基于工作過程系統化的自動化制造系統課程教學探索

劉保軍 于楚泓

摘? 要：采用基于工作過程系統化的教學組織方法，《自動化制造系統》課程以理論、實驗、實習、設計任務等多種形式開展教學，以工作任務為載體、通過由簡單到復雜的多種學習情境構成的不同工作過程的不斷遞進深入學習，學生按照“資訊-決策-計劃-實施-檢查-評價”的全過程進行訓練，逐步豐富知識、增強技能，工學結合激發學習熱情，學生的應用能力得到有效提高。

關鍵詞：自動化制造系統? 工作過程系統化? 應用能力? 學習情境

中圖分類號：G712.3 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（b）-0131-04

Exploration of Course Teaching of Automation Manufacturing System Based on Working Process Systematization

LIU Baojun? YU Chuhong

（Zhongshan Institute， University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan， Guangdong Province， 528402 China）

Abstract： Via teaching organizing method based on working process systematization， the course of Automation Manufacturing System is developed in many kinds such as theory course， experimental course， internship and design project. With working duty as carrier， different working process constructed in series of learning circumstances from single to complicate are gradually introduced step by step. Students are trained according to the whole procedure of "Information-Decision-Plan-Implement-Check-Evaluation" to take plenty of knowledge and technique， and are inspired by work-study combination， and their application capability are effective improved.

Key Words： Automation manufacturing system; Working process systematization; Application capability; Learning circumstances

2015年國務院發布了《中國制造2025》戰略規劃，中國制造業發展更加迅猛，企業對自動化制造系統的需求越來越旺盛，對應用型人才的要求更高、需求更加迫切。在應用型本科高校，《自動化制造系統》課程是機械類專業學生繼專業基礎課程學習之后的一門極具綜合性、注重應用性的專業核心課程，強調理論與實踐的有機結合，旨在培養學生掌握自動化制造系統的概念、分類、組成與特點，以及自動化制造系統和生產線的系統規劃、自動化單元的設計、分析及優化運行的基本理論和方法，符合新形勢下提升企業自動化生產能力和水平、減員增效并提高產品質量的需求和發展趨勢，為學生將來從事相關的設計、生產、運行、管理等工作奠定良好的基礎。

在該應用型課程建設過程中，基于OBE能力導向的指導思想，采用基于工作過程系統化的教學方法[1]，通過理論課堂、實驗實訓課、企業實習、設計任務等多種教學形式，對典型生產線系統等課程有關知識內容進行解構與重構[2]，并以模擬真實工業環境的柔性制造自動化生產線系統開展實驗實訓來激發學生的學習興趣;通過校企合作產學協同育人機制，學生前往自動化生產設備制造企業開展參觀和生產實習，激發其學習潛能;最終通過設計工作任務為引導，學生重構知識開展設計任務，提升其綜合應用能力。課程教學實現工學結合、知行合一、“做中學”，達到了良好的教學效果。

1? 課程的總體體系設計

按照教學形式劃分，本課程包括理論部分、實驗實訓部分、企業實習和課程設計部分。

按照自動化制造行業的特點和需求進行分析，根據工作過程系統化的思想，以工作任務為載體，重構《自動化制造系統》課程的理論課程體系如圖1所示。

理論課程部分緊緊圍繞以工作任務為載體，分別以零件加工、物料輸送、檢測自動化、工業機器人、裝配自動化、總體系統等6個學習情境開展、由簡單到復雜并逐步深入，每項任務都按照工藝分析（需求）、設備選?。嬎迹?、加工特點（設計）、分析、總結等步驟來展開。每個學習情境都是一個完整的工作過程[3]。

