《特種加工》本科課程教學(xué)方法探討

胡松喜，李璞

《特種加工》本科課程教學(xué)方法探討

胡松喜，李璞

（韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

在機(jī)械類(lèi)本科教學(xué)過(guò)程中，《特種加工》作為一門(mén)應(yīng)用型課程，主要強(qiáng)調(diào)如何使學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)與實(shí)踐操作.區(qū)別于傳統(tǒng)理論性教學(xué)方法，產(chǎn)品實(shí)際案例分析與項(xiàng)目模擬分組教學(xué)方法在理論與實(shí)踐課程中，通過(guò)分析市場(chǎng)現(xiàn)有采用特種加工技術(shù)加工的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、制造等環(huán)節(jié)，并按照產(chǎn)品需求，把學(xué)生分成不同項(xiàng)目組.與之前傳統(tǒng)理論式教學(xué)效果相比，學(xué)生到課率顯著提高，教學(xué)效果明顯改觀，學(xué)生考試與實(shí)踐考核成績(jī)均有大幅度提高，不僅提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與自主學(xué)習(xí)能力，而且開(kāi)拓了學(xué)生的知識(shí)視野，加深了對(duì)特種加工方法知識(shí)點(diǎn)的理解與運(yùn)用.

特種加工；教學(xué)方法；產(chǎn)品案例分析；項(xiàng)目模擬分組

社會(huì)發(fā)展與市場(chǎng)需求對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)產(chǎn)品的強(qiáng)度重量比、性能價(jià)格比、耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、可靠性等性能提出更高要求，以及加工技術(shù)向高效、精密、清潔和低成本化發(fā)展已成為不可避免的趨勢(shì)，使傳統(tǒng)機(jī)械加工方法已無(wú)法滿(mǎn)足新的加工要求［1］.

區(qū)別于傳統(tǒng)加工方法，特種加工也稱(chēng)非傳統(tǒng)加工或非常規(guī)機(jī)械加工，是指應(yīng)用物理或化學(xué)的方法，對(duì)具有特殊要求或特殊加工對(duì)象進(jìn)行加工的手段［2］.對(duì)于大學(xué)本科教育，開(kāi)設(shè)《特種加工》，旨在使學(xué)生能對(duì)現(xiàn)有加工工藝領(lǐng)域有新認(rèn)識(shí)，開(kāi)拓加工思路，為選用新工藝、解決加工難題和改善工藝措施打下一定基礎(chǔ)，注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)各種加工知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新意識(shí)［3］.目前，《特種加工》教學(xué)大多數(shù)僅僅停留在理論教學(xué)形式上，難以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與靈活運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力.本文提出，在《特種加工》教學(xué)中采用產(chǎn)品實(shí)際案例分析與項(xiàng)目模擬分組教學(xué)方法，把實(shí)踐教學(xué)引入課堂理論教學(xué)中，旨在引導(dǎo)學(xué)生積極參與，培養(yǎng)其分析和解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)與加工制造問(wèn)題的能力，從而更快更深的理解和把握課程要求知識(shí)和技能.

1 產(chǎn)品實(shí)際案例分析與項(xiàng)目模擬分組教學(xué)方法

產(chǎn)品實(shí)際案例分析是指基于采用特種加工方法制造的產(chǎn)品的性能、特征、功能及材料，分析其設(shè)計(jì)、加工、制造等環(huán)節(jié)，特別針對(duì)其制造環(huán)節(jié)采用的特種加工方法.在教學(xué)過(guò)程中，基于項(xiàng)目教學(xué)法，按照產(chǎn)品實(shí)際需求，把學(xué)生分成不同的項(xiàng)目組，注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng).其中，項(xiàng)目教學(xué)法來(lái)源于德國(guó)的職業(yè)教育，指以學(xué)生的自主性、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標(biāo)，采用類(lèi)似科學(xué)研究及實(shí)踐的方法，師生通過(guò)共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)積極學(xué)習(xí)的一種新型教學(xué)方法［4］.

2 產(chǎn)品實(shí)際案例分析與項(xiàng)目模擬分組教學(xué)方法的課堂應(yīng)用

特種加工課程的主要內(nèi)容包括電火花加工、電火花線切割加工、電化學(xué)加工、激光加工、電子束和離子束加工、超聲加工和快速成形等技術(shù)［2］.作為應(yīng)用型工科課程，特種加工課程側(cè)重于在實(shí)踐過(guò)程中深層次理解、掌握和應(yīng)用相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)宗旨.

在課堂理論與實(shí)踐教學(xué)中，產(chǎn)品實(shí)際案例分析與項(xiàng)目模擬分組教學(xué)方法首先需要明確項(xiàng)目任務(wù)（包括產(chǎn)品用途、設(shè)計(jì)、加工、制造等），其次進(jìn)行項(xiàng)目分組，并引導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施，最后進(jìn)行教學(xué)總結(jié).

