蔡頌，鄧凱，宋金潮，湯迎紅，明瑞，劉文昊

（1.湖南工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 株洲；2.武昌工學(xué)院 綠色風(fēng)機(jī)制造湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢）

一 引言

新工科是為新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)變革作的前提準(zhǔn)備，它緊緊圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展?？偨Y(jié)了歷史上各國工程教育改革的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，結(jié)合目前社會狀況與需求并科學(xué)預(yù)測未來發(fā)展方向，為更好地改革工程教育而制定的理念與思路。在高校開展新工科專業(yè)的研究與改革是為滿足現(xiàn)如今新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要的必然選擇。而制造業(yè)從過去到現(xiàn)在乃至將來都會是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的動力源泉。制造機(jī)器與產(chǎn)品是制造行業(yè)的生產(chǎn)工具與成果，它們是制造業(yè)里面不可分割的兩部分。專門為制造業(yè)提供生產(chǎn)工具的行業(yè)稱之為裝備制造業(yè)。想要提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量首先應(yīng)該提升生產(chǎn)裝備自身的質(zhì)量。因此將裝備制造業(yè)定義為我國國家的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。

《制造裝備及其自動化技術(shù)》是為了使裝備制造業(yè)能夠快速發(fā)展而設(shè)立的，目前已成為機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生所學(xué)習(xí)的一門必修課。制造裝備及其自動化綜合了機(jī)械工程專業(yè)的多個(gè)方向，包含現(xiàn)代機(jī)械制造和機(jī)械制造自動化兩個(gè)要點(diǎn)，是傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)的接續(xù)發(fā)展，也是培養(yǎng)機(jī)械工程領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才的重要手段。然而如何在新工科的大背景之下對制造裝備及其自動化課程教育的各個(gè)方面進(jìn)行改革從而提高學(xué)生實(shí)際運(yùn)用的能力，才是我們目前研究探索的重點(diǎn)。

二 當(dāng)下《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程教學(xué)所存在的問題

《制造裝備及其自動化技術(shù)》這門課程旨在使即將畢業(yè)步入社會參加工作的學(xué)生在掌握傳統(tǒng)機(jī)床、傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)等相關(guān)課程的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)現(xiàn)代先進(jìn)的制造裝備及機(jī)械制造自動化的基本知識，培養(yǎng)出學(xué)生在機(jī)械裝備的自動化設(shè)計(jì)的能力，最終能夠掌握現(xiàn)在最新的機(jī)械自動化技術(shù)并了解到機(jī)械行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。但是在當(dāng)今教學(xué)模式之下，學(xué)生在結(jié)課后卻很難做到以上幾個(gè)方面。在我認(rèn)真分析目前的教學(xué)方式后總結(jié)出如下幾點(diǎn)原因：授課方式單一、以教師為中心的教育、重知識而輕能力、考核評價(jià)體系。

（一） 授課方式單一

雖然國家一再呼吁教師在授課方法上不要太過于單一，盡量以多樣化教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)好奇心[1]。在計(jì)算機(jī)技術(shù)成熟背景之下，《制造裝備及其自動化技術(shù)》授課教師都學(xué)會了使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的形式。而計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)使用最為廣泛方式就是通過PPT 直觀的將課本重點(diǎn)知識以圖表的形式的展現(xiàn)給學(xué)生。采用PPT 授課最大的優(yōu)點(diǎn)就是形象生動和方便快捷。但是當(dāng)學(xué)生的所有課程都單一的采用這一種授課形式，學(xué)生對課堂缺乏新穎感，上課就會十分厭倦。這之上還存在PPT 內(nèi)容長期固定不變的問題，對不同屆的學(xué)生使用同一份PPT 授課。隨著時(shí)代的發(fā)展，每一屆的學(xué)生對機(jī)械制造的認(rèn)識程度都會有所變化。一份經(jīng)典PPT 只適用于當(dāng)前這一屆的學(xué)生，如果繼續(xù)給下一屆的學(xué)生使用就不能達(dá)到上一屆學(xué)生使用教學(xué)效果。如果《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程一直采用這一種教學(xué)方法，很難讓學(xué)生對這門課程產(chǎn)生吸引力與新鮮感，也就很難使學(xué)生在該領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生創(chuàng)新性思維。

（二） 采取以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)