課程的實驗實訓部分以模擬真實工業環境的柔性制造自動化生產線為依托，實踐環節的課程訓練體系重構如圖2所示。就整套實踐設備而言，包括有搬運單元、操作手單元、供料單元、提取安裝單元、檢測單元、立體儲存單元、加工單元、分揀輸送單元、AGV運輸單元等多個單元，各單元通過通信技術、現場總線技術和生產管理系統構成一套完整的柔性自動化生產線系統。各單元雖然功能不同，但都可以通過結構與功能分析、機械及氣動元件安裝與調試、氣動控制原理分析與裝調、電氣系統分析與裝調、控制程序設計分析等來深入分析，因此實踐課程根據課時需要，僅在課內對搬運單元、提取安裝單元兩個典型單元作為學習場景進行分析，而其他由同學們在課余利用開放時間自主學習;然后以雙單元協調工作任務為實訓學習情境三，講述PPI通信技術與兩個單元的聯機調試;進而再以整條自動化生產線系統的聯機調試作為實訓學習情境四講解現場總線技術、MES生產制造管理系統等，并全面分析FMS柔性制造系統的架構和特點。

企業實習部分以學生在本地自動化生產設備的領先企業廣東碩泰智能裝備有限公司等企業開展企業跨界課堂，由企業技術人員根據工作任務來講解和剖析，實現工作任務課程化。

課程以設計任務的形式取代卷面考試，按照工作任務導向法要求學生完成實現加工、搬運、分揀、檢測、倉儲等某種具體生產任務的自動化生產制造裝置的構建和設計，達到知識重構、能力提升的目的，培養其實際的設計和應用能力。

2? 教學內容確定

2.1 教學目標

《自動化制造系統》作為應用型人才培養試點本科院校重點發展專業的專業核心課程，遵循《高等學校本科專業類教學質量國家標準》的要求，按照專業工程認證的精神，確定好課程的知識、能力和素養的培養目標，如表1所示。

2.2? 教學形式

基于工作過程系統化的教學方法，需要打破傳統的教學形式，并對課程的知識和技能進行解構和重構[4]。

本課程的四大類課程形式，涵蓋了基于行動體系的理論知識講授、模擬真實工業環境并具備典型特征和要素的柔性制造自動化生產線實驗實訓訓練、校企合作產學育人的企業真實現場環境的參觀和生產實習、工作任務導向的知識重構的課程設計四大環節。上述四個環節逐步遞進，從理論到模擬實踐、再到真實場景，最后再進行設計性的總結提升，學生的興趣和專業能力在不同的場景下逐步加強和提升，其未來適應職業工作的能力顯著增強。

2.3 講授方式

針對課程的四種不同形式，教學講授方式也不盡相同，各有差異和特點[5]。

就理論課堂講授而言，改變傳統的教師一言堂形式，轉而采用以學生為主體、教師為引導的啟發研究式教學，課堂上在教師的引導下，對照工作任務的要求，按照工藝分析、設備選取、工作特點、分析、總結的總體步驟逐步展開，學生們可以以個人、小組等形式進行發言、討論和辯論，從而激發學生作為學習的主體的作用;在此過程中，教師要注意作為課程的引導者，保證課堂的有序和講授內容的有序推進。每次課教師會提出下次課的內容、要求等組織學生在課前通過觀看相關視頻、動畫、PPT等教學資源，學生了解課程的主要內容。理論課堂重點在于通過啟發研究式教學的課堂教學設計，激發學生的學習興趣，創造學生“樂學”、師生互動的良好氛圍，同時給學生以足夠的思考空間，鍛煉其問題解決能力，養成“勤思”的好思維習慣。

對于實驗課程而言，課堂在模擬真實工業環境并具備典型特征和要素的柔性制造自動化生產線上實施實訓，采取教師講解工作原理與示教、學生實踐訓練的形式開展;學生課前通過視頻、動畫、PPT、實訓實踐指導書等了解實踐內容。教師在對相關工作任務單元的工作原理、組成、特點、工作流程等簡單講解和示教后，學生在圍繞工作單元開展包括實踐訓練，機械結構分析與裝調、液壓與氣壓傳動控制系統的分析與裝調、電氣控制系統分析與裝調、可編程控制程序的設計分析與調試等，強調工程實踐技能的訓練和培養。實踐教學重點在于訓練學生對典型自動化單元的設計、分析與掌握，通過實訓提高實踐應用能力，提供學生實現“善行”的基本環境。

