基于并行工程思想的系列课程教改建设与实践

基于并行工程思想的系列课程教改建设与实践

摘要：以专业教学的系列课程进行整体、系统的教学建设，教学过程引入并行工程思想，依托机械加工准现场的工程环境、采用系列课程为整体的项目教学法，实现课堂理论和现场实践以及项目应用同步。教学实践表明，这是落实卓越计划、强化工程能力培养的有效措施。

关键词：并行工程；专业教学；机械加工准现场；项目教学；工程能力

随着卓越工程师教育培养计划的落实，工程教育逐步实施校、企结合，校内为主的教学模式。其中，在校内学习阶段要在加强基础知识学习的基础上，强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力培养。所以落实卓越计划的第一步，就是要采取具体可行的措施，实现在校内学习阶段对工程能力培养的强化。人才培养是项系统工程，工程能力的培养不是仅一门课程或一个教学环节所能完成的，要通过系列课程的学习和全部的教学过程逐渐实现。再有，如同生产目标的实现依靠生产过程（包括工艺过程和管理过程）一样，教学是通过教学过程实现教学目标的。所以，在专业教学中强化工程能力的培养，一是要以系列课程为视角进行系统的教学改革，在各教学环节体现工程内涵；二是注重能力培养过程的改革，采用先进的教学方法、建设充分的工程能力培养环境。我们针对机械加工工艺规程及装备设计能力培养所需的专业系列课程，进行了整体、系统的教学改革与建设。

一、基于并行工程思想的系列课程教学过程

1. 系列课程构成与五段式教学

“机械加工工艺规程及工装的设计能力（以下简称工艺与装备设计能力）”是从事机械制造业人员不可或缺的基本工程能力。这种能力的培养主要集中在专业教学过程，通过理论、实践多环节的系列课程的学习逐步实现。系列课程一般包括：“机械制造技术基础”、“机械制造装备设计”，“认识实习”、“生产实习”、“课程设计”等。按不同教学环节的性质，可以把系列课程分为：课堂上的理论教学、工程现场的感性认识教学、工程项目的设计性教学。按照时间顺序，教学基本过程一般为三段顺序式，如图1（a）所示。在长期的教学实践中，我们不断地总结经验，进行了课程调整，增加了现场实习，教学基本过程成为如图1（b）所示的五段式。经过这样的调整，加之实验内容的工程性改革，课程大作业的增加，使理论与实践教学的结合更加适时，更好地发挥了“学习—实践—再学习—再实践”的认知方法在专业知识学习过程中所具有的实际作用。

图1系列课程理论与实践的串行教学过程

2. 理论与实践并行的教改建设

并行工程原是一种先进制造生产模式。并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。并行工程强调全局性考虑问题，其最大特点是把在时间上有先有后的作业转变为同时考虑和尽可能同时处理的过程。采用并行工程的最大效益是缩短产品开发周期，提高产品设计质量、增强竞争能力。实际上，并行工程的思想不仅可应用于制造生产，也可应用于非制造业的管理以及专业教学的管理之中。

基于上述的启发，我们可以从生产的广义上去理解和实施教学的过程。具体到专业基本能力培养的系列课程，就是：“专业基本能力的培养”是一项“生产”，生产产品是“工艺与装备设计能力”，生产过程就是“系列课程的教学过程”。生产

过程由不同的阶段构成，生产过程直接影响生产产品质量；系列课程的教学过程如前所说由不同的教学环节构成，所以专业基本能力的培养质量也就取决于系列课程教与学的过程。图1所示的教学过程不论哪种，总体上仍然是“串行工程”。

作为知识的学习过程，是依托旧知识学习新知识和掌握新能力的递进过程，所以知识内容的“串行”是必须的。正如机械产品的加工过程要遵循一定的先后顺序，循序渐进。而提高生产效率，保证加工质量就需依靠具体的工艺参数选择和工装设备条件。所以，为提高系列课程的教学效率、保证工程能力的培养质量，在确定了各环节教学内容的基础上，就要采用合适的教学形式和教学方法，同时往往还需建设必要的工程实践环境。我们的具体做法是：①以系列课程为整体采用先进的项目教学方法，以提高学生的研究能力和工程能力。②将课程设计的任务布置前伸至机械制造技术基础课程的开始，最后集中安排的课程设计是项目设计教学的最后阶段，实现课堂知识积累与工程设计应用的相互推动。③在校内建设了机械加工准现场，以随时进行现场教学和工程实践。机械加工准现场在系列课程教学全过程中的充分利用，实现课堂理论与工程实际的适时结合，提高专业知识的认知效率与培养质量。

采取以上措施，专业教学所形成的“理论学习、现场实践、工程设计”交互，理论与实践并行的教学过程如图2所示。其中，机械加工准现场的具体建设、整体式项目教学的具体设计是达到改革目标的关键问题。

（1）机械加工准现场建设。我们先期建设的机械加工准现场是以实际加工现场的视频、图片为背景，由成品、加工半成品和专用夹具的实物以及图纸、工序卡等技术资料，按照实际生产流程构建而成。为应用于系列课程的教学全程，在内容方面涵盖了机械加工工艺规程及工装设计的知识；场地环境方面具有课堂教学的一般条件；管理形式方面采用时间上的开放。机械加工准现场建设的具体内容可见参考文献[1]。

（2）整体式项目教学设计。选择项目教学法应用于系列课程教学全程的主要依据是：①项目教学法的核心就是培养学生专业能力、方法能力和社会能力，这与系列课程的教学目标——培养专业基本能力相一致。②工程项目包括机械产品开发，其开发过程即是工程项目的完成过程，开发内容一般都包括对产品零件机械加工工艺规程及装备进行选择或设计。系列课程就是围绕“工艺与装备设计”的专业知识而展开教学，其最后的“课程设计”内容就针对典型零件的加工进行工艺与装备的设计。所以，具有课程学习与项目实施同步进行的可能性。③系列课程的知识内容源于工程实际，用于解决工程实际问题。项目教学过程体现的就是为解决工程问题而设的“按需施教”特点。

总之，系列课程的教学内容既是完成工程项目的基础，又是工程项目内容的分解。以系列课程为整体进行项目教学的方法，可以做到在完成项目的同时完成课程的学习。