以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方法又稱之為直接教學(xué)法，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：制定教學(xué)計(jì)劃時(shí)，教師確定教學(xué)目標(biāo)，并設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動來幫助學(xué)生達(dá)到目的[2]；教師的任務(wù)是讓學(xué)生學(xué)習(xí)一些清楚而明確的知識；在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)上，教師承擔(dān)主要責(zé)任[2]。課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、教學(xué)氣氛以及教學(xué)評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)甚至教學(xué)評價(jià)的實(shí)施等都是由教師決定的[3]，教學(xué)的主要目的是確保學(xué)生掌握書本知識[4]，教學(xué)方法主要是課堂講授，“教”重于“學(xué)”，學(xué)生的學(xué)習(xí)多是通過刻板的練習(xí)和死記硬背而完成的[5]。例如老師在課堂上以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生去思考某個(gè)相關(guān)知識點(diǎn)并理解該自己知識點(diǎn)的模式。這就是現(xiàn)在常用的以教師為中心的教學(xué)方法，學(xué)生只能在這種由老師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而創(chuàng)造的環(huán)境中吸收知識。對于《制造裝備及其自動化技術(shù)》這樣一門相對綜合的課程而言，學(xué)生需要具備機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、自動控制院等多門課程的基礎(chǔ)才能進(jìn)行學(xué)習(xí)。但當(dāng)學(xué)生綜合知識能力達(dá)到學(xué)習(xí)該課程的學(xué)習(xí)要求并不意味著學(xué)生在以上列舉的每門課程都掌握得很好，也就意味著每個(gè)學(xué)生對以上課程的掌握程度各不相同。在學(xué)習(xí)《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程的時(shí)候，如果僅僅只是按老師既定的路線前進(jìn)，學(xué)生將會走的很慢。

（三） 重知識而輕能力

開設(shè)制造裝備及其自動化課程主要是為了培養(yǎng)學(xué)生能從容應(yīng)對機(jī)械領(lǐng)域中各種實(shí)際問題的能力。但由于這門課程綜合程度高，涉及機(jī)械專業(yè)的知識點(diǎn)繁多而冗雜，學(xué)生對于課本上的內(nèi)容掌握起來較難，于是如何讓學(xué)生掌握書本知識通過期末考核卻成為了老師教學(xué)的重心。久而久之，這門課程從學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)換成學(xué)以致“考”。知識掌握、能力形成是知識的結(jié)果，而知識掌握、能力形成過程才是學(xué)習(xí)本身。學(xué)生的大腦就是一片肥沃的土地，知識是用來思維的元素，知識是種子，思維是耕種，只有把知識用思維耕種到大腦里的時(shí)候，知識才能變成力量，否則就是無用的垃圾在大腦里堆積[6]。盲目地追求知識掌握，追求畢業(yè)通過率，把學(xué)生當(dāng)作接受知識的容器，教師只為考試而教，學(xué)生只為考試而學(xué)，嚴(yán)重違背教學(xué)本質(zhì)規(guī)律。當(dāng)然，千改萬改，知識不能改，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知目標(biāo)的確是教師教學(xué)中重要的任務(wù)[6]。但在新工科的教育背景之下，我們必須考慮學(xué)生將來就業(yè)所面臨的實(shí)際問題，這是制造業(yè)在未來持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)問題。

（四） 對學(xué)生考核評價(jià)體系

目前各大高校都在使用傳統(tǒng)的考核制度對學(xué)生經(jīng)行評價(jià)。也就是按照一定比例對期末筆試成績與平時(shí)表現(xiàn)成績進(jìn)行加權(quán)。采用加權(quán)后的總成績來評價(jià)學(xué)生對該課程的掌握程度。就制造裝備及其自動化課程而言，大多是按照平時(shí)成績的40%加期末筆試的60%作為最后的總成績。平時(shí)成績主要是由上課出勤率、課堂上積極性以及課后作業(yè)情況作為判斷的依據(jù)。上課出勤率通常通過簽到的方式進(jìn)行。課堂的表現(xiàn)包括在課上對課題的討論情況，回答老師問題的積極性以及正確性等等。主要考察對課本的理解程度和對該專業(yè)創(chuàng)新能力。題型結(jié)構(gòu)主要是名詞解釋題、討論題和計(jì)算題。

