辛培防　向光波　樊利芳　裴雅晴

摘 要：本文側(cè)重對(duì)《特種加工技術(shù)》課程內(nèi)容的前沿性、綜合性、實(shí)用性及專業(yè)性等特點(diǎn)，為避免課堂教學(xué)出現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥乏味的現(xiàn)象，結(jié)合自身多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前課堂授課過程中存在的問題，提出課堂教學(xué)方法的幾點(diǎn)思考，進(jìn)一步提升學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)教學(xué)大綱規(guī)定的預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，為機(jī)械制造技術(shù)相關(guān)的課堂教學(xué)提供一定的教學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：特種加工技術(shù) 課堂教學(xué) 教學(xué)方法

1 引言

20世紀(jì)以來，人類社會(huì)隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)跨越式的發(fā)展到知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。全球經(jīng)濟(jì)正處在一個(gè)動(dòng)態(tài)的變革期間，制造業(yè)面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)；世界各國越來越重視加工制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，紛紛提出了各項(xiàng)應(yīng)對(duì)政策：“美國提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、德國提出“工業(yè)4.0”中國也提出了“中國制造2025””[1]。為了滿足在高溫、高壓、高速、重載、強(qiáng)腐蝕等苛刻環(huán)境工況條件下的工作要求，某些裝備和機(jī)載設(shè)備上大量采用了新工藝、新結(jié)構(gòu)、高精度、新材料和復(fù)雜形狀的精密零件，這些零件采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法難以達(dá)到加工精度要求；因此，新型特種加工方法應(yīng)運(yùn)而生，并被廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、醫(yī)療、航空及軍事中[2]。

電火花加工是蘇聯(lián)拉扎連科夫婦受到開關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕破壞的生活現(xiàn)象啟發(fā)，進(jìn)而開創(chuàng)了特種加工的歷史。特種加工技術(shù)是將電能、光能、熱能、聲能、磁場(chǎng)能及化學(xué)能和機(jī)械能直接施加或通過按規(guī)則排列組合后施加到被加工毛坯件的部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料的去除或鍍覆或材料改性的特種加工方法[3]?！短胤N加工技術(shù)》的課程涉及加工、工藝分析、工程材料、編程程序、化學(xué)原理、電工電子理論知識(shí)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多門學(xué)科交叉融合的綜合類課程體系，其課程內(nèi)容比較晦澀抽象[4-5]。因此，授課教師的知識(shí)面要求相對(duì)全面；同時(shí)，學(xué)生要具有一定相關(guān)專業(yè)課及基礎(chǔ)課知識(shí)的理論基礎(chǔ)。該課程內(nèi)容包含電火花成型加工（EDM）、線切割加工（WEDM）、電解/電鑄/涂鍍加工（ECM/EFM/EPM）、激光/電子束/離子束加工（LBM/EBM/IBM）、超聲/射流加工（USM）及光敏樹脂固化/粉末燒結(jié)/薄片疊加/熔絲堆積成型技術(shù)（CHP/SLA/SLS/LOM/FDM）和復(fù)合加工；本課程要求學(xué)生掌握各種加工技術(shù)的工藝原理、基本性能特點(diǎn)、適用范圍以及配套機(jī)床設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和作用；同時(shí)，課程額外增加了“拓展提高”部分知識(shí)，便于學(xué)生課后對(duì)該部分知識(shí)進(jìn)行拓展和鞏固。

《特種加工技術(shù)》作為機(jī)械及機(jī)電專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，基于學(xué)校高水平應(yīng)用型人才的目標(biāo)培養(yǎng)方案：“以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)和靈活思維能力，拓寬學(xué)生除傳統(tǒng)機(jī)加方法以外的特殊加工手段的掌握為最終目標(biāo)”。面向本校機(jī)械工程學(xué)院21級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、21級(jí)機(jī)電一體化技術(shù)及21級(jí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)開設(shè)本門課程，通過對(duì)該課程的課堂授課和校內(nèi)數(shù)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的案例實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生可以真正掌握和理解常用特種加工方法工藝的理論和規(guī)律，做到根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以正確制定合理工藝方案并正確編寫加工程序的水平；此外，要求學(xué)生必須具備一定的實(shí)際動(dòng)手操作能力。因此，本文結(jié)合我學(xué)院機(jī)械制造自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)及《特種加工技術(shù)》課程教學(xué)過程存在問題，就如何進(jìn)一步完善課堂教學(xué)方法及達(dá)到高效高質(zhì)的教學(xué)效果，需要從課程的教學(xué)模式、教學(xué)方式以及實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)等方面進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，為機(jī)械專業(yè)同行的課程教學(xué)提供參考，以期進(jìn)一步提升課堂教學(xué)的質(zhì)量和效能。

