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摘要：通过分析“机械制造工艺学”的教学内容，该课程具有概念多、理解难、知识点多、灵活性高、实践性强、设计综合要求高以及要求的辅助课程群较广等特点。基于课程内容的分析，和实现工程教育专业认证提出的“产出导向为教学目标”的思想，文章相对应地提出了如下教学方法：（1）增强分析解决问题能力的案例导向式教学模式，旨在帮助学生建立知识体系和解决问题的基本思路；（2）面向现代化生产制造的教学内容的柔性扩展，目标在于建立围绕着“课程教学—工艺课程设计—工艺生产实习”三位一体的内容来进行扩展的课堂教学，以拓宽学生的视野，并帮助学生建立面向实际的扎实的专业背景；（3）学生创造为主的教学内容柔性扩展，目标在于进一步弥补学生创新性思维、知识背景和表达能力的不足。
关键词：机械制造工艺学；课堂教学；教学模式；工程教育专业认证
本文引用格式：朱英霞.《机械制造工艺学》实践案例整体贯穿式教学模式探索[J].教育现代化，2019，6（92）：50-53.
2016年6月中国正式加入工程教育本科专业认证的国际互认协议《华盛顿协议》。《华盛顿协议》由美国、英国、加拿大、爱尔兰、澳大利亚、新西兰6个国家的工程专业团体发起成立，旨在建立共同认可的工程教育认证体系，实现各国工程教育水准的实质等效，促进工程教育质量的共同提高[1]。我国加入《华盛顿协议》有利于提高工程教育质量、促进我国按照国际标准培养工程师、提高工程技术人才的培养质量，是推进我国工程师资格国际互认的基础和关键，对于我国工程技术领域应对国际竞争、走向世界具有重要意义。在工程教育专业认证的要求下，我国教育必须要坚持“以学生为首要服务对象；以产出导向（目标导向）为教育取向；持续改进的质量文化”三大原则[2]。简而言之，教育要坚持以学生为中心，以能力培养为导向思想。这些理念对引导和促进专业建设与教学改革、保障和提高工程教育人才培养质量至关重要。
制造业是所有工业的支柱产业，占国民经济30%的产值，国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。而机械制造业是制造业的核心，其生产能力和发展水平标志着一个国家或地区的经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备和机械制造工艺的先进程度。因此，“机械制造工艺学”作为现代制造业的工艺基础课程，在为现代化生产输送合格人才，推动机械制造业发展的道路上发挥着任重道远的作用。工程教育专业认证的教育理念要求，“机械制造工艺学”的课程内容必须在学生的工程教育背景加深和专业素养提高上发挥出重要作用，这就对课程内容的与时俱进性、实践性、结合现代化生产平台提出了较高要求。传统的“机械制造工艺学”教学过程中，理论教学环节过多得拘泥于课本，并且和实践教学环节独立开设，理论与实际不能在课堂中充分结合，因而不能有效地促进学生对该课程的学习，以及发挥该课程塑造、提高工程专业素养的作用。教育学家马卡连柯说：“教育学是最辩证、最灵活的一种科学，也是最复杂、最多样化的一种科学。”这是因为教育所面对的文明背景、生产力平台、授予对象都是在变化的。因此作为一名称职的教师，必须创造性地对教育内容进行加工和处理；必须创造性地针对一个个学生进行因材施教；必须灵活地选择，创造性地使用各种教学方法。朱熹有诗云“问渠那得清如许，为有源头活水来”，想要让一门课程永葆生机，为当下乃至将来的文明发展起推动作用，首先要求它的教学内容必须充满活力。这也是本文对“机械制造工艺学”的教学内容展开探讨的主要原因。
一“机械制造工艺学”教学内容特点
“机械制造工艺学”建立在理论教学、生产实习和课程设计的平台上，通过该课程的学习，使学生对机械加工工艺规程有一个总体的了解和把握，了解机械加工过程的基本组成、刀具、夹具、机床的基础知识，了解机械制造工艺规程的作用、格式、内容、掌握机械制造工艺规程制订的步骤、原则及方法；了解专用机床夹具的组成、分类，掌握定位原理分析以及夹具设计的基础知识；理解机械加工精度和表面质量的主要影响因素及影响规律，能对具体的工艺问题进行分析，提出改进产品质量、提高生产效率、降低成本的工艺途径，了解现代制造新技术的现状与发展前景。由此可见，该课程内容较为琐碎，知识点众多，实践性很强。具体来说，该课程内容呈现以下特点。