這對于檢測學(xué)生基礎(chǔ)理論的理解情況和工程計(jì)算方法的掌握情況是一種很不錯(cuò)的形式。但是據(jù)調(diào)查顯示，在校成績表現(xiàn)很優(yōu)異的同學(xué)最終在實(shí)際工作中的能力卻與成績普通的學(xué)生相差有限。這表明我們現(xiàn)有考核評價(jià)體系是存在一定問題的。平時(shí)成績是老師對同學(xué)的一種主觀上的判斷，這種主觀上的判斷需要對學(xué)生有長期深入的了解，才能根據(jù)對學(xué)生上課反映情況來打分。首先學(xué)生在大學(xué)期間的課程較多，每周能安排制造裝備與自動化技術(shù)課程上的時(shí)間自然很少。老師不具備這種主觀判斷的條件或者判斷的依據(jù)不夠完善。比如有學(xué)生課上表現(xiàn)的很積極活躍但課后卻從來不學(xué)習(xí)的情況。而筆試又過于死板，不具有靈活性，大部分學(xué)生臨考突擊也能獲得一個(gè)不錯(cuò)的分?jǐn)?shù)。由此可以看出，僅僅依靠這種平時(shí)表現(xiàn)加期末筆試的考察方式去考核學(xué)生對該專業(yè)的綜合能力是不夠全面的。

三 《制造裝備及其自動化技術(shù)》探索性改革

自18 世紀(jì)瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)引發(fā)全球工業(yè)革命以來，制造裝備及其自動化技術(shù)先后經(jīng)歷了四個(gè)階段的發(fā)展。第一階段（1870-1950 年），主要是純電液機(jī)械控制的剛性自動化。剛性自動化是指靠凸輪、擋塊、分配軸等一些機(jī)器簡單的結(jié)構(gòu)而組成的。期間自動化技術(shù)也在不斷的由單機(jī)向機(jī)械集成系統(tǒng)的方向發(fā)展。第二階段（1952-1965 年），由原本純機(jī)械控制技術(shù)到數(shù)字控制技術(shù)在進(jìn)一步發(fā)展出工業(yè)機(jī)器人技術(shù)。數(shù)字控制技術(shù)是一種采用電信號對機(jī)床的運(yùn)動及其加工過程實(shí)行自動控制的技術(shù)。第三階段（1967-1985 年），自動化技術(shù)的數(shù)字控制技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)得到快速發(fā)展。在英國、美國、日本等都開發(fā)出了以數(shù)字控制技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造自動化系統(tǒng)。相比于之前的剛性自動化系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率更高而成本更低。第四階段（從1987 年到目前），在這個(gè)電子信息時(shí)代，制造裝備及其自動化技術(shù)也開始結(jié)合計(jì)算集成系統(tǒng)去發(fā)展。如今制造裝備及其自動化技術(shù)早已成為制造業(yè)領(lǐng)域中非常重要的一個(gè)方面。為了滿足當(dāng)前社會就業(yè)需求以及未來自動化技術(shù)的快速發(fā)展，如何去改善《制造裝備及其自動化技術(shù)》這門課程才是關(guān)鍵。這里我們分別針對以上4 點(diǎn)不足來進(jìn)行《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程的改革。

（一） 教學(xué)PPT 的靈活運(yùn)用

如今絕大多數(shù)課程都會采用PPT 的形式進(jìn)行授課。但也正因?yàn)槿绱?，PPT 對于學(xué)生而言早已喪失新穎性。為了使這種授課方式更加有效，我們可以從PPT 內(nèi)容制作和上課講解方式這兩方面入手對其進(jìn)行改革。首先在制作PPT 時(shí)，以圖片為主文字為輔。結(jié)合制造裝備及其自動化課程的實(shí)際內(nèi)容，盡可能多的使用一些書上沒有或者現(xiàn)實(shí)生活中少見的事物作為PPT引用的圖片。PPT中文字應(yīng)該盡可能少，主要用文字來表達(dá)全文結(jié)構(gòu)邏輯和對引用的圖片進(jìn)行注釋。例如在講解搬運(yùn)機(jī)器人及其運(yùn)用的時(shí)候，可以引用圖1 教學(xué)型FMS[7]和圖2[7]龍門式布局搬運(yùn)機(jī)器人作為PPT 課件的圖片。這樣既能通過PPT上的圖片吸引學(xué)生的注意力又能采用PPT 上的文字表達(dá)讓學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人的幾種典型的控制方法。課上激起了學(xué)生的對工業(yè)機(jī)器人的好奇心，課后學(xué)生才更有可能自己獨(dú)立去探索機(jī)械自動化技術(shù)的相關(guān)知識。這是多模態(tài)PPT 的制作與運(yùn)用的模式，可以達(dá)到課堂多樣化的效果，增加了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣[8]。

