龐軍
摘要:目前金屬切削原理及刀具課程教學中普遍存在知識點關(guān)聯(lián)性較差、學生學習興趣不高等問題,本文探討將反思問題解決教學法引入該課程教學中,提高學生對切削加工中綜合分析金屬切削變形、切削力及切削熱和刀具磨損及刀具耐用度的能力.本文對其具體實施過程進行闡述,實踐結(jié)果顯示,學生逐漸形成了由被動到主動,從單一知識點集成為知識體的新學習方法,反思問題解決法的應(yīng)用提高了學生的課程學習興趣,激發(fā)了學生的學習主動性.
關(guān)鍵詞:反思問題解決;金屬切削;刀具;教學方法
中圖分類號:G642.4? 文獻標識碼:A? 文章編號:1673-260X(2019)04-0153-03
1 引言
金屬切削原理及刀具[1,2]是機械制造方向一門必修的專業(yè)主干課程,是現(xiàn)代機械制造和國防工業(yè)中廣泛采用的重要去除材料加工方法之一,尤其適用于對精度和粗糙度要求較高零件的精密加工[3].課程內(nèi)容涉及金屬切削變形、切削力、切削熱、刀具磨損、刀具耐用度以及加工質(zhì)量等方面.其涉及知識內(nèi)容具有很強的關(guān)聯(lián)性、連續(xù)性和綜合性[4],單獨就某一方面知識進行講授,學生普遍反映概念繁多,公式繁瑣,原理應(yīng)用難度較大,課程實踐性較強,是一門多因素綜合性學科.應(yīng)用型本科院校從實踐角度出發(fā),培養(yǎng)應(yīng)用性技能型人才,要區(qū)別于職業(yè)院校,單純的改善教學條件,培養(yǎng)學生的學習興趣,運用案例教學,提高學生的分析問題的能力[5],有一定的層次差距.將項目教學法應(yīng)用在數(shù)控加工一體化教學課改中,通過教學案例分析,闡述了如何在數(shù)控加工一體化教學中應(yīng)用“項目教學法”進行教學[6],項目教學法應(yīng)用在金屬切削原理及刀具課程中將會缺乏對整個系統(tǒng)知識的綜合梳理.通過對“零件的數(shù)控車削加工”一體化課程教學改革的做法和經(jīng)驗進行總結(jié),闡述了課程改革的必要性、課程改革的理念、課程改革的具體實踐方案[7],從零件加工質(zhì)量考慮加工工藝,應(yīng)用到本科生課改中,缺乏對金屬切削去除材料機理系統(tǒng)理論研究.為了突出應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標,以現(xiàn)場實踐和啟發(fā)式與討論式教學居多,使得學生更易對知識點進行掌握[8,9].針對本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)[10],結(jié)合金屬切削原理及刀具課程性質(zhì),本文提出了反思問題解決法,從產(chǎn)品加工質(zhì)量,由單因素到多因素,由簡單到復雜,由逐一到耦合,系統(tǒng)學會運用與分析課程中金屬切削變形、切削力、切削熱、刀具磨損、刀具耐用度等知識,以切實提高應(yīng)用型高水平人才培養(yǎng)的質(zhì)量.
反思問題解決法是一種由項目驅(qū)動法延伸的教學模式[11],以構(gòu)建學習理論為基礎(chǔ)拓展知識點,在教學過程中結(jié)合問題,反推和引導學生自主思考,讓學生從問題中思考,帶著實踐結(jié)果,在新工科教育模式改革背景下[12],從新審視去除加工的工藝性、合理性及時效性,試圖尋求更高效更優(yōu)質(zhì)的加工方法與工藝.通過改革性實踐,將反思問題解決法引入到金屬切削原理及刀具課程中,引導學生課堂上由被動到主動,從全盤接受到批判吸收,從質(zhì)疑到認可,該課程改革探索了一條新教學思路,并收到良好效果.