（一）概念多，理解难
课程的基本概念非常多，如生产类型、工序、工步、走刀、安装、工位、工艺系统几何误差、尺寸链、误差敏感度方向等。有些概念可以通过生产过程视频或者图片来向学生展示，但是有些概念只是理论上的定义，难以演示。这时候“自制动画”和一些生产案例可以对概念进行直接或者间接地解说，增强学生的理解深度。
（二）知识点多，灵活性高
课程中的知识点多作为解决工艺问题的方法而存在，如定位误差产生的来源、基准的选择原则和工艺路线的拟定方法等。这时候引导学生利用知识点解决一些实际案例，能够增强学生分析解决实际问题的能力。而工艺安排的合理与否，取决于生产环境、生产类型和生产精度、成本之间的权衡。如在不同的生产条件下，同一种加工零件的工艺规程的制订也大不相同。因此，考虑工艺问题的思路不可照搬教材[3]，须活学活用，也即在学习知识点的时候，重点要提高学生灵活运用的能力。
（三）实践性强，设计综合要求高
工程教育必须服务于社会[4]。技术的高速发展、生产力的迅速释放、文明的日益提高，导致单纯的技术设计往往不能满足实际生产需求，社会对工程人员的综合能力和工程素养要求越来越高。高校培育出的工程人员必须具备如下能力：能够设计出针对复杂机械工程问题的解决方案，设计出满足特定需求的工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。而很多设计环节因素是超出“机械制造工艺学”课程内容范畴之外的，这就要求教师在案例讲解的过程中，可以更多地结合实践对教学内容进行柔性扩充，将人文因素考虑进工艺设计之中，进而培养出综合能力更强的工程人员。
（四）要求的辅助课程群较广
在学习“机械制造工艺学”时，要求学生对“机械制造装备设计”“金属切削原理”“金属工艺学”“几何量公差与技术测量”等课程内容有一定的了解。因此“机械制造工艺学”是一门辅助课程群要求较广的课程，但是由于课程体系建设等问题，学生需要的基础知识不一定完全得到保证。这时候需要鼓励学生积极主动自学，培养学生自主学习的能力，能够使学生受益终身。
二 机械制造工艺学教学内容柔性扩展
（一）增强分析解决问题能力的案例导向式教学模式
根据上述“机械制造工艺学”教学内容特点分析可知，该教学内容概念抽象、知识点多，教师在授课的过程中要注意内容的系统性、连贯性，将知识碎片和点、线，在教学的过程中贯穿起来，以便于学生构建知识框架，形成解决问题的逻辑体系。
郭文斌等[5]为了提高“机械制造工艺学”授课的系统性，从教学内容的全局出发，提出了“项目式教学”。项目式教学是将项目的进行顺序作为教学顺序，通过完成项目所需要的工作过程构建教学内容体系。葛云等[6]为了提高课程内容的面向实践性和灵活性，提出了“微案例”教学方法。微案例教学方法要求教师结合高效翻转课堂，制造教学微视频，而微视频的取材来源于实践教学。
本文提出的“增强分析解决问题能力的案例导向式教学模式”，则在综合了文献[5-6]的方法优点的基础上，更多地去考虑学生学习时自我搭建知识结构的思想，以深化学生的认知为主，以产出导向为教学目标。
从图1可以看出，“机械制造工艺学”这门课程的主旨是要学生学会“机械加工工艺规程制定”，围绕这一出发点可以将全部的教学内容，以实际设计案例的形式清晰地规划出两条知识主线，即：（1）工艺路线制定、工序尺寸确定；（2）工艺精度控制。比如第一条知识主线，工艺路线的制定需要考虑的因素来自两方面。一方面是零件图直接表达出的信息：设计基准、加工精度要求、毛坯类型、原材料及热处理要求等。另一方面则是隐藏在零件图后的生产要素，如生产批量、现有设备、生产成本、经济加工精度等。工艺路线制定的过程中，需要确定工序，工序又包括装夹和定位，那么定位限定的自由度、定位基准的选取必然要涉及；每一步工序又需要确定工序基准和工序尺寸，那么工序余量和尺寸链的相关知识又在这一过程中应用上场。由此可见，课本中第一二章节[7]零零散散的知识点、线，都可以在第一条学习主线中串联起来，同时配以案例设计说明，阐述了解决问题的方法和思路。