2 課程特點(diǎn)

《特種加工技術(shù)》的課程涉及加工、工藝分析、工程材料、編程程序、化學(xué)原理、電工電子理論知識(shí)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多門學(xué)科交叉融合的綜合類課程體系，其知識(shí)體系結(jié)構(gòu)新穎、運(yùn)用理論有一定深度、涉及知識(shí)面廣泛等特點(diǎn)，而且同類相關(guān)課程基本上都是在講解各特種加工方法，相互章節(jié)間相關(guān)性不大，基本獨(dú)立。具體可以總結(jié)為以下兩個(gè)方面：

1、理論涉及知識(shí)面廣泛。特種加工是一門涉及知識(shí)面非常廣泛的課程，既涉及力、熱、聲、光、電等基本物理知識(shí)，又包含機(jī)械設(shè)計(jì)、公差與互換性、機(jī)械制造工藝、數(shù)控加工技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，需要學(xué)生具備較為寬廣的基礎(chǔ)理論知識(shí)。

2、工程實(shí)踐性強(qiáng)。特種加工課程是一門與工程實(shí)踐密切結(jié)合度很高的實(shí)踐課程，只有不斷實(shí)踐反復(fù)印證理論基礎(chǔ)知識(shí)，才能真正掌握不同加工對(duì)象、不同加工工況所需要的特種加工方法，進(jìn)而在以后步入該行業(yè)后才可以快速掌握基本知識(shí)并提升工程實(shí)踐的操作技能，真正做到學(xué)以致用。

3 課堂教學(xué)中存在的問題

1、課程內(nèi)容抽象，學(xué)習(xí)興趣的持續(xù)性差。由于《特種加工技術(shù)》課程內(nèi)容章節(jié)間關(guān)聯(lián)性不大、教學(xué)內(nèi)容跨度較大、基本工藝規(guī)律較為抽象難理解、知識(shí)點(diǎn)繁雜；并加之本課程所涉及的能量來源、工藝方法、加工機(jī)理與傳統(tǒng)機(jī)械加工手段截然不同，絕大部分學(xué)生從來沒有接觸過，內(nèi)容相對(duì)枯燥；同時(shí)，本學(xué)期授課對(duì)象為21級(jí)機(jī)械類、機(jī)電類專業(yè)的?？瓢鄬W(xué)生，學(xué)習(xí)能力和基礎(chǔ)相對(duì)較弱。因此，本課程起始階段學(xué)生們出于對(duì)知識(shí)點(diǎn)的缺乏和好奇而具有很高的聽課興致；但隨著課程的逐漸深入便覺的授課內(nèi)容索然無味，總感覺所學(xué)知識(shí)距離他們很遙遠(yuǎn)，學(xué)習(xí)興趣陡然下降甚至喪失，進(jìn)而有了“得過且過、考試及格”的想法。當(dāng)然，課程涉及的技術(shù)理論與原理深反而是影響大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高漲的一個(gè)普遍現(xiàn)象，如何在這種局面下帶動(dòng)學(xué)生具有持續(xù)的高效的學(xué)習(xí)興趣是我們高校教學(xué)中需要面對(duì)和亟需解決的一個(gè)難題。

2、教學(xué)方法單一，學(xué)時(shí)較少。以我校機(jī)械工程學(xué)院《特種加工技術(shù)》為例，該課程本學(xué)期共設(shè)置24學(xué)時(shí)：教學(xué)20學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。目前，上課普遍采用多媒體課件輔助相關(guān)圖片、視頻等資源，仍然沿襲傳統(tǒng)的填鴨的授課方式；學(xué)生被動(dòng)的接受專業(yè)知識(shí)，主動(dòng)思考能力慢慢減弱，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)過程中難以形成深刻的理性認(rèn)知和感性認(rèn)識(shí)。在日前寬口徑人才培養(yǎng)模式下，由于課程有限的教學(xué)學(xué)時(shí)和特種加工技術(shù)的持續(xù)更新，導(dǎo)致課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配存在較大的不合理性；較少的教學(xué)學(xué)時(shí)使得采用傳統(tǒng)教學(xué)模式很難高效完成全部的教學(xué)任務(wù)，更難以取得良好的教學(xué)效果。如何優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和有限學(xué)時(shí)合理分配的方案是當(dāng)前特種加工技術(shù)教學(xué)過程需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)方面。