2 金屬切削原理及刀具采用反思問題解決法的必要性
金屬切削原理及刀具是機械制造專業(yè)方向的綜合性較強專業(yè)課程,融合機械制造工藝學、材料成型基礎(chǔ)、材料力學等多門課程知識于一體的課程.開設(shè)這門課程的層次不一,有技能型的職業(yè)院校,有應(yīng)用型的本科院校,更有研究型的科研院所.這些層次教育目的性不同,造成學生對所用的理論基礎(chǔ)相差較大,整體目的性不強,就應(yīng)用型本科院校,所采用的反思問題解決法較好地映襯出應(yīng)用型人才培養(yǎng)的全面性.
反思問題解決法,強調(diào)以常見去除材料加工質(zhì)量結(jié)果為依據(jù),即“問題”,通過分析影響加工質(zhì)量因素為思考點,即“反思”,尋求改善加工質(zhì)量的新方法,即“解決”.重新認識金屬切削原理及刀具在去除材料加工中所選擇的依據(jù),即切削原理與刀具選擇.通過反思問題解決法使得學生對去除材料加工方法的認識,由抽象到具體,由多因素到主因素,獲得分析該課程的新學習方法.
該課程理論課時為32課時,實踐課時6課時,結(jié)合先進制造實踐2周課時,使得反思問題解決法在金屬切削原理及刀具課程中得到較好應(yīng)用.關(guān)芳芳等[13]以大工程教育理念為指導,將課程和實踐的教學內(nèi)容進行整合和優(yōu)化,調(diào)整為數(shù)控機床及刀具系統(tǒng),增加了實踐教學內(nèi)容,減少了總課時,并將先進的教育教學理念和教學方法引入到各個教學環(huán)節(jié).結(jié)合滁州學院人才培養(yǎng)特征,前期通過1/3理論課時的講授,串聯(lián)各章節(jié)主要知識點,初步了解課程的連貫性、邏輯性和相關(guān)性,制定零件加工的實驗實習內(nèi)容,進行為期2周的先進制造實踐課程鍛煉,再重返課堂,以探討式互動課堂為主,有針對性的通過分析各組加工零件質(zhì)量,反思金屬切削過程中各因素及其影響,結(jié)合前期實踐分析后可提出新工藝新方法,再通過課程實驗進行驗證.
反思問題解決法,將每一章看似孤立的知識點,通過對加工質(zhì)量影響的主次性、關(guān)聯(lián)性和時效性等等,系統(tǒng)地構(gòu)成了分析金屬切削過程的知識體.引出了學生求知解決問題的欲望,通過反思將課程所需要掌握的知識點串聯(lián)成知識體,系統(tǒng)全面的呈現(xiàn)出來.
3 反思問題解決法在金屬切削原理及刀具教學中的實施
3.1 確定以知識體為主線的課程目標
金屬切削原理及刀具是滁州學院機械專業(yè)專業(yè)核心課程之一,對學生綜合能力培養(yǎng)起著重要的支撐作用.制定課程學習目標必須兼顧理論知識點學習和實踐能力鍛煉,因此,從應(yīng)用型人才培養(yǎng)角度出發(fā),以簡易之處見真理的出發(fā)點,結(jié)合反思問題解決法教學特征,制定實踐內(nèi)容進而通過分析獲悉知識點的目的.鑒于實踐環(huán)節(jié)及設(shè)備局限性,將課程學習人數(shù)分為若干組,平均以4人為一組.以三個出發(fā)點為依據(jù),第一,加工對象材料分為塑性材料和脆性材料;第二,加工刀具材料不同加工相同質(zhì)量技術(shù)指標參數(shù);第三、以干切削為主.反思問題解決法在金屬切削原理及刀具教學中的實施如圖1所示.
