成績(jī)得分率比期末考試成績(jī)得分率高出27個(gè)百分點(diǎn)。
3.歷年項(xiàng)目成績(jī)得分率均值浮動(dòng)較小，除了14級(jí)88%的樣本之外，其余5年的均值都在3%以內(nèi)浮動(dòng)。一方面，這說(shuō)明項(xiàng)目教學(xué)法采用的題庫(kù)、實(shí)施流程、評(píng)價(jià)方法更為合理；另一方面，說(shuō)明了采用項(xiàng)目教學(xué)法對(duì)學(xué)生培養(yǎng)效果較好。而期末考試成績(jī)得分率均值浮動(dòng)較大、6年樣本之間分散性明顯，在17%范圍浮動(dòng)。這也充分證明了采用期末考試作為考核標(biāo)準(zhǔn)的劣勢(shì)，教師所設(shè)置試題知識(shí)點(diǎn)很難全面覆蓋龐大的知識(shí)體系，因而期末考試成績(jī)無(wú)法全面表征學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度且偏差較大。
三、結(jié)論
（一）構(gòu)建了具有機(jī)械制造工藝學(xué)課程特色的項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施方法
機(jī)械制造工藝學(xué)課程是以多門專業(yè)課為基礎(chǔ)，教授解決“零件制造工藝、夾具設(shè)計(jì)及加工質(zhì)量”實(shí)踐問題的綜合性課程，通過(guò)“項(xiàng)目教學(xué)法”的實(shí)施，能夠串聯(lián)理論與應(yīng)用并起到事半功倍的效果。相比機(jī)械專業(yè)類的其他課程，課程特色決定采用“項(xiàng)目教學(xué)法”更有利于新時(shí)代的人才培養(yǎng)。不但如此，在實(shí)施過(guò)程中還能夠提升學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的主人翁意識(shí)、團(tuán)隊(duì)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。
（二）構(gòu)建了過(guò)程和綜合能力評(píng)價(jià)的多元化考核評(píng)價(jià)體系
不僅課程項(xiàng)目具有獨(dú)立的研究設(shè)計(jì)內(nèi)容、考核節(jié)點(diǎn)、考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)報(bào)告和演示匯報(bào)等。而且將學(xué)生平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、隨堂測(cè)驗(yàn)、討論課、項(xiàng)目成績(jī)和期末考試成績(jī)等多個(gè)環(huán)節(jié)納入課程的考核指標(biāo)體系中，綜合考核學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)，對(duì)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)實(shí)行全過(guò)程管理。使學(xué)生能夠全程主動(dòng)參與到教學(xué)活動(dòng)中，并且能夠全面考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、掌握知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力、動(dòng)手和實(shí)踐能力，有力地促進(jìn)了學(xué)風(fēng)和考風(fēng)建設(shè)。
（三）構(gòu)建了五層次、分階段、循序漸進(jìn)的大實(shí)踐教學(xué)體系
基于項(xiàng)目教學(xué)法，將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)施、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)逐層遞進(jìn)，形成全方位、立體化的五層次、分階段、循序漸進(jìn)的課內(nèi)課外融合互補(bǔ)的大實(shí)踐教學(xué)體系。搭建技能大賽和科技競(jìng)賽平臺(tái)，構(gòu)建大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式，使技能大賽和科技競(jìng)賽成為高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的有效途徑。