圖1 教學(xué)型FMS[7]

圖2 龍門式布局的搬運(yùn)機(jī)器人[7]

（二） 采取以學(xué)生為中心的教學(xué)方式

直接教學(xué)法和講授法都屬于以教師為中心的教學(xué)方法[9]，它能夠?qū)⑹谡n目標(biāo)直接簡明的呈現(xiàn)給學(xué)生。這種形式雖然簡潔明了，但卻忽視了學(xué)生對于制造裝備自動化相關(guān)知識的吸收情況。目前在新工科的大背景之下，我對授課時(shí)老師與學(xué)生的地位關(guān)系進(jìn)行了仔細(xì)分析并在以教師中心的授課方式上進(jìn)行了改進(jìn)。我總結(jié)出的以學(xué)生為中心的教學(xué)方法繼承了以教師為中心的教學(xué)方法[7]的優(yōu)點(diǎn)，摒棄了它的不足。這種方法授課時(shí)將學(xué)生作為教學(xué)的主體，老師則處于客體地位。教師以誘導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)為主，以講授知識為輔。強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和對學(xué)習(xí)主題的深層理解[7]。在授課的同時(shí)適當(dāng)加入問題的讓學(xué)生之間相互討論。這種討論既能緩解學(xué)生學(xué)習(xí)的疲勞也能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。制造裝備及其自動化課程中柔性制造系統(tǒng)的知識點(diǎn)繁多且復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)這一章節(jié)內(nèi)容的時(shí)候往往會出現(xiàn)走神或者打瞌睡的情況。此時(shí)我們可以提出“結(jié)合生活實(shí)際進(jìn)行討論為什么現(xiàn)如今柔性制造系統(tǒng)會形成這些特點(diǎn)”等話題。讓學(xué)生自行閱讀課本，了解柔性制造技術(shù)的基本概念，如設(shè)備柔性、工藝柔性、產(chǎn)品柔性、運(yùn)行柔性、擴(kuò)展柔性、批量柔性的基本概念。并讓學(xué)生以小組形式進(jìn)行相互討論，各個(gè)小組相互討論之后再讓各個(gè)小組代表在課堂上分享自己對這些概念的理解。也可以在課前安排學(xué)生對這一節(jié)進(jìn)行預(yù)習(xí)并分組討論，再按照課本知識點(diǎn)制作PPT 課件。在課上學(xué)生主持課堂教學(xué)，老師作為聽眾。學(xué)生講解完課本知識后，老師再對學(xué)生的講解做出評價(jià)并及時(shí)糾正學(xué)生對知識點(diǎn)理解不當(dāng)?shù)牡胤?，這樣批評與鼓勵并行，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識。這種以學(xué)生為中心的形式，讓學(xué)生們自己獨(dú)立的去思考并記憶柔性制造系統(tǒng)繁雜的知識點(diǎn)。既完成了老師的教學(xué)目標(biāo)，也能讓學(xué)生學(xué)習(xí)事半功倍。

（三） 知識與能力并行

制造裝備及其自動化課程涉及了制造技術(shù)、制造裝備、機(jī)械化、自動化等方面的專業(yè)知識。雖然該課本對機(jī)械制造與自動化專業(yè)知識概括非常全面，但是學(xué)生卻很難利用該課本知識解決實(shí)際問題。之所以出現(xiàn)知識掌握與實(shí)際運(yùn)用拖節(jié)的問題，很大原因是學(xué)生在學(xué)習(xí)制造裝備及其自動化課程時(shí)缺乏實(shí)踐運(yùn)用。為了迎合新工科所提出的新理念，我們可以將《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程分為常規(guī)課與實(shí)踐課。常規(guī)課與室內(nèi)傳統(tǒng)授課一樣，老師在教室內(nèi)按照課本內(nèi)容給學(xué)生灌輸相關(guān)知識。而實(shí)踐課是指在實(shí)驗(yàn)室或者工廠內(nèi)對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，如圖3所示。這樣不僅能讓學(xué)生更容易掌握各種機(jī)械的運(yùn)作機(jī)理，也能讓學(xué)生清晰地了解到機(jī)械自動化在實(shí)際運(yùn)用中所存在的一些問題。從這些實(shí)際問題出發(fā)尋找實(shí)際的解決方案，只有如此《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程才能更貼近新工科的理念。

