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摘要：“产品数字化设计与制造项目实践”课程的开设非常必要，可以使机械专业学生在产品数字化设计与制造技术某一方面的能力得到较高提升，以便能适应这一方面工作的基本需求。文章对“项目实践”中开放模式、教学体系、师生角色的主体转换以及开放式实践项目质量的控制及评价体系进行了有效的研究，促进了教学质量的提高。
关键词：数字化设计与制造；开放；项目实践；师生角色
作者简介：任国栋（1977-），男，江苏昆山人，江苏大学机械工程学院，讲师；戴峰泽（1977-），男，江苏宜兴人，江苏大学机械工程学院，讲师。（江苏 镇江 212013）
中图分类号：G642.42 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）11-0144-02
一、实验体系概述
通过先进制造技术带动制造业的发展是大势所趋，体现在机械类专业学生的培养上，应在课程教学尤其是实践教学整个过程中，贯穿某一典型实践项目的完成与实施，即完成一个机电产品的设计制造全过程，以培养适应时代要求的学生的创造力和执行力。
为此，我们在深入研究机械类专业培养计划的基础上，通过认真研究现代设计方法、先进制造技术、制造自动化技术、先进管理模式等现代制造技术与方法，提出了相对完整的现代集成制造技术综合实验体系，而“产品数字化设计与制造项目实践”（以下简称“项目实践”）课程，是该实验体系中非常重要的组成部分。该实践课程安排在大四上学期末，其宗旨是设立专题训练项目，学生按照自己的兴趣选择某一专题。通过一周时间的专题训练，使学生在产品数字化设计与制造技术某一方面能力得到较高提升，以便能适应这一方面工作的基本需求。通过近几年的教学实践，发现这一实践教学项目的开设是非常必要和及时的，但在教学进行过程中，尚存在一些关键问题需要进一步探讨和解决以获得更好的教学效果。
二、研究内容
1.教学体系的研究
随着时代的发展和技术的进步，社会对机械专业毕业生的素质要求越来越高，而对其实践能力和创新能力的要求尤为突出。为此，我们结合学生培养计划和江苏大学（以下简称“我校”）工业中心优质资源，以数字化设计制造技术为主线，面向机械制造及自动化专业学生开发了较完整、实用、可操作的现代集成制造技术综合实验体系，即在专业课程实验之外，设定了层次鲜明、内容丰富的实验体系，满足了学生理解和掌握机械制造及自动化专业方向知识体系所需的专业知识面的基本需求。制定的综合实验体系包括以下三个层次。
（1）综合型实验（必修15学时）。该层次实验是综合本专业系列课程（数控技术、先进制造技术、数字化设计与制造技术、机械制造装备设计、机械制造自动化、快速成形技术、精密与特种加工等）所开设的综合实验，其宗旨是通过实验指导教师对某一系统（如Mini-计算机集成制造系统）或实践项目（如逆向工程产品开发及快速成型制造）的完整讲解及演示，使学生能对所学单科知识融会贯通，为专题训练实践及后续教学环节做准备。
（2）专题项目实践（必修40学时）——“产品数字化设计与制造项目实践”。建立在综合型实验的基础上，其宗旨是就某一机电产品的设计制造全过程的完成，设立专题训练项目，学生按照自己的兴趣选择某一专题，通过一周时间的专题训练（包括学生亲自上机操作及动手实验），使学生在产品数字化设计与制造技术某一方面能力得到较高提升，以便能适应这一方面的工作的基本需求。
（3）研究创新型实验（选修）。该层次实验针对优秀学生，结合科技立项或参与教师科研项目等进行，学生申请自立创新项目或选择发布的创新项目，由我校机械学院和工业中心联合指导学生实施，并组织专家对项目进行验收。其宗旨是对学有余力的优秀学生增加研究创新型实验，进一步培养其工程实践能力和创新能力。
2.开放模式的研究
在实践教学中，开放模式可以有多种含义，如教学内容、教学过程、教学环境等，我们针对以下这些方面做了探索和研究。
（1）教学内容。“项目实践”设定了以下方面的专题供学生选择。
专题1：复杂产品（发动机或其他典型产品）的三维数字化建模，依据实际工程产品二维工程图，完成复杂产品三维数字化建模与装配，培养通用产品的数字化设计能力。
