基于应用创新能力培养的机械制造综合实践教学改革探索

摘 要： 本文分析了当前机械制造综合实践教学中存在的问题，以应用创新能力培养为主线，融合现代教育技术，对现有实践教学进行了整合和扩充。增加了检测及热处理工艺设计等内容，增加并强化了对数控加工工艺设计的训练，将三维CAD/CAM/CAE软件融入机械制造综合实践环节，借助WAVE技术及标准件库来辅助完成工艺规程与夹具设计。探索了以项目教学为依托、借助开放实验室、以职业资格认证为考核目标、将综合实践和课堂教学相融合的松散和集中相结合的实践教学模式。

关键词： 机械制造 综合实践 应用创新 改革探索

培养应用创新型人才是“十二五”的重点[1]。应用创新能力培养以培养学生较强的自主学习能力、岗位适应性，具有技术创新和技术开发的二次能力为目标，培养学生的自主创新精神和创新能力[2-3]。实践教学在应用创新人才的培养中占有重要的地位[4]。机械制造综合实践是和《机械制造工程学》课程理论教学配合进行的独立集中性实践教学，是机械制造技术由理论层次提升到应用层次、培养学生应用创新能力的关键环节[5-6]。通过本实践环节，要求学生应用《机械制造工程学》及其相关课程的理论和生产实习的实践知识，学会编制工艺规程，并进行专用夹具设计。

笔者针对当前机械制造综合实践教学中存在的问题，以应用创新能力培养为主线，融合现代教育技术，提出了以项目教学为依托、以职业资格认证为考核目标、采用分段考核、将综合实践和课堂教学相融合的松散和集中相结合的实践教学模式。

1.当前机械制造工艺与夹具实践教学中存在问题

1.1时间短，任务重。

机械制造工程学课程内容多而广，注重制造流程的讲解，但涉及有些具体内容又显得不够，这就造成了理论和工程实践之间脱节，从而影响了教学效果。

1.2内容相对陈旧。

当前机械制造工程学课程实践教学是以传统机械加工为主线进行的，涵盖了机械制造工程学课程中的大部分内容，但对现代制造技术――数控加工工艺设计的训练很少甚至没有，从而严重影响学生对先进制造技术的熟悉和掌握。

1.3忽略对热处理工艺的训练。

一直以来，多数院校机制专业只是简单开设了金属材料及热处理课程，缺乏热处理的集中实践环节。学生普遍对材料的基本性质、如何选择零件材料、怎样进行热处理及制定热处理工艺等缺乏基本知识。

1.4缺乏对检测相关工艺内容的训练。

当前的工艺与夹具课程设计中，在工艺分析阶段，虽然有对零件的技术要求和质量标准的分析，设计人员也在脑海中有对零件检测的模糊的思路，但在后续的设计中缺乏对整机、零件及工序加工检验的具体设计，致使学生缺乏对典型检测方法、设备及应用的训练。

1.5现代教育技术应用很少。

三维CAD/CAM/CAE技术已相当成熟，并已应用于机械设计与制造的各个领域，我国也已经制定了三维设计的标准。当前的工艺与夹具实践中，CAD技术应用以二维CAD为主，三维CAD软件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等基本没有应用，对夹具结构的CAE分析基本没有，致使学生缺乏相关能力的训练，不利于学生应用创新能力的培养。

2.应用创新型能力培养的机械制造综合实践

2.1全面综合训练项目安排。

本综合实践环节在内容的安排上以培养学生全面掌握机械制造工艺流程的基本知识和基本能力为目的，以工程师执业资格认定为考核目标，在传统的机械制造实践内容：工艺分析、基准选择、加工方法选择、加工阶段划分、工序顺序安排、机床及工艺装备选用、切削用量和工时计算、编制工艺文件等基础上，增加了工件热处理工艺设计和检测工艺设计等新的内容，以使学生更加全面了解和掌握机械制造全流程的知识，使培养方案和社会需求紧密结合起来。

2.2依托于项目的自主学习模式。

在课堂教学中，受限于教材篇幅和学时的限制，讲授的内容多而广，但涉及具体工程问题内容又显得不够。针对这种问题，在课程开始第1周，就把实践的项目任务下发给学生，使学生明确课堂教学的内容和为完成本实践环节需要自主学习的内容，使学生在课程学习中带有明确的任务和目的，在训练项目的指导下有目的性地学习，在自主学习中主动发现问题、自主解决问题。学生同时利用学校工程训练中心的开放时间，可以对自己设计的加工工艺进行上机加工验证。在此过程中，学生在解决工程实践问题的过程中完成对应用创新能力的培养。

