智能制造背景下机械设计实验教学改革探索

计划的制定，加快制造业转型升级提上日程。实现制造强国的战略目标，为与制造业相关的数控技术专业的教学带来新的机遇和挑战。机械设计基础是数控技术专业开设的一门重要的技术基础课程，该课程作为一门实践性很强的课程，其实验教学是一个十分重要的实践环节，除了起到加深学生对理论知识的理解、对课堂上教授的理论知识的验证作用外，更重要的是培养学生实践动手能力、理论联系实际能力、分析问题和解决问题的能力，启迪其创新思维，开拓其潜能的重要手段[1-3]。如何结合专业特点同时迎合中国制造2025计划的需要，舍弃陈旧，吸取精华，接纳新鲜内容，是机械设计基础实验教学中面临的重大 课题。

1 当前教学现状

机械设计基础实验教学是该课程教学的重要组成部分，是学生将理论知识应用于实践中的媒介，更是培养学生动手能力、分析问题和解决问题能力及启迪其创新思维的重要途径。然而，目前实验教学以传统验证型实验为主要内容，实验内容单一，既不能反映数控专业的特色内容，也束缚了学生的思想，更不能适应“中国制造2025”的时代背景；另外，实验教学手段单一、考核方式不够科学[4]，不利于充分调动学生的积极性，最终导致实验教学的效果与实验课的教学目标相差甚远。

2 实验教学内容改革探索

2.1 结合学生的兴趣点设置基础型实验

基础型实验包括机构认知、零部件认识等认知性实验和机构简图测绘、齿轮范成等验证性实验。根据本课程的特点，巧妙安排该类实验教学和理论教学的先后顺序，使两者有机结合起来激发学生的学习兴趣。例如，在平面四杆机构的理论课程前设置认知性实验，带领学生参观机械原理陈列柜，可以使学生在理论学习之前对该章节所涉及的典型机构和零件有感性的认识，在此基础上，引导学生动手做平面四杆机构的搭接实验，使学生进一步理解平面四杆机构的功能性，从而激发学生对理论课程的兴趣；而在齿轮范成加工方法的理论课程之前，组织观看齿轮加工的影像，在理论课程之后设置齿轮范成实验，学生通过了解实验原理、记录和分析实验参数，不仅对齿轮范成加工进行了印证，也学会了验证某一原理或设计成果可行性的方法，然后带领学生进校实训车间，现场观察滚齿机切制齿轮的加工过程，增加学生的学习信心[5]。

2.2 结合数控专业特色设置综合型实验

机械设计基础是数控技术专业开设的一门重要的技术基础课程，其实验教学是提高本专业技能最重要的实践环节，为更进一步的突出课程实验对本专业的服务性特点，笔者结合本专业所涉及的机床及数控加工工艺设置机械设计基础综合型实验，通过对机床机械结构的实际零部件的测量与分析提高学生分析抽象机构及典型零件的能力，进而提高学生对数控加工方法和工艺的分析与设计能力[6-8]。

综合型实验教学的具体内容设置如图1所示。

2.3 结合“智能制造”设置创新型实验

结合“智能制造”创新发展和制造业与信息技术融合的理念，在实验教学时设置创新拔高型实验，以适应“智能制造”的要求[9]。

如图2所示，以机构创新认知实验、校园环保自行车创新设计与制作等为代表的创新发展类实验，使学生层层深入到典型机构与创新产品中去，既能逐步激发学生的兴趣、锻炼学生分析问题和解决问题的能力，又能培养学生的创新意识。利用信息技术设置虚拟设计与仿真类实验，例如通过计算机辅助设计与制造软件模拟机器人的运动过程、设计与制造实训车间智能运输小车，以有利于学生实训的实际产品勾起学生的创新欲望[10-12]。设计与制造实训车间智能运输小车为例，首先将学生分成若干组，使各组学生运用其在一年级所学的CAD课程、同期CAM课程，分别设计智能小车的各个零部件并进行三维造型，由实验教师将各组设计的零部件组装，并进行编程模拟运动，让学生参与设计与制造，真实体验机械零件设计过程的实质和乐趣。

3 实验教学手段改革探索

3.1 “动”与“静”结合

在实验教学中，实验室教具、模型设置，对学生动手操作兴趣的提高有重要影响。“动”体现在物品陈列的状态和教师讲授过程，根据陈列物品种类的不同，将典型运动机构、传动部件及机械零件设置为可运动的动态陈列柜，便于学生观察机构的实际动作及零部件的实际运动。教师讲授过程配以动作演示，将实验指导书的讲解转变为实物操作讲解。“静”体现在学生自动作业以及以小组为主的自主学习、合作交流。运用“动”与“静”的结合提高实验教学效果。

3.2 引入信息技术

教学辅助材料通常为纸质实验指导书，大量的文字表达，学生往往不能抓住实验要领。现将实验指导书涉及的特殊工具、典型量具、专用仪器、操作方法与步骤及实验结果处理手段以电子课件的形式呈现，配以小视频和动画促进学生对

3.3 优化实验教学人员

现将理论课主讲教师与实验员共同参与实验课教学、教研及科研，使理论教学与实践教学无缝隙结合，这一教学模式获得学生的一致好评[13-14]。

4 优化考核评价方式

基于基础型、综合型及创新型的实验内容设置，优化考核评价方式。基础型实验考核占比50%，综合型实验考核占比30%，创新型实验考核占比20%。

4.1 基础型实验考核

基础型实验考核包括考勤成绩10%、操作过程成绩20%、实验结果分析20%。考勤成绩涉及学生的出勤率，操作过程成绩涉及学生操作的正确性、参与度及团队协作度，实验结果分析成绩涉及学生实验数据的分析整理的准确度、是否独自思考及书面整洁度[15]。

4.2 综合型实验考核

为了考查学生对知识的综合应用，对综合型实验的考核包括出勤率10%，操作过程成绩10%、实验结果分析10%。考虑到学生学习层次的差异性，在综合型实验考核时均分比例，促进学生对此类实验重视程度的提高。

4.3 创新型实验考核

新考核项，占总评成绩的20%。包括参与分5%，创新操作10%，实验结果分析5%。鼓励学生积极参与创新型实验，学生能对本课程所学的知识点或对应的训练提出自己独到的见解并能以一定成果展示即可获得创新分数。

5 结语

实验教学与理论课教学是相辅相成，相互促进的关系，结合学生特点、专业特色及行业趋势将机械设计基础实验教学内容设置成基础型实验、综合型实验及创新型实验三个层次，配合多种教学手段和综合考核评价，使学生在实践学习环节逐步深入，提高了学生的实践兴趣，同时激发了学生的创新潜能，也促进了学生对理论课程的学习和理解。

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