专题2：产品CAID开发，首先训练曲面建模能力与技巧，然后依据具有工业设计价值的产品实物或工业设计的效果图，借助简单的测量工具，完成产品CAID开发，培养学生CAID产品数字化开发能力。
专题3：逆向工程RE产品快速开发，首先训练曲面建模能力与技巧，其次对实际产品利用数字化接触式测量设备（CMM）或非接触式测量设备获取被测物表面三维数据，然后应用逆向软件进行曲面重构并建立三维数模，再将三维数模直接送至快速成型机制作出产品样件或消失模，用于产品验证或铸造产品，最终完成产品的快速开发。
专题4：CAE分析与模拟，细分为三类。结构有限元分析、多体动力学分析与模拟（虚拟样机）、CFD分析。针对典型产品，培养CAE分析能力。
专题5：CAM数控自动编程，针对典型零件，制定数控工艺，生成指定数控加工设备的NC数控程序并进行加工模拟，最后选择某一零件在数控机床上加工。通过一组典型零件，强化数控工艺的理解，提高CAM数控自动编程能力。
自立专题：学生自立数字化设计与制造技术方面专题，并由指导教师审定批准。
“项目实践”的教学内容是完全开放的，从大的项目专题来说，学生可以自行设立，另一方面，就某一特定专题，我们也鼓励学生自主选择具体实践对象。比如在“逆向工程RE产品快速开发”中，学生可选择形状特点各异的产品，选择适合特定产品的方法（接触式或者非接触式）进行测量，然后根据特定产品的性能要求选择一种快速成型机（SLS或者FDM）进行产品的快速加工。
（2）教学过程。实践教学需要学生具备一定的专业理论基础知识，但是学生在前期专业基础课及专业课程的学习中，往往偏重于本课程及理论的学习，不太关注知识之间的关联性，不能融会贯通地应用于产品的开发过程中。为此，在时间上，可将“项目实践”教学内容提前布置，但提前多少时间及以何种方式布置，需要进一步研究。
为此我们进行了座谈和广泛调研，最后确定了以下方案：即在学生进行专业基础课的学习之前，也就是在大三上学期就向学生布置“项目实践”教学内容，集中２个课时向学生介绍相关情况，并指导学生利用课余时间收集项目素材、进行“项目实践”选做专题的初选。例如，学生如果对“CAE分析与模拟”这一专题比较感兴趣，则就要求其在专业理论课程学习时，了解CAE分析的基本方法及种类、掌握软件选型，然后利用课外时间检索资料进行CAE分析对象即具体产品的确定，熟悉产品功能、学习软件操作，对上述内容有一个比较好的储备后，再来进行一周的“项目实践”时就能更专注于产品功能实现及工艺方面的创新性。为检查学生专题选择和准备情况，我们要求其在“项目实践”前两周递交规定格式的预习报告，而后，指导教师再根据学生选题情况和实验室接受能力统筹规划、具体安排。
（3）教学环境。演示实验提供了数字化设计与制造技术知识的广度，而“项目实践”则提供了一定的深度。学生可以通过观看一定数量和范围较广的演示实验来增加感性认识和巩固课堂所学知识，但要对某项技术有比较深刻的理解就必须通过亲手实践，但是要求每个学生亲自完成所有的项目，无论从工业中心实验室的接受能力还是学生的时间精力都是难以想象的，所以在教学环境的开放方面，我们采取了将专业课程学习中的单科演示实验、综合型演示实验与“项目实践”相结合，学生在工业中心看到的可能就是“项目实践”课程要亲手做到的，这样就能对专业课程的学习、综合型实验环节的完成和“项目实践”课程起到互相补充、双向促进的作用。
3.师生角色的主体转换研究
在“项目实践”教学过程中，如何提高学生的主动性、激发学生的创新性，如何使教师不断完善充实自己并高效完成教学任务，也是我们研究的重点。传统的教学过程中，教师布置实践内容，并定期就出现的问题做辅导和答疑，学生按部就班的完成实践内容，最后提交实践报告和电子文档，基本属于教师主动、学生被动的教学模式，不利于培养学生的实践能力和创新精神。
因此在“项目实践”教学过程中，传统的师生角色的主体必须进行一定的转换，要采取一定的规范方式使学生真正转换为主体，在实践过程中摆脱依赖性，体现更多更丰富的创造性，而教师则更注重于学生实践过程中的创新性检查和启发性指导。我们采取了以下两项措施。
