机械技术基础类课程项目化教学研究

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722099

摘要：“中国制造 2025”对机械专业人才培养提出了新要求，据此，提出在机械技术基础类课程中采取项目化教学。本文介绍了项目化教学的实施过程，围绕机械制图、机械原理、机械设计、电子技术、PLC等专业基础课程开展项目化教学，给出了气动教学机械手设计、码垛机械手设计和一级齿轮减速器测绘和三维造型等3个教学项目案例，引导学生围绕项目开展课程学习，收到较好的教学效果。

关键词：中国制造2025；项目化教学；案例；机械专业

Abstract："China Manufacturing 2025" has raised new requirements for the training of mechanical talentsandProject teaching is put forward in the course of mechanical basic course according to these. This paper introduces the implementation process of ProjectTeaching，and

ProjectTeaching has been carried out around the basic courses of mechanical drawing， mechanical principle， mechanical design， electronic technology， PLC and so on， the examples of pneumatic teaching manipulator design， stacking manipulator design and primary gear reducer mapping and threedimensional modeling is showed to guide students to carry out curriculum learning around the project， and receive better teaching results.

Key words：China Manufacturing 2025；project teaching；case；mechanical specialty

中国制造2025对人才的需求提出了新的要求，即智能型人才，而机械专业是一个基于机械结构、电子科学、信息技术等学科的宽口径专业，与中国制造2025中所需的智能制造、智能工厂等密不可分。然而，目前机械基础类课程在教学过程中尚存在理论内容过多、实践环节不足、教学手段落后、考核方式单一、学生自主思考能力不足等问题，在此形势下，针对机械类基础课程的教学改革是必然趋势。鉴于此，本文在机械技术基础类课程中研究项目化教学，将学生带入教学项目中，引导学生结合问题学习知识，自主思考问题并提出解决方案，以期提高教学水平，提升学生的工程应用能力和创新能力！

一、“中国制造2025”对项目化教学的总体导向

中国制造2025的指导思想是人才为本，要想实现制造强国和智能制造，其关键在于智能型人才的培养。智能型人才不仅是产品的设计者，需要掌握产品的全部知识，还是智能生产系统的管理者，此外，还需要极高的分析问题、解决问题的能力。因此在为机械技术基础类课程选择项目时，必须强化学生在机械、电子和软件等方面知识的应用，掌握相互之间的联系，精选与“中国制造2025“相契合的制造工程案例。

二、项目化教学的实施

（一）项目选取

作为应用型本科院校，我校机械专业的培养目标是既要求学生具备机械学科的基础知识，也要熟悉目前机械领域的现状和发展动态，能在机械制造领域进行设计制造、科技开发、应用研究等方面的工作。因此，选取了机械制图、机械原理、机械设计、互换性与测量技术、机械制造工程学、电子技术、PLC等基础课程作为项目化教学开展的课程，这些课程是以学科知识体系为主，理论与实际相对分离，教学内容缺乏针对性和实用性。因此为满足“中国制造2025”的需求，对这些课程进行项目化教学。

在项目化教学过程中，项目的选取至关重要，既要覆盖课程大纲中所要求掌握的知识点，又要能结合工程实际。因此，在项目的设计上，依据“实用性、典型性、覆盖性、综合性、 趣味性、挑战性、可行性”的要点，遵循先易后难，先简后繁，循序渐进的原则，选择合适的项目作为载体。既有针对重点知识的专题项目，又有综合应用各种知识点的综合项目。教师在准备项目教案时，需列出项目名称、项目内容、主要知识点、知识目标和能力目标等相关内容。由于项目化教学很难与现有的教材相匹配，因此，对教师提出了较高的要求，担任项目化教学的教师需不断储备和更新自己的知识，参加各种教科研活动和工程实践，扩展自己知识的广度和深度。

（二）项目引入

为培养学生的团队合作精神，项目开始前，由学生自行组队，一般四到五人为一组，由于学生学习情况参差不齐，教师可根据学生的具体情况做适当调整，使得学生团队中的各个成员都能最大程度的发挥自己的长处。每个小组要做到分工明确，责任到人，小组内的任务分工及协同合作由组员讨论决定，在项目检查时，由责任人进行书面的或口头的汇报，以便教师检查和考核。在项目教学时，如果是专题项目，教师根据项目任务进行布置，讲解项目中所涉及的知识点，学生根据项目任务，收集相关资料，并进行方案的讨论，初步制定出方案后交由教师评判并进一步修改方案，方案确定后，学生完成相关的工作任务并汇报，老师根据项目完成情况做出评判并进一步完善，整个项目过程中，教师仅作评判，而不辅助，由学生自行完成所有项目任务。如果是综合项目或者难度较大的項目，教师可适当辅助学生，避免学生丧失积极性，激发学生的学习主动性。