2.3分散与集中相结合的实践模式。

本实践训练的内容和要求一般需要用3―4周的教学时间来完成。目前机械制造综合实践仍沿用了传统的工艺与夹具设计2周的教学习惯，时间短、任务重，因而需要研究一种全新的实践模式完成实践。学生平时时间相对比较充裕，本实践环节结合机械制造工程学课堂教学，在课程开始就布置下实践任务，将实践中原需要集中的环节分散在课程教学过程中来完成，而在集中的时间段内更多地用在工艺文件的编制和规范上，从而形成一种分散与集中相结合的实践教学模式，解决集中实践时间不足的问题。

2.4融合三维技术的辅助工艺规程设计。

在工程中，三维软件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等，已广泛应用于机械设计与制造的各个领域，但在传统的工艺与夹具设计实践环节，却缺失相关内容的训练和能力的培养。机械制造综合实践环节要求学生借助当前流行的三维软件如NX的WAVE模块来辅助完成零件机械加工工艺设计。其流程如图所示，为基于NX-WAVE建立的机床拨叉体快速工艺编制模板。

2.5融合三维技术的夹具设计。

在本综合实践中，要求学生全程应用三维软件如NX的WAVE设计技术完成夹具从总体方案到具体的零部件设计，同时所有工程图纸全部由三维实体模型导出。在夹具设计中，除传统的夹紧力计算外，还要求学生运用三维软件如NX的CAE模块完成夹具的运动仿真及有限元分析等，借助分析结果完成对夹具结构设计的优化，从而使学生熟悉主流的CAD/CAE功能模块的应用，具备应用CAD/CAE软件完成工程设计和分析的能力。

2.6将数控加工工艺的训练融合在传统的机械加工训练中。

现有的工艺与夹具课程设计中，学生在做工艺设计时基本上做的都是传统的机加工艺，学生很少主动采用数控机床来完成零件加工。在机械制造综合实践中，在选题时，我们就有意识地选有一道或几道工序需要借助数控加工来完成的典型工件，要求在安排工艺流程时必须至少有一道工序是采用数控加工的方式完成的，鼓励学生广泛采用数控机床完成工件加工。同时提供一个典型的数控加工工序卡模板供学生参考。针对数控加工工序，可直接调用WAVE工序模型完成CAM模拟加工及生成数控程序代码，之后可进入学校开放的工程训练中心完成实际加工及检验。

2.7以职业资格认定为目标的分阶段考核评定。

本综合实践考核打破传统的仅提供纸质文档的考核模式，采用在集中阶段提交纸质物化成果和学期末通过工程师资格认证的分阶段组合考核模式。纸质物化成果和工程师资格认证各按照50%计入总评成绩。

3.结语

机械制造工艺与夹具综合实践以应用创新型人才培养为主线，主要完成制造工艺过程设计、工序设计、热处理工艺设计、工件及工序的检测设计、基于三维CAD――WAVE技术的工艺过程的典型夹具设计等内容。笔者介绍了机械制造综合实践教学环节在我校的改革与实践情况，推出了突出应用创新能力培养的全面综合训练项目安排，提出了以项目教学为依托，将综合实践教学融入课堂教学，提高课堂教与学的目的性、针对性的教学方法，依托开放实验室模式的松散和集中相结合的实践教学模式。在实践过程中，增加了检测及热处理工艺设计等原来教学环节中缺失的内容；将现代制造技术及三维CAD/CAM/CAE技术融入机械制造综合实践环节，借助WAVE技术辅助完成工艺规程与夹具设计。通过上述措施，培养了学生的自主学习能力、独立进行工程实践和创新的能力，进一步拓宽了学生的知识面，培养了学生的标准化意识，有力促进了卓越工程师应用创新能力的培养。

参考文献：

[1]眭平.基于应用创新性人才培养的创新教育实践[J].中国高教研究，2013，8：89-92.

[2]庄未，黄用华，李雪梅，黄美发，刘夫云.机器人研究在机械工程类应用创新型人才培养中的作用探索[J].教育教学论坛，2014，2：189-190.

[3]刘辉，沈玉志.工科高校创新人才培养模式构建[J].辽宁工程技术大学学报，2013，5：321-323.

[4]吕明，杨胜强，白薇.机械类本科生创新人才培养与教学模式改革研究[J].中国大学教学，2009，5：28-30.

[5]张爱梅.新时期机械制造类专业实践教学改革的探讨[J].教育与职业，2008，9：161-162.

[6]刘迎春，熊志卿，宁立伟.机械类应用工程师人才培养模式的改革与实践[J].中国大学教学，2010，8：18-20.