第一，在“项目实践”教学过程中只给出要求和目的，给出实验仪器的操作说明书，完全采用启发式教学，调动学生学习的主动性和积极性，从而提高教学质量和教学效果。例如在“项目实践”专题的选择以及产品的确定上，都没有做具体的规定，而是提前布置以便让学生有充裕的时间，进行主动独立的思考。
第二，帮助学生逐步过渡到基于问题的学习方式。机械专业学生在结束专业基础课程学习之后，要进行毕业设计。毕业设计中遇到的问题往往是生产实际中的问题，是没有标准答案的技术问题，没有标准答案及现成的解决步骤，因此成功的实践教学应该引导学生采取基于问题的学习方式，使其在具备一定的理论知识和实践经验的基础上，形成独立发现问题、描述问题和解决问题的能力。
4.开放式实践项目质量的控制及评价体系的研究
开放式实践项目质量的评价是比较复杂的，不能以一种单一的方式来完成。为此，我们采取了以下三种方式，即分组陈述、个人陈述和实践报告相结合。
专题项目分组陈述中，要求每个小组的学生代表介绍本组成员项目完成情况，展示设计或开发产品，陈述本组项目完成过程中的共性问题及解决方法。
在个人陈述中，则要求每个学生就自己在项目完成过程中的个性问题及解决方法做简要说明。
在实践报告中，要求学生提出专题项目的思路及主要创新点，深入分析研究自己设计或加工的结果，分析研究产品设计、加工质量问题或其他技术问题，详细说明解决方法，并提出个人的体会及改进意见。
实践指导教师根据学生预习报告、平时的考勤情况、进度记录及上机操作水平、实践报告撰写和完成产品质量给予综合的成绩评定。
三、结束语
通过先进制造技术带动制造业的发展是大势所趋，体现在机械类专业学生的培养上，应在课程教学尤其是实践教学整个过程中，贯穿某一典型实践项目的完成与实施，即完成一个机电产品的设计制造全过程，以培养适应时代要求的学生的创造力和执行力。而本文的研究正好体现了这一点，就“产品数字化设计与制造项目实践”教学形成了切实可行的实施方案，提高了学生的应用数字化设计与制造技术解决实际问题的能力，以促进学生更好就业。
参考文献：
[1]陈善勇,等.“回归工程”背景下的《数字化制造技术》研究生课程改革探索[J].高等教育研究学报,2009,32(S1).
[2]马有良,等.《数字化设计与制造》综合实验课程的探索[J].实验科学与技术,2007,5(4).
（责任编辑：苏宇嵬）
关键词：数字化设计与制造；开放；项目实践；师生角色
作者简介：任国栋（1977-），男，江苏昆山人，江苏大学机械工程学院，讲师；戴峰泽（1977-），男，江苏宜兴人，江苏大学机械工程学院，讲师。（江苏 镇江 212013）
中图分类号：G642.42 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）11-0144-02
一、实验体系概述
通过先进制造技术带动制造业的发展是大势所趋，体现在机械类专业学生的培养上，应在课程教学尤其是实践教学整个过程中，贯穿某一典型实践项目的完成与实施，即完成一个机电产品的设计制造全过程，以培养适应时代要求的学生的创造力和执行力。
为此，我们在深入研究机械类专业培养计划的基础上，通过认真研究现代设计方法、先进制造技术、制造自动化技术、先进管理模式等现代制造技术与方法，提出了相对完整的现代集成制造技术综合实验体系，而“产品数字化设计与制造项目实践”（以下简称“项目实践”）课程，是该实验体系中非常重要的组成部分。该实践课程安排在大四上学期末，其宗旨是设立专题训练项目，学生按照自己的兴趣选择某一专题。通过一周时间的专题训练，使学生在产品数字化设计与制造技术某一方面能力得到较高提升，以便能适应这一方面工作的基本需求。通过近几年的教学实践，发现这一实践教学项目的开设是非常必要和及时的，但在教学进行过程中，尚存在一些关键问题需要进一步探讨和解决以获得更好的教学效果。
二、研究内容
1.教学体系的研究
随着时代的发展和技术的进步，社会对机械专业毕业生的素质要求越来越高，而对其实践能力和创新能力的要求尤为突出。为此，我们结合学生培养计划和江苏大学（以下简称“我校”）工业中心优质资源，以数字化设计制造技术为主线，面向机械制造及自动化专业学生开发了较完整、实用、可操作的现代集成制造技术综合实验体系，即在专业课程实验之外，设定了层次鲜明、内容丰富的实验体系，满足了学生理解和掌握机械制造及自动化专业方向知识体系所需的专业知识面的基本需求。制定的综合实验体系包括以下三个层次。