（三）阶段检查

项目实施中，需安排阶段检查，若项目较简单，一般在项目开始后两天组织第一次阶段检查，如果较难，在一周后进行，主要检查方案的制订是否合理，对存在的问题进行正面引导，让学生自行修改，直至制订合理的方案。在项目进行到中期时安排一次中期检查，主要检查如零件的计算选择是否正确，装配图纸是否符合要求等等，如有实物制作要求，相关零部件是否已经采购或加工等内容，如果发现问题，教师可指出，并交由学生解决直至正确。最后再进行一次最终检查，检查如图纸是否合理，实物制作是否满足要求，如有修改，交由学生讨论并反馈给教师，直到项目最终完成。每次检查时，学生需安排组员进行汇报，教师记录各学生在此阶段的表现。在整个过程中，教师起引导作用，学生起主导作用，通过多个项目的训练，培养学生的沟通交流能力和团队合作精神。

（四）项目验收

教师根据各项目小组的具体情况安排答辩，各小组按照项目任务完成后进行资料汇总， 制作答辩PPT，选派代表上台展示PPT和设计说明书，并叙述项目设计方案和实施过程，教师做适当总结和点评，组织学生自评互评，选出优秀设计项目。

（五）成绩评定

传统的课程考核方式一般是平时成绩、技能成绩加期末考试成绩相结合的模式，这其实很难准确的考核学生真实的学习状况。如果采用项目教学法教学，在成绩评定上，应更重视多样化、过程化。期末卷面考试可只考察基础知识，占分20%，学生平时做项目的表现情况和任务完成情况占分80%，这些成绩可由学生自评、项目小组成员互评、项目小组间互评以及教师评价来构成。主要评价内容包括设计项目的完成情况，说明书与图纸及程序等的质量，整个项目完成的时间，如有实物，实物的制作成本以及个人答辩情况等等。项目完成时间和制作成本在整个过程中非常重要，有利于培养学生的时间规划与成本控制的能力，不能盲目的为了完成项目而不计较成本，这与生产实际不相符合。通过这些考核，能切实的全面考察学生的真实能力，督促学生更好的管理自己，完成学习任务。

三、典型项目案例

在深刻理解教学大纲的基础上，参阅了各高校在这些课程建设上的内容，结合一些生产实际中常见的设计任务，形成了课程所需的一些项目案例，通过这些项目案例引领学生分析研究解决问题，培养学生的工程应用能力，促发学生的创新意识。机械设计课程中有一案例是“智能切断机”，将机械结构、液压、plc等课程结合起来，综合运用了所学各课程的知识。机械制图课程通过三维NX技术、测绘等来辅助学生更好的掌握如何表达形体结构，加深学生对三维构形和二维视图的理解。单片机课程中引入智能码垛机械手的设计项目，使学生能更好的理解连杆机构、单片机控制等内容，做到机电综合实训。这些项目让学生在自主思考、综合应用、创新思维等方面，起到了良好的推动作用。下面具体介绍3个项目案例。

项目1：气动教学机械手的设计

本项目是教学用的气动机械手，可模拟实际工业生产中能实现检测、运输功能的机械手。运用传感器对需要加工的工件进行筛选，再运用PLC控制技术、气压传动技术控制机械手的动作，该系统能够实现三个自由度方向（水平、垂直和旋转）的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，线路设计合理，系统运行比较可靠。工件经检测通过后，通过机械手夹取放到指定位置实现运输。该机械手涉及到力学、气动技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等学科领域，是一门跨学科的综合技术，很好的锻炼学生的团队合作能力和综合应用各种知识解决问题的能力。项目任务有：1）机械手的总体方案设计，确定气动机械手的工作原理和结构以及控制方案；2）机械手中气动回路的设计；3）系统硬件电路的设计，进行PLC的选型，完成PLC的接线图；4）气动机械手控制部分程序的设计。