对于第二条知识主线，则是在第一条主线的基础上，对生产要素进行更为深化地认知。想要优化设计出的“机械加工工艺规程”，必须要认知与生产过程紧密关联的那部分生产要素，也即“工艺系统”。工艺系统包括夹具、工件、机床、刀具等组成部分，这些组成部分无论在机械加工之前还是机械加工的过程中，都会存在一定不可避免的误差，影响着机械加工精度。而在第二条知识主线上，“机械制造工艺学”这门课程的后面几个章节就会告诉你如何辨别误差的来源，如何对这些误差进行预防、校正或者转移。而这一部分内容的学习可以采用同一案例来进行讲解，来帮助学生建立解决问题的思路。
由此可见，“机械制造工艺学”那么多的抽象概念和知识点全部可以归纳在这两条知识主线里，以设计案例的加工工艺规程制定的方式，建立一套全面的解决问题的思路，呈现在学生面前。这就是本文阐述的“增强分析解决问题能力的案例导向式教学模式”。那么如何选取设计案例呢？贯穿课本[7]前后，使用最多的案例就是轴的加工。因此，建议选用阶梯轴零件图作为贯穿整个教学内容的设计案例。
（二）面向现代化生产制造的教学内容柔性扩展
根据“机械制造工艺学”教学内容特点分析可知，工艺设计具有较高的灵活性，实践性强，设计的综合考虑因素多。因此工艺规程设计要求学生必须有扎实的面向实际的专业背景，对课程知识的融会贯通，并能形成自己的设计体系或者设计思路。而与“机械制造工艺学”课程学习相结合的工艺课程设计和工艺生产实习，是从实践角度对机械制造工艺学内容展开更深层次的学习，也是从实践的角度搭建平台，对学生的专业知识背景进行的两次延伸与扩充。然而，由于课程内容和案例讲解更多拘泥于课本，学生的视界不足以支撑工艺课程设计和工艺生产实习的刚性要求。尤其是生产实习，经常看到学生一脸兴奋地走进工厂，然后又一脸懵懂地走出来。俗话说“外行看热闹内行看门道”，很多学生的实习经历还停留在看热闹的层面上。那么教学过程中，需要对教学内容展开适当的扩充，来引导学生获取从更深的层次上汲取生产实践中的“门道”的能力。把这一教学方法称之为“面向现代化生产制造的教学内容柔性扩展”。
“面向现代化生产制造的教学内容”以拓宽学生的视野为目的，可以朝向多角度延伸知识的深度与广度，而“柔性扩展”则要进一步考虑围绕着“课程教学—工艺课程设计—工艺生产实习”三位一体的内容来进行扩展。那么“柔性扩展”的角度建议朝向三个方向，如图2所示。
举例说明，实习、实践过程中常见的生产案例之一是“六缸机锻钢曲轴”的加工。六缸机锻钢曲轴的工序明显和课堂上采用的“阶梯轴零件”加工工序不同。这是为什么呢？可以结合机床的发展历程，来说明设备和工艺相辅相成的发展过程。
（1）20世纪70年代以前，曲轴加工设备多为普通的系列化通用机床，机床的加工内容较为限定，因此不同的工艺内容需要分散到多种机床去完成，因而工序分散，整体工艺路线长（如图3所示），生产效率较低。但个别工序亦有相对集中的形式，比如可以在一台车床上连续完成轴的端面和外圆的多次加工，加工内容相对较多，同时需要进行多次装夹。机床加工过程中均采用手工操作，因为产品质量不稳定，废品率较高。
（2）1985年到1990年左右开发出了曲轴的车—车拉加工工艺。采用车拉机床，能够做到一次装夹实现端面、轴径、曲轴臂、平衡块、沉割槽等多部位的半精加工。此外该工艺还省去了粗磨工序，缩短了工艺路线长度，提高了生产效率（如图4所示）。
（3）进入21世纪以后，复合加工工艺已进入曲轴制造业中，在工艺复合型高精度数控机床的有力支持下，能够实现“一次装夹，多工艺内容全部加工”，极大地提高了生产效率，同时加工后的曲轴可直接转入精加工工序，大大地提高了产品的加工精度，如图5所示。该工艺充分体现了工序集中的生产模式。曲轴精加工方面，采用曲轴随动磨床，能够一次装夹磨削全部曲轴主轴颈和连杆轴颈(摆动跟踪磨削)。
