特種加工技術(shù)的教學(xué)技法研究與實(shí)踐

張忠林+王進(jìn)禮+安宏濤

[摘 要] 以《特種加工技術(shù)》在教學(xué)中出現(xiàn)的課時(shí)少、內(nèi)容多、實(shí)踐環(huán)節(jié)弱的缺點(diǎn)，提出了三種基于常規(guī)教學(xué)方法的教學(xué)技術(shù)方法：科研項(xiàng)目促進(jìn)教學(xué)法、雙語(yǔ)教學(xué)法、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)法。在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用也證明所提教學(xué)技法的實(shí)用性，同時(shí)還探討了教學(xué)中的課程編制。

[關(guān)鍵詞] 特種加工技術(shù)；研究型大學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)技法

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1005-4634（2015）04-0072-04

《特種加工技術(shù)》是機(jī)械制造及自動(dòng)化的研究生選學(xué)課程[1]，其常規(guī)教學(xué)方法主要有啟發(fā)式講授法、論題討論法、加工制品案例教學(xué)法等。啟發(fā)式講授法直接、快速、精煉，是最基本的教學(xué)方法，但該方法建立在學(xué)生已經(jīng)預(yù)習(xí)和掌握制造技術(shù)基本知識(shí)的基礎(chǔ)上教學(xué)效果才會(huì)更好。在研究生教學(xué)中常采用的教學(xué)方法是論題討論法，該方法是在課堂教學(xué)中準(zhǔn)備多個(gè)論題，通過(guò)開(kāi)展課堂討論，培養(yǎng)思維表達(dá)能力，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)重要理論知識(shí)的興趣。加工制品案例教學(xué)法是首先選定某個(gè)已加工的成品，對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的分析，發(fā)揮該產(chǎn)品的實(shí)踐作用，進(jìn)而提高學(xué)生分析、判斷、決策應(yīng)用等能力，全面提高學(xué)生的素質(zhì)。在常規(guī)教學(xué)方法基礎(chǔ)上，為了滿(mǎn)足研究型大學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革的目標(biāo)，提出了三種有效的、可操作的教學(xué)技術(shù)方法，包括科研項(xiàng)目促進(jìn)教學(xué)法、雙語(yǔ)教學(xué)法和強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)法，并已應(yīng)用于《特種加工技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)中。

1 科研項(xiàng)目促進(jìn)教學(xué)法

需要強(qiáng)調(diào)的是，本文所說(shuō)的科研項(xiàng)目促進(jìn)教學(xué)法和常規(guī)的項(xiàng)目教學(xué)法[2，3]是不同的。項(xiàng)目教學(xué)法慣常的做法是在授課過(guò)程中以學(xué)生為主，著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀能動(dòng)性——即以關(guān)注和調(diào)動(dòng)學(xué)生在學(xué)習(xí)上的自覺(jué)性和主動(dòng)性為目的，教師和學(xué)生之間的活動(dòng)是互動(dòng)式的。而科研項(xiàng)目促進(jìn)教學(xué)法是把已經(jīng)承擔(dān)的科研項(xiàng)目的成果搬上課堂，將項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)講給學(xué)生聽(tīng)，大大提高了學(xué)生從事科研工作的興趣，收到了很好的教學(xué)效果。

比如，項(xiàng)目組承擔(dān)了國(guó)家教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目——微系統(tǒng)與微結(jié)構(gòu)制造基金項(xiàng)目的子課題“各向同性微細(xì)加工表面三維粗糙度的測(cè)量與評(píng)定”和“電火花加工表面形貌及功能評(píng)價(jià)”，成果如圖1、2、3。在課堂上主要講述了該項(xiàng)目的完成過(guò)程和創(chuàng)新點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)，結(jié)合微細(xì)電火花機(jī)床的性能，對(duì)加工質(zhì)量的影響參數(shù)進(jìn)行分析，把均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法應(yīng)用到微細(xì)電火花線切割加工試驗(yàn)的設(shè)計(jì)上，在加工原理上與電火花、激光加工方法進(jìn)行對(duì)比，用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡等手段對(duì)電火花加工、激光切割加工的表面進(jìn)行觀察，總結(jié)出了加工表面的谷、峰及其分布規(guī)律等的形貌特征，采用數(shù)值仿真模擬與實(shí)際加工測(cè)量相互驗(yàn)證的方式，建立了電火花和激光加工的各向同性表面形貌的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出其微觀結(jié)構(gòu)尺寸和表面評(píng)定參數(shù)關(guān)系。同時(shí)加工表面三維粗糙度評(píng)定參數(shù)體系也制定出來(lái)。