對于企業實習環節，通過校企合作、產學育人在業內知名自動化制造企業的真實現場環境開展生產實習，在此環節中學校教師和企業教師共建跨界學堂，以企業技術人員為課堂主講，以企業的工作任務為載體，實現校企合作的工作任務課程化，學生在真實的職業工作環境中學習，克服學習惰性，提高工作熱情，起到以實踐帶領理論學習的作用，寓知識學習于實踐實習過程中，以“做中學”達到理實一體化的目的。企業實習是為學生提供認知企業、了解職業崗位需求的重要環節[6]，也是學生認識“善行”重要性的關鍵環節。

課程以設計任務取代傳統的期末試卷考試形式，設計工作任務由教師布置，或者學生自擬、師生共同協商確定，設計過程以學生的課外自主學習形式開展，學生根據工作任務的要求，按照“資訊-決策-計劃-實施-檢查-評價”的全過程完成實現某種生產任務的自動化生產制造裝置的構建和設計，實現知識的靈活重組和構建，打造其應用設計能力。課程設計環節重點在于綜合訓練學生靈活重構知識的設計和應用實踐能力，即實現“活用”的目標。

3? 課程考核方式

由于本課程的教學形式多樣化，所以考核也為不同教學形式的學生考評成績的綜合評價，根據課時安排，理論、實驗與設計任務的比例分別為30%、40%、30%;理論課以過程考核成績為主（包括課堂表現15%、工作任務參與情況15%），實驗環節包括有過程考核成績（20%）和報告的完成質量（20%）。設計環節則以完成設計任務的質量來進行評分。實習環節作為本課程的有效延伸，開展獨立的生產實習任務實踐和考評。

4? 教學活動成效

基于工作過程系統化的教學組織方法，理論課堂逐步實現了教學任務工作化，學生帶著任務來學習，學生的學習積極性、主動性顯著提高;而校內實驗實訓環節、企業實習環節則實現了“工作任務課程化”，學生們更加明晰實踐任務的目標和理論依據，學習潛力得以激發，動手積極性更高。在教學過程中，教師與學生角色逐步從手把手、牽著手、放開手上升為育巧手，而學生的能力水平也從生手變熟手、高手練成了巧手。學生們在智能制造設計大賽等取得一等獎的優異成績，就是能力提升的有力佐證。

隨著學生們的積極主動學習和參與，教師在實習實訓中的工作強度降低了，但要解決學生所提的各種問題，對教學的工作能力要求更高，教師的課前準備工作也要求更充分。

5? 結語

課程教學的探索實踐表明，課程采用理論、實驗實訓、企業實習、設計任務等多種教學形式，遵循“工程過程系統化”的課程開發原則，實現了“教學任務工作化、工作任務課程化”，學生們的設計和實踐應用能力明顯提高，達到了良好的教學成效。

參考文獻

[1] 姜大源.工作過程系統化課程的結構邏輯[J].教育與職業，2017（13）：5-12.

[2] 姜大源.職業教育要義[M].北京：北京師范大學出版社，2016.

[3] 王春峰，朱方園，段向軍.基于工作過程系統化的高職機電專業課程體系開發與實踐[J].中國教育技術裝備，2020（5）：114-116.

[4] 明安卿，張永鋒，周仁斌.基于工作過程系統化的專業課程開發與實踐[J].科技資訊，2015，13（15）：154-155.

[5] 徐明.基于工作過程系統化的《績效與薪酬管理實務》課程改革研究[J].現代經濟信息，2019（20）：409.

[6] 陳越超，張鳳濤，張婧.新工科背景下地方高校機械專業人才培養模式研究[J].科技資訊， 2018，16（23）：203-204.