项目2：码垛机械手设计

码垛机械手广泛应用于生产的各个行业，可满足从低速到高速，从包装袋到纸箱，从码垛一种产品到码垛多种不同产品的需求。本项目为码垛机械手的设计，用于单片机课程教学，其功能要求是机械手以连杆机构为主体，通过机电结合，编写程序用单片机控制步进电机来驱动机械臂，让机械臂完成旋转、伸缩、升降动作并准确定位。同时机械臂前端的吸盘在到达指定位置时吸取或松开物体，从而实现物品的准确抓取并能在指定位置按设定方式进行堆叠码垛。在此基础上增加无线模块，可以实现无线即时控制。与一般的机械手相比，具有更灵活准确，堆叠码垛方式更多样，方便操作等优点，可预编程控制和无线即时控制。项目的实现不仅需要掌握机械原理课程中所学的连杆机构知识，还需运用单片机控制等方面的知识，极大的锻炼学生的设计能力和综合运用各学科知识的能力以及自学能力。项目任务有：1）码垛机械手总体方案设计，选择合适的电机；2）码垛机械手机械结构设计，综合比较各种传动方案，选出最佳。制作码垛机械手实物；3）控制方案的设计及控制程序的编写；4）调试码垛机械手，是否满足设计要求。

项目1和项目2是来自于大学生创新的实际课题，是集机械设计、单片机、PLC等学科技术为一体的机电一体化综合案例，对机械专业类学生具有较好的指导作用。

項目3：一级齿轮减速器测绘和三维造型

一级齿轮减速器包含了齿轮、轴、轴承、键、箱体、轴承盖等常用件和标准件，通过测绘、三维造型、二维视图等教学模式，培养学生正确绘制和阅读工程图的能力，培养学生从平面到空间，再从空间到平面的思维能力。此项目适用于三维建模与机械工程图课程。项目任务有：1）减速器拆卸及零件分类，教师介绍测绘的基本知识。2）减速器轴类、箱体类、齿轮类、盘盖类零件的测绘和三维造型，学生在零件测绘中，除了尺寸之外要注意各零件的工艺结构，测绘完成后根据已有知识，利用NX软件中拉伸、拔模、旋转、GC工具箱、倒角、扫描、螺纹等方法进行各零件的三维建模，制订正确的零件视图表达方案，完成尺寸标注和技术要求等，形成正确的二维工程图。3）减速器标准件的表达，螺纹连接件、键、销、轴承等标准件的规格、标识和画法，学会调用NX的标准件库。4）一级齿轮减速器装配图绘制，利用NX完成减速器的三维装配，制订正确的二维装配图的表达方案、尺寸标注、零部件序号、明细栏、技术要求等，注意装配工艺结构以及NX二维装配图的画法和步骤。

四、项目化教学效果

基于项目化教学模式与传统教学模式相比，具有明显的优势，符合目前教学的要求。从目前的教学效果看，收效良好。学生通过参与项目，极大的调动了学习的积极性，学以致用，从“不知道为什么学这门课”到“如何运用这门课”进行了很大的转变，为学生提供了良好的运用知识的实践机会，并在实践中进一步完善，使学生在毕业之后更迅速地适应社会发展的需求，从而提升应用型本科院校的教育质量，为社会输送更多的高素质技术技能人才。从教师角度来说，运用项目教学法的教学理念，对教师的教学能力、组织管理能力提出了更高的要求，教师的主导作用和学生的主体作用在教学过程中凸显，教学的效果得以提升。但与传统的教学方式相比，教师的工作量增加很多。基于项目化教学的各课程的建设是一个长期的工作，并且需要不断总结课程特点，在不同的课程中实施项目，完善课程体系，优化教学内容，在教学模式和教学方法上不断探索实践，优化教学项目，适应教学要求。

五、结语

本文介绍了“中国制造 2025”对目前应用型本科学生项目化教学的导向，介绍了项目化教学的具体实施过程，并选取了气动教学机械手的设计、码垛机械手设计和一级齿轮减速器测绘和三维造型3个教学项目案例，通过项目目的和项目任务，介绍了项目所要涉及的知识点和所需课程，让学生应用理论知识来解决实际工程问题的方法，提升其实际应用能力，收到较好的教学效果。

参考文献：

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[4]刘英，赵茂程，等. “中国制造 2025” 引领下的案例教学研究[J].机械设计与制造工程，2016（12）：100103.

[HTH]基金項目：[HT][HTK]本文系2016年江苏省高校哲学社会科学研究基金项目《中国制造2025背景下独立学院机械专业学生应用能力培养的教学研究》（课题批准号：2016SJD880180）的阶段性研究成果[HT]

作者简介：张卫芬（1981），女，江苏泰州人，硕士，东南大学成贤学院讲师，研究方向：机械设计制造。

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