再比如学生在工艺课程设计时，反复纠结于“工序集中”和“工序分散”的区别，设计出来的工序经常千篇一律。工序集中和工序分散通常是机床的工艺范围宽与窄的体现，表达了机床适应不同生产要求的能力。实际生产当中通常根据现有的加工设备及其加工能力进行工艺工序安排，因此工序又有集中或者分散的特点。在这一内容的教学过程中，依旧可以采用实际生产中常用的“六缸机锻钢曲轴工序”为例来讲解。通过对比图3和图5中的工序，可以充分说明传统的流水线生产和高生产率机床生产所代表的“工序分散”和“工序集中”的区别。而在目前的社会生产当中，这两种六缸机锻钢曲轴的生产方式依旧是同时存在的。
通过面向现代化生产制造的教学内容柔性扩展，既扩充了学生的知识储备，又让学生对机械加工工艺系统（包括物质分系统、能量分系统和信息分系统）有了更为全面深入的了解，继而能够在工序安排时做出更为合理的设计，提高了解决实际问题的能力。
三鼓励以学生创造为主的教学内容柔性扩展
工程教育专业认证的教育系统性，要求通过“机械制造工艺学”的学习，学生能够在以下几个方面弥补创新性思维、知识背景和表达能力的不足。
（1）能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决机械工程领域的复杂工程问题，并了解机械设计制造及其自动化专业和机械行业的前沿发展现状和趋势。
（2）能够比较熟练地阅读机械专业的外文书刊资料，具有一定的国际化视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流；具有在复杂工程活动中与他人和社会进行有效沟通的能力，包括能够理解和撰写效果良好的报告和设计文件，进行有效的陈述发言。
因此，教师要求自己的教学方法能够起到引导学生思维发散、思维创新、应用表达的能力。而最好的教学方法就是鼓励学生就某一“微案例”展开内容的更深层次自学，无论是采用文献检索还是阅览图书的方式，能够将课外扩充学习到的内容经过自己的思考加工或者深思熟虑，写进PPT或者其他报告，进行有效的陈述发言，与其他同学分享交流。而这一过程由于是以学生的创造为主题，又称之为“学生创造为主的教学内容柔性扩展”。为了激发学生创造性自学的积极性，可以以课堂讨论、小组讨论的方式鼓励学生上台演讲，并鼓励其他同学对演讲内容积极响应。通过该“学生创造为主的教学内容柔性扩展”课堂讨论，既增强了学生的学习能力、应用工程技术解决实际问题的能力，又锻炼了学生撰写报告、沟通发言的能力。
四结束语
“机械制造工艺学”教学内容柔性扩展，必然要求教师一方面经常关注机械行业发展动态，保持知识的持续更新与教学内容持续改进，另一方面要求教师经常接触实践、参与实践，去工厂调研实习，提高实践经验。教师还可以通过网络学习的方式了解行业动态。此外，“机械制造工艺学”的教学，要做到培养和引导同时进行，尊重社会发展和技术进步，面向学生因材施教，尊重和发挥学生的创造创新精神。
参考文献
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[2]李志义.解析工程教育专业认证的持续改进理念[J].中国高等教育，2015(15)：33-35.
[3]翁灿.机械制造工艺学课堂教学中的点、线和面[J].中国教育技术装备,2014(16):94-95.
[4]李三平,李健,贾娜,杨家武.基于工程教育专业认证的机械制造工艺学课程改革[J].科教文汇(中旬刊),2017(06):62-64.
[5]郭文斌，高晶晶，李旭英.机械制造工艺学课程一体化教学模式探索[J].实验室科学，2016，3(19)：109-114.
[6]葛云，曾海峰，付威.“互联网+”时代《机械制造工艺学》的教学改革[J].高教学刊，2016(4)：126-127.
[7]王先逵.机械制造工艺学（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2013.
[8]胡雪,夏博,葛云,魏敏,赵庆展.基于PBL模式的机械制造工艺学课程教学设计探究与实践[J].教育现代化,2018,5(36):294-295+300.
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