3.2 設(shè)計以加工單一工序為任務(wù)
根據(jù)金屬切削性能特征,兼顧學生真正意義上接觸具體實踐環(huán)節(jié)操作,以體現(xiàn)出相應(yīng)知識點為觸點,后期通過分析改進加工工藝,進行驗證試驗獲取知識體為目的,設(shè)計加工工藝以單一形式為主,加工工序主要設(shè)計加工直槽,銑平面,銑直角,加工圓柱面等.所遴選的項目是模擬學生在實習期對機床的結(jié)構(gòu)、操作等學習設(shè)計,通過對簡單加工面,易于分析表明質(zhì)量參數(shù)的工藝為主,利于學生認識加工質(zhì)量的優(yōu)劣性,有助于后期對加工工藝的分析.
3.3 改變加工環(huán)境分析加工質(zhì)量
依據(jù)三個出發(fā)點,對加工環(huán)境進行改變,利用正交試驗方法,加工出多個樣本零件.相同加工刀具在干切削環(huán)境下,切削塑性材料和脆性材料,掌握兩種材料的切削性能,同時通過切屑形狀等分析刀具使用情況,尤其對塑性材料切削過程中切削熱對加工質(zhì)量的影響;不同刀具在相同材料進行干切削加工過程中,刀具使用壽命不同,分析刀具切削過程中所產(chǎn)生的切削力分布情況,進而確定影響刀具耐用度的因素.
通過改變加工環(huán)境,一是有助于學生對實踐的熟練掌握,二是獲取多個試驗樣本進行分析,對加工質(zhì)量進行反思,通過自主學習運用知識點對試驗結(jié)果進行分析.
3.4 驗證新工藝確定加工主次影響因素
通過上述改變加工環(huán)境和正交試驗,分析對加工質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素,設(shè)計適用于相應(yīng)材料相應(yīng)刀具進行加工的新工藝,制定新的試驗方法,并對試驗結(jié)果進行預測.
采用“先做后學”的方式來設(shè)計入門學習情境的教學環(huán)節(jié),以降低學習的難度,引導學生入門并發(fā)揮主動學習的能力.試驗中采用“分組實施”的方法,更是給每個學生獨立在試驗中擔任各種角色,每位學生一臺實際加工設(shè)備,實行輪換操作、分工合作;可擔任生產(chǎn)主管、工藝員、編程員、操作員、質(zhì)量檢驗員,進行分工協(xié)作,培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神以及合作和交流能力,提升學生的職業(yè)素養(yǎng).
值得強調(diào)的是要確定新工藝中對加工質(zhì)量的主次影響因素,具有針對性的對后續(xù)驗證性試驗進行測試,是檢驗自己對知識掌握程度,以及分析的正確性,通過反思重新對書本知識進行再次認識,從實踐中提高對金屬切削原理及刀具課程的認識與升華.
3.5 總結(jié)梳理知識點為知識體
在反思問題解決法教學過程中,始終貫穿以學生為主體、教師主導的原則來實施理實一體化教學,實施過程中理論與實踐反復交互進行,有助于對知識的深刻理解.教師教授學生機床操作,在機床使用過程中由教師“手把手”進行講解,學生對知識進行簡單復制;教師提供可參考的試驗輪廓,并逐步減少示范操作,而學生的自主學習逐步增多,讓學生根據(jù)所需要學習的知識點設(shè)計試驗方案,這樣不僅能培養(yǎng)學生的職業(yè)技能,還能培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力.
4 總結(jié)
反思問題解決法教學實踐表明,盡管在一定程度上削減了課堂理論知識的學習,但從學生學習情況看,對金屬切削原理及刀具課程知識點的掌握有增無減,該課程教學改革提高了學生的學習積極性,增強了學生對機床知識模塊的學習興趣,大大提高了教學質(zhì)量,學生的技能水平以及理論知識和自主學習能力相比以往有了較大的提升.反思問題解決法在實施過程中未減少必需的教學內(nèi)容,主講教師能夠合理制定教學計劃,在規(guī)定的時間內(nèi)有效完成理論教學任務(wù).
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