智能制造专业先进制造工艺课程建设与教学实践

智能制造专业先进制造工艺课程建设与教学实践
作者：高鹏昝涛项俊锋付中涛
来源：《科教导刊》2024年第03期
摘要在半导体、航空航天等新兴产业推动下，智能制造专业先进制造课程的地位越来越重要。

为此，文章从教学理念与目标、知识结构和教学实践三个方面，讨论本课程建设与教学实践。

课程教学理念以新兴产业发展人才需求为导向，培养学生的创新能力、实践能力和国际化视野。

课程知识结构以工程应用和工艺创新为导向，覆盖了超精密切削、激光加工、增材制造等先进制造工艺。

课程教学采用问题导向法、创新实践和案例分析法，以半导体芯片制造案例分析为主线，贯穿课程大纲的各个知识点。

关键词智能制造专业；新工科；课程建设；教学实践
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdk.2024.3.035
Construction and Teaching Practice of Advanced Manufacturing Process Course for Intelligent Manufacturing Engineering
GAO Peng1， ZAN Tao1， XIANG Junfeng2， FU Zhongtao3
（1.Beijing University of Technology， Beijing 100124;
2. School of Civil Aviation， Northwestern Polytechnical University， Xi'an， Shanxi 710072;
3.School of Mechanical and Electrical Engineering， Wuhan University of Engineering，Wuhan， Hubei 430205）
Abstract Driven by emerging industries such as semiconductors and aerospace， the position of advanced manufacturing courses in the field of intelligent manufacturing is becoming increasingly important. Therefore， the article discusses the construction and teaching practice of this course from three aspects： teaching philosophy and objectives， knowledge structure， and teaching practice. The teaching philosophy of the course is guided by the demand for talents in the development of emerging industries， cultivating students' innovation ability， practical ability， and international perspective. The course knowledge structure is guided by engineering applications and process innovation， covering advanced manufacturing processes such as ultra precision cutting， laser processing， and additive manufacturing. The course teaching adopts a problem oriented approach，innovative practice， and case analysis method， with semiconductor chip manufacturing case analysis as the main thread， running through various knowledge points of the course outline.
Keywords intelligent manufacturing engineering; new engineering; curriculum construction; teaching practice
半導体、航空航天和新能源等新兴产业发展迅速，传统的工科专业教育已经不能够适应时代要求。