2.1理論教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1.1 產(chǎn)品案例分析，理論知識(shí)由點(diǎn)到面拓展

按照機(jī)械應(yīng)用類(lèi)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力和操作技能為主線，基于教材理論知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合產(chǎn)品案例與現(xiàn)有企業(yè)特種加工水平，注重舉一反三，把教材基本知識(shí)點(diǎn)延伸到實(shí)際工程應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)面，使得相關(guān)知識(shí)點(diǎn)能讓學(xué)生有機(jī)結(jié)合與消化.

特種加工的加工能量多樣性的特點(diǎn)，不僅改變了對(duì)于材料可加工性的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，也顛覆了零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可優(yōu)化零件加工工藝過(guò)程，更改變了新產(chǎn)品試制模式.在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)有針對(duì)性的產(chǎn)品實(shí)例講解特種加工方法與工藝對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、制造等帶來(lái)的影響，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考與積極參與，結(jié)合課堂理論知識(shí)與特種加工在實(shí)際產(chǎn)品中的運(yùn)用，在加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握的同時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題與團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力.

以用于機(jī)柜線纜管理的高密理線單元塑膠支撐件為實(shí)例，模擬產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)制造過(guò)程，把教學(xué)分為設(shè)計(jì)與加工兩大環(huán)節(jié)，其中基于塑膠產(chǎn)品以往采用的模具生產(chǎn)方法周期太長(zhǎng)的考慮，加工環(huán)節(jié)分別采用普通機(jī)床加工和特種加工方法.首先講解產(chǎn)品的功能需求與設(shè)計(jì)思路，引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論與辯論，然后通過(guò)以往所學(xué)知識(shí)與特種加工知識(shí)的對(duì)比，既鞏固了舊知識(shí)，又加深了對(duì)特種加工方法知識(shí)點(diǎn)的理解.最后，對(duì)課程知識(shí)加以總結(jié)并進(jìn)行相關(guān)知識(shí)面的延伸：塑膠產(chǎn)品的傳統(tǒng)加工方式通常采用模具制造，在進(jìn)行模具開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)之前，往往需要經(jīng)過(guò)一個(gè)試制環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)采用的主要加工方法是采用塑膠板材進(jìn)行機(jī)加工，試制所得產(chǎn)品主要用于驗(yàn)證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)尺寸，但無(wú)法檢驗(yàn)其強(qiáng)度.試制環(huán)節(jié)不僅增加了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，而且由試制產(chǎn)品的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于模具開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品質(zhì)量所引發(fā)的潛在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)也嚴(yán)重制約著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)水平.而采用特種加工方法中選擇性激光粉末燒結(jié)方法在塑膠產(chǎn)品的應(yīng)用，大大縮小了產(chǎn)品制造周期，而且其產(chǎn)品強(qiáng)度、精度、表面紋路等幾乎都接近模具所制造的產(chǎn)品.

2.1.2 項(xiàng)目模擬分組實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)

學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握程度往往取決于對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，特別是對(duì)于應(yīng)用型工科課程，而學(xué)習(xí)興趣更大程度上取決于課堂教學(xué)質(zhì)量與氣氛.對(duì)于《特種加工》類(lèi)似的應(yīng)用型工科課程，傳統(tǒng)的課堂理論式教學(xué)很難引導(dǎo)學(xué)生積極參與，使學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)，不能深刻的理解抽象的理論知識(shí).而且在實(shí)際的加工過(guò)程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案具有多樣性，并無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn).

模擬產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)制造過(guò)程，把教學(xué)過(guò)程分為設(shè)計(jì)與加工兩大環(huán)節(jié)，其中加工環(huán)節(jié)分別采用普通機(jī)床加工和特種加工方法，共分為3組，如表1所示，各組學(xué)生分工協(xié)作，主動(dòng)思考，查閱相關(guān)文獻(xiàn)尋找答案，完成項(xiàng)目任務(wù).在此過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)互動(dòng)，教師引導(dǎo)，學(xué)生獨(dú)立完成的教學(xué)目的.與之前傳統(tǒng)理論式教學(xué)相比，學(xué)生到課率顯著提高，課堂效果明顯改觀，學(xué)生積極發(fā)言提問(wèn)，討論與辯論激烈，對(duì)于特種加工理論知識(shí)有了更高的興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力.

表1 項(xiàng)目分組表

2.2 實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

在理論課堂教學(xué)產(chǎn)品案例分析與項(xiàng)目模擬分組的基礎(chǔ)上，根據(jù)分組情況，引導(dǎo)學(xué)生積極參與.引導(dǎo)數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì)組的學(xué)生，查閱現(xiàn)有類(lèi)似產(chǎn)品相關(guān)文獻(xiàn)，分析產(chǎn)品使用場(chǎng)景、功能需求以及設(shè)計(jì)元素等，使用UG三維軟件完成數(shù)字化樣機(jī)設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、強(qiáng)度分析、材料選擇等方面.產(chǎn)品的使用場(chǎng)景如圖1所示，塑膠支撐塊安裝于機(jī)柜兩側(cè)方孔條，起支撐固定的作用，對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度與韌性有較高要求，因此選擇PA66為材料.