圖3 學(xué)生實(shí)踐操作

（四） 多元考核模式

《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程的考核模式是沿用當(dāng)前國內(nèi)高校普遍使用的考核模式，也就是以期末筆試為主，平時(shí)表現(xiàn)為輔的考核模式。這種模式也是目前教師滿意度最高的一種考核模式。提前設(shè)置好標(biāo)準(zhǔn)答案的期末筆試能更好進(jìn)行批改，用時(shí)少且效率高。目前對于絕大多數(shù)高校工作的教師尤其是像我們機(jī)械工程這樣的工科教師而言，科研成績相比于課程授教能力更受學(xué)校所重視。所以這樣一種簡單省時(shí)的考核模式，既能達(dá)到考核學(xué)生對《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程知識掌握程度的目的又能方便教師的仕途暢順，深受教師青睞。學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)成績是一種為了避免期末筆試考核太過于單一而設(shè)置的考核模式。前文提到這種方式，教師對于學(xué)生的了解程度較低，僅僅從主觀角度去判斷學(xué)生對制造裝備及其自動化課程的掌握程度是不夠充分的，久而久之這種方式漸漸淪為為了避免考核單一的一種形式。

而《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程在新工科新概念的理論背景下，我們立于期末筆試和平時(shí)表現(xiàn)的考核方式之上進(jìn)行改革。如圖4 所示，期末筆試任然保持占比總成績的60%，而將占比總成績的40%的平時(shí)表現(xiàn)成績削減為10%，再分別增加月考筆試和結(jié)課論文兩項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)。月考筆試是指每月對當(dāng)月所學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行閉卷筆試測驗(yàn)，把整學(xué)期所有月考成績?nèi)∑骄底鳛樽罱K月考筆試成績。我們提出將月考筆試成績設(shè)置為總成績的20%。對于《制造裝備及其自動化技術(shù)》這樣一門知識點(diǎn)繁多并且相當(dāng)綜合的課程，將筆試考核分為月考加期末考的形式，這樣分次的筆試測驗(yàn)可以有效避免學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí)，考前學(xué)一周的情況。對于結(jié)課論文而言，由于學(xué)習(xí)《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程的時(shí)間有限，學(xué)生歸納概括的能力有限，所以我們將它設(shè)置占比為總成績的10%。結(jié)課論文是一種過程性考核[10]，這種采用多形式、分階段地對學(xué)生進(jìn)行多方面考核能更好地評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[11]。雖然結(jié)課論文對學(xué)生要求高，學(xué)生最終論文質(zhì)量可能稍差，但我們?nèi)匀徽J(rèn)為采取這樣的方式是很有必要的。因?yàn)檫@樣既能讓學(xué)生對制造裝備及其自動化課程進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)也能培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)械自動化領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新能力，還能激勵學(xué)生繼續(xù)深造學(xué)習(xí)，將考研作為當(dāng)前的奮斗目標(biāo)，將我國科研事業(yè)作為學(xué)生個(gè)人理想的導(dǎo)向。所以《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程在我國新工科的背景之下，從期末筆試加平時(shí)表現(xiàn)的考核模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣目己四Ｊ揭簿褪窃驴脊P試加期末筆試、平時(shí)表現(xiàn)加結(jié)課論文的考核模式是當(dāng)務(wù)之急。

圖4 考核模式改革

四 結(jié)語

我國一直以來都是制造業(yè)強(qiáng)國，采用具有可持續(xù)發(fā)展的新工科人才培養(yǎng)模式才是我們《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程的改革方向。我從事多年的教學(xué)實(shí)踐工作并通過對大量案例進(jìn)行認(rèn)真分析。優(yōu)化采用PPT 授課的形式，提倡以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，構(gòu)建從掌握知識到能力運(yùn)用的實(shí)踐平臺等方面可以作為我國新時(shí)代新工科新領(lǐng)域下的《制造裝備及其自動化技術(shù)》課程改革。