为此，我国开始研究符合中国国情的教育新理念、新模式、新方法，积极推进“新工科”建设，打好提高质量、创新人才培养机制攻坚战[1-2]。

智能制造专业是新工科的重要组成部分之一，其专业建设对新工科建设具有重要的意义。

后工业社会和制造业转型是未来研究的重点，先进制造工艺也是未来研究的热点。

先进制造工艺作为智能制造专业建设的重要组成部分，其教学成效对智能制造专业建设具有重要的意义。

先进制造技术关系到国家生存发展的命脉。

我国作为制造大国，然而在半导体制造等先进工艺方面落后于发达国家。

以芯片半导体和航空发动机制造为代表的先进制造技术亟须提高。

先进制造工艺课程作为智能制造专业的主干课程，其教学建设和教学方法尚不成熟。

传统机械工程专业的工艺制造教学模式已滞后于产业发展，在产业升级过程中，如何培养满足智能制造需求的高端人才，是现代高端制造业发展面临的重大理论与现实问题。

目前，机械工程相关的课程其教材和教学方法更新速度缓慢，与新兴产业发展严重脱节[2]。

传统机械工程专业培养方案的知识结构单一，课程实践能力培养固化于单一的技能训练[2]。

因而，传统的课程体系不能够满足智能制造专业的发展和复杂化的实际工程需求。

虽然智能制造专业布局趋于合理，但制造工艺课程与实践建设尚待成熟，先进制造课程各学科知识融合的探究亟须加强。

工科建设还普遍存在问题，用国际等效标准评价工科专业，课程体系建设方面达标的占比不超过60%[3]。

相关课程对开发或设计解决工程问题方案、综合考虑非技术性因素、分析复杂工程问题、创新等能力的评价相对较低，学科专业建设不足[2-4]。

虽然部分学者对智能制造专业建设作了系统的研究，然而在重设计轻工艺氛围的影响下，各个高校对智能制造专业工艺维度的课程设计和教学实践认识依然不足。

大多数教师只停留在先进制造基本理论讲授，缺少对具体教学方法的分析，同时大多数学者对教学实践的研究较少，对先进制造课程教学中存在的问题认知不足。

具体体现在：
①先进制造创新人才培养是一个新的教育理论和实践问题。

传统机械工程人才培养模式已不能满足智能制造发展的需求，迫切需要变革人才培养模式。

②传统机械工程专业的教育教学模式已滞后于产业发展，知识体系更新速度缓慢。

先进制造工艺课程内容滞后，缺少与生产实际的融合[5]。

如何建立满足智能制造先进制造需求的课程知识结构，是课程知识结构调整和教学实践面临的突出问题。

③先进制造工艺课程作为智能制造专业的一门新课程，其任课教师、教学方法、教学实践和教学教材尚未形成系统，而有效的教学方法和教学实践是课程建设中面临的重要问题。

为此，本文从智能制造专业先进制造工艺课程建设理念、课程知识结构和课程教学实践等方面，讨论新工科背景下智能制造工程专业先进制造工艺课程建设与教学实践方法。

1 先进制造工艺课程的教学理念与目标
先进制造工艺课程是智能制造工程专业的学科基础必修课。

课程主要讲授先进制造工艺与装备。

课程主要面向智能制造工程或机械工程专业的高年级本科生。

1.1 课程教学理念
先进制造工艺课程教学理念旨在培养学生的实践能力、创新能力和国际化视野。

在课程大纲设计中应加入工艺创新方法和前沿制造工艺，课程知识结构体现制造技术“新、精、专”的特点。

首先，以立德树人为导向，把课堂知识与国家大制造工程项目知识相融合，培养学生的
爱国情怀，使学生树立正确的世界观。

其次，充分调动学生的主动性，让学生参加工程实践，以智能制造技术创新为核心培养学生的实践能力和创新能力[6]。

最终培养出具有继续学习能力、国际视野、社会责任、组织协调能力、团队精神与职业道德的创新型人才。

先进制造工艺课程的建设理念要符合产业发展的需求。

根据国家发展战略规划，培养适应前沿科技进步，德智体美劳全面发展，知识、能力、人格三位一体，工程基础理论扎实、专业知识宽厚、实践能力突出，获得良好工程训练，能够胜任先进制造生产与工艺创新的人才。

约束教学实践中的生成阶段与探索阶段，形成学生的“全线闭环”创新性思维培养[7]。

1.2 课程育人与教学目标
本课程旨在培养具有现代先进制造意识的创新型人才。

首先从整个课程“面”的维度进行宏观引导，讲解我国制造业的发展历史，了解“中国制造2025”“制造强国”等国家重大战略和倡议，鼓励学生的学科发展与专业学习应该与国家发展同向同行。

其次是从课程内容讲授过程中的一些“点”上进行有机融合。

在教学实践中，培养学生的工程实践素质、工艺创新能力，通过工程实践，增强学生解决问题的能力、培养学生的创新能力，课程育人目标如下：
①了解智能制造新技术的发展现状，培养学生的创新意识；②从课程“面”的维度宏观引导，讲解我国制造业的发展历史，让学生认识到制造新技术在国家发展中的重要性，激发其学习热情；③以半导体芯片和航空叶片制造为案例把课程知识点串起来，使学生了解国家高端制造业的发展水平。

2 先进制造工艺课程知识与能力结构
2.1 课程设置
目前，在机械工程专业的课程设置中，实践课程主要为金工实习，然而金工实习课程知识结构和教学方法多年来基本上没有变化，主要通过车、铣、刨、磨等加工工艺方法提高学生的工程实践能力[8]。