（1）综合型实验（必修15学时）。该层次实验是综合本专业系列课程（数控技术、先进制造技术、数字化设计与制造技术、机械制造装备设计、机械制造自动化、快速成形技术、精密与特种加工等）所开设的综合实验，其宗旨是通过实验指导教师对某一系统（如Mini-计算机集成制造系统）或实践项目（如逆向工程产品开发及快速成型制造）的完整讲解及演示，使学生能对所学单科知识融会贯通，为专题训练实践及后续教学环节做准备。
（2）专题项目实践（必修40学时）——“产品数字化设计与制造项目实践”。建立在综合型实验的基础上，其宗旨是就某一机电产品的设计制造全过程的完成，设立专题训练项目，学生按照自己的兴趣选择某一专题，通过一周时间的专题训练（包括学生亲自上机操作及动手实验），使学生在产品数字化设计与制造技术某一方面能力得到较高提升，以便能适应这一方面的工作的基本需求。
（3）研究创新型实验（选修）。该层次实验针对优秀学生，结合科技立项或参与教师科研项目等进行，学生申请自立创新项目或选择发布的创新项目，由我校机械学院和工业中心联合指导学生实施，并组织专家对项目进行验收。其宗旨是对学有余力的优秀学生增加研究创新型实验，进一步培养其工程实践能力和创新能力。
2.开放模式的研究
在实践教学中，开放模式可以有多种含义，如教学内容、教学过程、教学环境等，我们针对以下这些方面做了探索和研究。
（1）教学内容。“项目实践”设定了以下方面的专题供学生选择。
专题1：复杂产品（发动机或其他典型产品）的三维数字化建模，依据实际工程产品二维工程图，完成复杂产品三维数字化建模与装配，培养通用产品的数字化设计能力。
专题2：产品CAID开发，首先训练曲面建模能力与技巧，然后依据具有工业设计价值的产品实物或工业设计的效果图，借助简单的测量工具，完成产品CAID开发，培养学生CAID产品数字化开发能力。
专题3：逆向工程RE产品快速开发，首先训练曲面建模能力与技巧，其次对实际产品利用数字化接触式测量设备（CMM）或非接触式测量设备获取被测物表面三维数据，然后应用逆向软件进行曲面重构并建立三维数模，再将三维数模直接送至快速成型机制作出产品样件或消失模，用于产品验证或铸造产品，最终完成产品的快速开发。
专题4：CAE分析与模拟，细分为三类。结构有限元分析、多体动力学分析与模拟（虚拟样机）、CFD分析。针对典型产品，培养CAE分析能力。
专题5：CAM数控自动编程，针对典型零件，制定数控工艺，生成指定数控加工设备的NC数控程序并进行加工模拟，最后选择某一零件在数控机床上加工。通过一组典型零件，强化数控工艺的理解，提高CAM数控自动编程能力。
自立专题：学生自立数字化设计与制造技术方面专题，并由指导教师审定批准。
“项目实践”的教学内容是完全开放的，从大的项目专题来说，学生可以自行设立，另一方面，就某一特定专题，我们也鼓励学生自主选择具体实践对象。比如在“逆向工程RE产品快速开发”中，学生可选择形状特点各异的产品，选择适合特定产品的方法（接触式或者非接触式）进行测量，然后根据特定产品的性能要求选择一种快速成型机（SLS或者FDM）进行产品的快速加工。
（2）教学过程。实践教学需要学生具备一定的专业理论基础知识，但是学生在前期专业基础课及专业课程的学习中，往往偏重于本课程及理论的学习，不太关注知识之间的关联性，不能融会贯通地应用于产品的开发过程中。为此，在时间上，可将“项目实践”教学内容提前布置，但提前多少时间及以何种方式布置，需要进一步研究。
为此我们进行了座谈和广泛调研，最后确定了以下方案：即在学生进行专业基础课的学习之前，也就是在大三上学期就向学生布置“项目实践”教学内容，集中２个课时向学生介绍相关情况，并指导学生利用课余时间收集项目素材、进行“项目实践”选做专题的初选。例如，学生如果对“CAE分析与模拟”这一专题比较感兴趣，则就要求其在专业理论课程学习时，了解CAE分析的基本方法及种类、掌握软件选型，然后利用课外时间检索资料进行CAE分析对象即具体产品的确定，熟悉产品功能、学习软件操作，对上述内容有一个比较好的储备后，再来进行一周的“项目实践”时就能更专注于产品功能实现及工艺方面的创新性。为检查学生专题选择和准备情况，我们要求其在“项目实践”前两周递交规定格式的预习报告，而后，指导教师再根据学生选题情况和实验室接受能力统筹规划、具体安排。