3、實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足，實(shí)驗(yàn)操作不充分。《特種加工技術(shù)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，理論源于實(shí)踐同時(shí)也指導(dǎo)實(shí)踐，只有反復(fù)的實(shí)驗(yàn)操作才能真正掌握該項(xiàng)加工技術(shù)。但是，特種加工技術(shù)涉及EDM、WEDM、ECM/EFM/EPM、LBM/EBM/IBM、USM、CHP/SLA/SLS/LOM/FDM等多項(xiàng)特種加工技術(shù)?？紤]到多數(shù)高校教學(xué)設(shè)備經(jīng)費(fèi)有限和特種加工設(shè)備高昂的價(jià)格，學(xué)基本不可能配備齊全的實(shí)驗(yàn)設(shè)備；僅有少量的特種機(jī)床設(shè)備供學(xué)生進(jìn)行以點(diǎn)帶面的分組推薦單人演示實(shí)習(xí)，無法實(shí)現(xiàn)每位學(xué)生都可以親自動(dòng)手參與操作；導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)“親自操作的體驗(yàn)感缺乏、動(dòng)手能力進(jìn)一步弱化、教學(xué)內(nèi)容的深刻理解度降低”的問題。

綜上所述，為提升課堂授課質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果，迫切需要對(duì)《特種加工技術(shù)》課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，確保為進(jìn)一步培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供重要保證。

4 課程教改探索

針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)過程中被動(dòng)灌輸式學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備有限、聽課效果不佳和教學(xué)效果差等部分問題，結(jié)合鄭州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院數(shù)控實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有機(jī)床資源；建議采用以下教學(xué)手段為學(xué)生提供一種沉浸式、體驗(yàn)式和互動(dòng)式的教學(xué)方法，進(jìn)而提高本課程的教學(xué)效果和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1、面向?qū)W習(xí)目標(biāo)的小組教學(xué)模式。教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生主導(dǎo)思考、積極參與，通過教學(xué)反思評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度。具體可按照以下步驟組織學(xué)習(xí)：興趣案例導(dǎo)入-明確學(xué)習(xí)目標(biāo)-前序知識(shí)導(dǎo)入-核心課程參與討論-目標(biāo)問題解決-重點(diǎn)難點(diǎn)總結(jié)。首先，課程教學(xué)過程會(huì)提前根據(jù)授課內(nèi)容在班級(jí)內(nèi)部進(jìn)行合理分組并確定小組代表；其次，小組內(nèi)部的討論和小組間的代表討論，該環(huán)節(jié)也是本模式的核心；最后，綜合分析并指導(dǎo)修正討論最終結(jié)果與學(xué)習(xí)目標(biāo)的偏差。

2、案例啟發(fā)式教學(xué)手段?；趯W(xué)生對(duì)工程案例的趣味驅(qū)動(dòng)，以“冰墩墩3D模型實(shí)物”為案例來講解快速成型技術(shù)，容易引起學(xué)生對(duì)該吉祥物如何設(shè)計(jì)加工制造的思考，進(jìn)而提升學(xué)生學(xué)習(xí)該項(xiàng)課程的興趣和主動(dòng)參與設(shè)計(jì)制造的迫切愿望。該教學(xué)案例的成型步驟如下：首先，利用三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或建模軟件建?；蛲ㄟ^三維掃描設(shè)備建立三維圖形；其次，3D模型轉(zhuǎn)為STL文件和打印路徑確認(rèn)；再次，導(dǎo)入3D模型切片信息和切片路徑；最后，3D打印機(jī)打印并對(duì)粗糙的地方用銼刀進(jìn)行打磨，保證光滑。因此，采用源于生活的案例導(dǎo)入教學(xué)，使學(xué)生對(duì)特種加工快速成型技術(shù)的理解和應(yīng)用更深入到位，可以有效避免學(xué)生出現(xiàn)所學(xué)知識(shí)與特種加工技術(shù)間距離感的現(xiàn)象，提升教學(xué)質(zhì)量和聽課效果。

3、校企聯(lián)合協(xié)同實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)。面對(duì)我院《特種加工技術(shù)》課程配套特種機(jī)床配置數(shù)量有限的情況，需要依托企業(yè)設(shè)備資源優(yōu)勢(shì)進(jìn)行校企聯(lián)合來實(shí)現(xiàn)全員參與實(shí)際操作的過程，有效彌補(bǔ)學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限的短板，鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力。學(xué)生在學(xué)校進(jìn)行基本理論學(xué)習(xí)與工件的理想加工實(shí)訓(xùn)，但在企業(yè)需要對(duì)實(shí)際工件進(jìn)行加工制造；校企聯(lián)合協(xié)同實(shí)踐真正做到“實(shí)踐中學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)中實(shí)踐”的目的，也有效彌補(bǔ)了理論教學(xué)與企業(yè)實(shí)踐之間的偏差，真正做到學(xué)以致用和指導(dǎo)社會(huì)生產(chǎn)的目的，實(shí)現(xiàn)高校和企業(yè)共同培養(yǎng)高技能人才的雙贏局面。