随着先进制造技术的发展，激光加工、增材制造和各种电加工先进制造技术发展迅速，传统的课程已经严重脱离了现实生产技术的发展。

制造业的前沿技术基本原理与案例尚未纳入课程教学中。

相关数据表明分別有45%和41%的电气信息类和工科毕业生认为所学课程知识陈旧[9]，制造工艺课程知识与能力结构明显滞后于产业发展需求。

课程组应根据智能制造系统的构成要素确立课程的知识结构，确立制造工艺维度与新兴行业的关系。

课程教材和教法应遵循“创新、协调、绿色、开放、共享”的教学理念，创新教材内容和形式，创新信息化教学方法[10]。

2.2 课程知识结构
先进制造工艺课程应坚持工程应用和工艺创新为导向，凸显课程知识结构的技术前沿性、工程实践性和工艺创新性，培养学生的工程实践与创新能力。

根据新兴产业发展需求，课程设计应体现工程性和创新性。

课程设置的内容应体现当代产业发展和产业布局。

课程知识覆盖先进制造前沿技术，体现制造与信息化的融合交叉。

课程教学中，引导学生从问题出发，通过理论学习和工程实践，使学生掌握五轴加工、超精密切削加工、激光加工、增材制造等相关先进制造工艺（图1），培养学生的交叉学科知识运用能力。