（3）教学环境。演示实验提供了数字化设计与制造技术知识的广度，而“项目实践”则提供了一定的深度。学生可以通过观看一定数量和范围较广的演示实验来增加感性认识和巩固课堂所学知识，但要对某项技术有比较深刻的理解就必须通过亲手实践，但是要求每个学生亲自完成所有的项目，无论从工业中心实验室的接受能力还是学生的时间精力都是难以想象的，所以在教学环境的开放方面，我们采取了将专业课程学习中的单科演示实验、综合型演示实验与“项目实践”相结合，学生在工业中心看到的可能就是“项目实践”课程要亲手做到的，这样就能对专业课程的学习、综合型实验环节的完成和“项目实践”课程起到互相补充、双向促进的作用。
3.师生角色的主体转换研究
在“项目实践”教学过程中，如何提高学生的主动性、激发学生的创新性，如何使教师不断完善充实自己并高效完成教学任务，也是我们研究的重点。传统的教学过程中，教师布置实践内容，并定期就出现的问题做辅导和答疑，学生按部就班的完成实践内容，最后提交实践报告和电子文档，基本属于教师主动、学生被动的教学模式，不利于培养学生的实践能力和创新精神。
因此在“项目实践”教学过程中，传统的师生角色的主体必须进行一定的转换，要采取一定的规范方式使学生真正转换为主体，在实践过程中摆脱依赖性，体现更多更丰富的创造性，而教师则更注重于学生实践过程中的创新性检查和启发性指导。我们采取了以下两项措施。
第一，在“项目实践”教学过程中只给出要求和目的，给出实验仪器的操作说明书，完全采用启发式教学，调动学生学习的主动性和积极性，从而提高教学质量和教学效果。例如在“项目实践”专题的选择以及产品的确定上，都没有做具体的规定，而是提前布置以便让学生有充裕的时间，进行主动独立的思考。
第二，帮助学生逐步过渡到基于问题的学习方式。机械专业学生在结束专业基础课程学习之后，要进行毕业设计。毕业设计中遇到的问题往往是生产实际中的问题，是没有标准答案的技术问题，没有标准答案及现成的解决步骤，因此成功的实践教学应该引导学生采取基于问题的学习方式，使其在具备一定的理论知识和实践经验的基础上，形成独立发现问题、描述问题和解决问题的能力。
4.开放式实践项目质量的控制及评价体系的研究
开放式实践项目质量的评价是比较复杂的，不能以一种单一的方式来完成。为此，我们采取了以下三种方式，即分组陈述、个人陈述和实践报告相结合。
专题项目分组陈述中，要求每个小组的学生代表介绍本组成员项目完成情况，展示设计或开发产品，陈述本组项目完成过程中的共性问题及解决方法。
在个人陈述中，则要求每个学生就自己在项目完成过程中的个性问题及解决方法做简要说明。
在实践报告中，要求学生提出专题项目的思路及主要创新点，深入分析研究自己设计或加工的结果，分析研究产品设计、加工质量问题或其他技术问题，详细说明解决方法，并提出个人的体会及改进意见。
实践指导教师根据学生预习报告、平时的考勤情况、进度记录及上机操作水平、实践报告撰写和完成产品质量给予综合的成绩评定。
三、结束语
通过先进制造技术带动制造业的发展是大势所趋，体现在机械类专业学生的培养上，应在课程教学尤其是实践教学整个过程中，贯穿某一典型实践项目的完成与实施，即完成一个机电产品的设计制造全过程，以培养适应时代要求的学生的创造力和执行力。而本文的研究正好体现了这一点，就“产品数字化设计与制造项目实践”教学形成了切实可行的实施方案，提高了学生的应用数字化设计与制造技术解决实际问题的能力，以促进学生更好就业。
参考文献：
[1]陈善勇,等.“回归工程”背景下的《数字化制造技术》研究生课程改革探索[J].高等教育研究学报,2009,32(S1).
[2]马有良,等.《数字化设计与制造》综合实验课程的探索[J].实验科学与技术,2007,5(4).
（责任编辑：苏宇嵬）