圖1 機(jī)柜正常運(yùn)行時(shí)高密理線單元塑膠支撐件使用場(chǎng)景

傳統(tǒng)機(jī)加組按照三維模型尺寸，采用數(shù)控車(chē)床對(duì)合適厚度的塑膠板材進(jìn)行機(jī)加工；特種加工組則采用快速成形技術(shù)中的選擇性激光粉末燒結(jié)的特種加工方法，過(guò)程如圖2所示，首先將零件的三維模型沿某一坐標(biāo)軸進(jìn)行分層處理，得到每層截面的一系列二維截面數(shù)據(jù)，如圖3所示；按粉末燒結(jié)每次只加工一個(gè)截面，然后自動(dòng)疊加一層成形材料，這一過(guò)程反復(fù)進(jìn)行直到所有的截面加工完畢，生成三維實(shí)體原型［2］，如圖4所示.最后，對(duì)實(shí)踐過(guò)程中采用的制造方法加以總結(jié)并進(jìn)行相關(guān)知識(shí)面的延伸：選擇性激光粉末燒結(jié)方法不僅改變傳統(tǒng)對(duì)塑膠材料的可加工性的認(rèn)識(shí)，也顛覆了塑膠類(lèi)零件的加工工藝過(guò)程，更對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)變革和改變了新產(chǎn)品試制模式.

圖2 選擇性激光粉末燒結(jié)法過(guò)程

圖3 三維模型分層處理

圖4 選擇性激光粉末燒結(jié)法原理

實(shí)踐教學(xué)中，每位學(xué)生參與度大大提高，結(jié)合《特種加工》理論知識(shí)，在實(shí)踐加工過(guò)程中提出很多問(wèn)題和設(shè)想；組員相互合作，積極配合，在鞏固加深理論知識(shí)的同時(shí)，對(duì)于特種加工技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用有了更多的認(rèn)識(shí)，也提高了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.

3 結(jié)語(yǔ)

在課堂理論與實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，引入產(chǎn)品實(shí)際案例分析與項(xiàng)目模擬分組教學(xué)方法，學(xué)生按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造需求進(jìn)行分組，通過(guò)有針對(duì)性的產(chǎn)品實(shí)例設(shè)計(jì)制造，在積極參與的設(shè)計(jì)、制造、討論、辯論和總結(jié)的環(huán)節(jié)過(guò)程中，既鞏固了舊知識(shí)，又加深了對(duì)特種加工方法知識(shí)點(diǎn)的理解，也培養(yǎng)了學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)踐問(wèn)題與團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力；與之前傳統(tǒng)理論式教學(xué)相比，學(xué)生到課率顯著提高，無(wú)遲到早退與上課分心等情況，每位學(xué)生參與度大大提高，學(xué)生積極發(fā)言提問(wèn)，與教師互動(dòng)，討論與辯論激烈，教學(xué)效果明顯改觀，學(xué)生考試與實(shí)踐考核成績(jī)均有大幅度提高.

［1］阿達(dá)依·謝爾亞孜旦.“特種加工”課程教學(xué)中若干關(guān)鍵問(wèn)題的思考［J］.中國(guó)電力教育,2013,31:125-126.

［2］劉晉春,白基成,郭永豐.特種加工［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

［3］王莉娜,張好強(qiáng),賈曉鳴.特種加工課程項(xiàng)目教學(xué)法［J］.河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2013,13(2):102-104.

［4］屠春娟.項(xiàng)目教學(xué)法在《數(shù)控機(jī)床與編程》課程中的探索［J］.廣西輕工業(yè),2010(1):81-82.

Study on Teaching Approach of Non-traditional Machining in the Undergraduate Course

HU Song-xi,LI Pu
（Institute of Physics and Mechanical&Electrical Engineering,Shaoguan University, Shaoguan 512005,Guangdong,China）

As an applied course in undergraduate teaching,non-traditional machining pays attention to flexible application and practice operation on knowledge points of special process for students.Unlike the traditional teaching,in the theory and practice of curriculum design,the teaching approach of product case analysis and simulation of item grouping,is making analysis on design,process and manufacture of market products,and in accordance with the requirements of product case,divides students into some project groups.Compared with the traditional theory teaching effect,students are willing to attend class significantly,and their examination and practice examination are improved remarkably.On account of that,it not only improves students'interest on learning and independent learning ability,but also broadens students'horizons of knowledge,and deepens understanding and application of special machining method.

non-traditional machining;teaching approach;product case analysis;simulation of item grouping

G642.0

：A

：1007-5348（2015）04-0083-04

（責(zé)任編輯：李婉）

2015-03-23

韶關(guān)學(xué)院第十五批教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（70312-000015）；韶關(guān)學(xué)院第十三批教育教學(xué)改革青年項(xiàng)目（SYJY20121367）.

胡松喜（1983-），男，福建詔安人，韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院教師，碩士.研究方向：聚合物機(jī)械裝備自動(dòng)控制理論及應(yīng)用.