除了知识学习外，还要让学生有更多机会参与先进制造工艺的实践，培养学生的工程意识和能力。

通过课外作业，检验学生学习效果，使其了解自己对知识的掌握程度。

目前，机械工程相关的课程其教材和教学方法更新速度缓慢，与新兴产业发展严重脱节[2]。

传统机械工程专业培养方案的知识结构单一，课程实践能力培养固化于单一的技能训练[2]。

因而，传统的课程体系不能够满足智能制造专业的发展和复杂化的实际工程需求。

虽然智能制造专业布局趋于合理，但制造工艺课程与实践建设尚待成熟，先进制造课程各学科知识融合的探究亟须加强。

工科建设还普遍存在问题，用国际等效标准评价工科专业，课程体系建设方面达标的占比不超过60%[3]。

相关课程对开发或设计解决工程问题方案、综合考虑非技术性因素、分析复杂工程问题、创新等能力的评价相对较低，学科专业建设不足[2-4]。

虽然部分学者对智能制造专业建设作了系统的研究，然而在重设计轻工艺氛围的影响下，各个高校对智能制造专业工艺维度的课程设计和教学实践认识依然不足。

大多数教师只停留在先进制造基本理论讲授，缺少对具体教学方法的分析，同时大多数学者对教学实践的研究较少，对先进制造课程教学中存在的问题认知不足。

具体体现在：
①先进制造创新人才培养是一个新的教育理论和实践问题。

传统机械工程人才培养模式已不能满足智能制造发展的需求，迫切需要变革人才培养模式。

②传统机械工程专业的教育教学模式已滞后于产业发展，知识体系更新速度缓慢。

先进制造工艺课程内容滞后，缺少与生产实际的融合[5]。

如何建立满足智能制造先进制造需求的课程知识结构，是课程知识结构调整和教学实践面临的突出问题。

③先进制造工艺课程作为智能制造专业的一门新课程，其任课教师、教学方法、教学实践和教学教材尚未形成系统，而有效的教学方法和教学实践是课程建设中面临的重要问题。

为此，本文从智能制造专业先进制造工艺课程建设理念、课程知识结构和课程教学实践等方面，讨论新工科背景下智能制造工程专业先进制造工艺课程建设与教学实践方法。

1 先进制造工艺课程的教学理念与目标
先进制造工艺课程是智能制造工程专业的学科基础必修课。

课程主要讲授先进制造工艺与装备。

课程主要面向智能制造工程或机械工程专业的高年级本科生。

1.1 课程教学理念
先进制造工艺课程教学理念旨在培养学生的实践能力、创新能力和国际化视野。

在课程大纲设计中应加入工艺创新方法和前沿制造工艺，课程知识结构体现制造技术“新、精、专”的特点。

首先，以立德树人为导向，把课堂知识与国家大制造工程项目知识相融合，培养学生的爱国情怀，使学生树立正确的世界观。

其次，充分调动学生的主动性，让学生参加工程实践，以智能制造技术创新为核心培养学生的实践能力和创新能力[6]。

最终培养出具有继续学习能力、国际视野、社会责任、组织协调能力、团队精神与职业道德的创新型人才。

先进制造工艺课程的建设理念要符合产业发展的需求。

根据国家发展战略规划，培养适应前沿科技进步，德智体美劳全面发展，知识、能力、人格三位一体，工程基础理论扎实、专业知识宽厚、实践能力突出，获得良好工程训练，能够胜任先进制造生产与工艺创新的人才。

约束教学实践中的生成阶段与探索阶段，形成学生的“全线闭环”创新性思维培养[7]。

1.2 課程育人与教学目标
本课程旨在培养具有现代先进制造意识的创新型人才。

首先从整个课程“面”的维度进行宏观引导，讲解我国制造业的发展历史，了解“中国制造2025”“制造强国”等国家重大战略和倡议，鼓励学生的学科发展与专业学习应该与国家发展同向同行。

其次是从课程内容讲授过程中的一些“点”上进行有机融合。

在教学实践中，培养学生的工程实践素质、工艺创新能力，通过工程实践，增强学生解决问题的能力、培养学生的创新能力，课程育人目标如下：
①了解智能制造新技术的发展现状，培养学生的创新意识；②从课程“面”的维度宏观引导，讲解我国制造业的发展历史，让学生认识到制造新技术在国家发展中的重要性，激发其学习热情；③以半导体芯片和航空叶片制造为案例把课程知识点串起来，使学生了解国家高端制造业的发展水平。

2 先进制造工艺课程知识与能力结构
2.1 课程设置
目前，在机械工程专业的课程设置中，实践课程主要为金工实习，然而金工实习课程知识结构和教学方法多年来基本上没有变化，主要通过车、铣、刨、磨等加工工艺方法提高学生的工程实践能力[8]。

随着先进制造技术的发展，激光加工、增材制造和各种电加工先进制造技术发展迅速，传统的课程已经严重脱离了现实生产技术的发展。

制造业的前沿技术基本原理与案例尚未纳入课程教学中。

相关数据表明分别有45%和41%的电气信息类和工科毕业生认为所学课程知识陈旧[9]，制造工艺课程知识与能力结构明显滞后于产业发展需求。

课程组应根
据智能制造系统的构成要素确立课程的知识结构，确立制造工艺维度与新兴行业的关系。

课程教材和教法应遵循“创新、协调、绿色、开放、共享”的教学理念，创新教材内容和形式，创新信息化教学方法[10]。

2.2 课程知识结构
先进制造工艺课程应坚持工程应用和工艺创新为导向，凸显课程知识结构的技术前沿性、工程实践性和工艺创新性，培养学生的工程实践与创新能力。

根据新兴产业发展需求，课程设计应体现工程性和创新性。

课程设置的内容应体现当代产业发展和产业布局。

课程知识覆盖先进制造前沿技术，体现制造与信息化的融合交叉。

课程教学中，引导学生从问题出发，通过理论学习和工程实践，使学生掌握五轴加工、超精密切削加工、激光加工、增材制造等相关先进制造工艺（图1），培养学生的交叉学科知识运用能力。

除了知识学习外，还要让学生有更多机会参与先进制造工艺的实践，培养学生的工程意识和能力。

通过课外作业，检验学生学习效果，使其了解自己对知识的掌握程度。