本實(shí)驗(yàn)課題教學(xué)可參照《特種加工技術(shù)》中電火花線切割加工實(shí)驗(yàn)，數(shù)控實(shí)驗(yàn)室配套設(shè)備名稱：數(shù)控線切割機(jī)床；型號(hào)：CTW400TA。在校實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以在我院數(shù)控實(shí)驗(yàn)室按照工件圖紙分析后采用3B手動(dòng)編程的模式F4編寫程序、F7加工預(yù)演、F1x/y手動(dòng)調(diào)整、靠邊定位、加工/高頻開啟、WireON＼PumpON、F8開始加工，最終加工成所需要的形狀；但是，本次程序編寫過程中未考慮鉬絲直徑和放電間隙的影響。通過校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)后，學(xué)生基本掌握線切割加工的基本流程和系統(tǒng)操作，在此基礎(chǔ)上可以與校企合作單位聯(lián)系，讓學(xué)生入場(chǎng)實(shí)訓(xùn)；實(shí)際電火花線切割加工件過程中，編程時(shí)需要充分考慮鉬絲半徑r和放電間隙S的影響，進(jìn)而保證工件加工的尺寸要求。通過校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和企業(yè)實(shí)踐，真正掌握切割加工編程。

4、考核模式的改革。綜合分析學(xué)生學(xué)習(xí)效果，對(duì)比傳統(tǒng)的“考試成績(jī)+平時(shí)成績(jī)+實(shí)驗(yàn)成績(jī)”三段式考核手段，本課程建立高效的考核辦法，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)《特種加工技術(shù)》中專業(yè)知識(shí)的領(lǐng)悟能力和應(yīng)用能力，規(guī)定將《特種加工技術(shù)》課程考核的內(nèi)容分解為以下四個(gè)部分：試卷考察（占比40%）、專題PPT匯報(bào)（占比20%）、校內(nèi)或企業(yè)實(shí)踐成果（占比30%）、課堂討論參與度（10%）。試卷考核側(cè)重于對(duì)本課程基本知識(shí)的理解和運(yùn)用方面，以少量自主創(chuàng)新能力提高型題目為輔，檢測(cè)學(xué)生采用特種加工技術(shù)分析問題和解決問題的能力；專題PPT匯報(bào)各班級(jí)小組根據(jù)本組的需求自主選題、相關(guān)文獻(xiàn)資料搜索及分析研究、形成匯報(bào)PPT、教師和小組代表分類點(diǎn)評(píng)；校內(nèi)或企業(yè)實(shí)驗(yàn)成果按照各自設(shè)計(jì)加工圖形進(jìn)行綜合評(píng)比；課堂參與度主要根據(jù)出勤狀況和課堂回答問題的參與度進(jìn)行記錄。

5、科研反哺促進(jìn)教學(xué)成效。在研究性教學(xué)過程中，利用翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)，以學(xué)生自主討論研究為主，以教師指導(dǎo)為輔。在授課過程中對(duì)科研項(xiàng)目中的部分與本課程相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行抽絲剝繭，分類分層細(xì)化程若干小模塊或小問題，利用所學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生主導(dǎo)參與、逐個(gè)解決，最終完成整體的方案。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探究熱情，寓教于研，研教相輔相成，獲得事半功倍的效果。如果在此過程有興趣參與教師科研項(xiàng)目研究的，可以根據(jù)學(xué)生自己的愛好和知識(shí)專長從事科研項(xiàng)目某個(gè)板塊的研究，進(jìn)一步加深對(duì)該課程的學(xué)習(xí)成效，也為后續(xù)學(xué)生畢業(yè)課題的設(shè)計(jì)提供一定的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

本文以《特種加工技術(shù)》課程作為案例，對(duì)課程特點(diǎn)帶來教學(xué)過程中存在的被動(dòng)的灌輸式學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備有限、聽課效果不佳和教學(xué)效果差等問題，提出了面向?qū)W習(xí)目標(biāo)的小組教學(xué)模式、案例啟發(fā)式教學(xué)手段、校企聯(lián)合協(xié)同實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)、考核模式的改革、科研反哺促進(jìn)教學(xué)成效等部分改進(jìn)建議和思路策略。經(jīng)過近年來的教學(xué)結(jié)果對(duì)比：提出的教學(xué)模式可以讓學(xué)生自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料、視頻資源等學(xué)習(xí)信息的能力和綜合表達(dá)能力極大提升，而且可以取得更好的教學(xué)效果，可為本課程的教學(xué)提供一定的參見借鑒。

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