通過(guò)對(duì)承擔(dān)科研項(xiàng)目的講解，使得學(xué)生了解了微細(xì)加工表面形貌研究及其功能評(píng)定為當(dāng)前微細(xì)加工的研究方向，培養(yǎng)了學(xué)生從事科研的興趣。

項(xiàng)目取得的成果是通過(guò)均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，深入分析微細(xì)電火花線切割和激光打孔加工表面形貌特征及功能特性，總結(jié)出表征參數(shù)之間變化的規(guī)律及加工參數(shù)與表征參數(shù)之間的工藝規(guī)律，并對(duì)該項(xiàng)目的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

2 雙語(yǔ)教學(xué)法

為提高學(xué)生的能力，雙語(yǔ)教學(xué)法在《特種加工技術(shù)》課堂上的應(yīng)用是一種嘗試。對(duì)于適應(yīng)新時(shí)代的培養(yǎng)目標(biāo)，同世界先進(jìn)國(guó)家接軌，同時(shí)把握國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，跟蹤和趕超國(guó)外先進(jìn)水平具有重要意義。

比如在學(xué)習(xí)激光加工技術(shù)應(yīng)用時(shí)，學(xué)習(xí)了有代表性的一段專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)。

“Fabricationofscaffoldsfortissueengineeringapplicationsbecomesaveryimportantresearchtopicinpresentdays.Hybridstructureswerefabricatedusingrapidprototypingandelectro-spinningmethods.Electro-spunnanofibrousmatswereincorporatedbetweenthemicro-fibrouslayersproducedbyRPtechnology.BasedonusingRPtechnologyandelectro-spinningmethod，itispossibletofabricatebiocompatiblescaffoldswithcontrollablegeometricalparametersandgoodmechanicalproperties”[4].

這是摘自一篇SCI文章的內(nèi)容，通過(guò)與學(xué)生討論與學(xué)習(xí)，教學(xué)相長(zhǎng)，既提高了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)能力，也提高了老師的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)水平。

3 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)法

在整個(gè)學(xué)期安排了兩次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一次是電火花成型和線切割技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一次是激光加工的快速原型技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

通過(guò)對(duì)電火花成型和切割實(shí)驗(yàn)的講解與操作，使學(xué)生了解《特種加工技術(shù)》中電火花加工技術(shù)的機(jī)理和難點(diǎn)，掌握機(jī)械制造中難加工材料、特殊結(jié)構(gòu)零件的加工以及多種精微制造技術(shù)的基本原理及方法，使學(xué)生懂得要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行綜合分析，研究、探索新規(guī)律。

電火花成型加工的特點(diǎn)：加工能量不依靠機(jī)械能而是用其他形式的能量，使用能量密度高的脈沖放電手段。電火花成型加工適用于硬質(zhì)合金、鈦合金等硬度高、強(qiáng)度大、韌性好的金屬材料及類(lèi)似渦輪機(jī)葉片、噴油嘴、柵網(wǎng)、窄縫等復(fù)雜、特殊的表面和特殊零件表面的光整加工。在電火花加工時(shí)，工具與工件是不接觸的，不靠切削力去除材料，在兩者之間不存在明顯的機(jī)械切削力。不像傳統(tǒng)機(jī)械加工的“比硬度”，工具電極和加工材料間的硬度無(wú)直接關(guān)系，工具電極不需要特定制作，低硬度的刀具可以加工高硬度的工件材料。電火花線切割適用任何導(dǎo)電材料，如硬質(zhì)合金、淬火鋼等，對(duì)于鉬、鎢、半導(dǎo)體材料也適用。對(duì)各種沖模、塑料模等模具的精密零件及各種樣板、硅鋼沖片等的加工比較經(jīng)濟(jì)。圖4是電火花成型加工的成品圖。

通過(guò)快速原型加工實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)快速原型加工技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)及應(yīng)用有初步了解，并對(duì)快速原型加工技術(shù)的加工過(guò)程有一定的了解，掌握快速原型加工的基本操作，達(dá)到理論與實(shí)際結(jié)合，進(jìn)而鞏固快速原型加工方法與加工技術(shù)，并能將所學(xué)應(yīng)用于工業(yè)與機(jī)械工程等實(shí)際生產(chǎn)中。圖5是快速原型加工的實(shí)例。

傳統(tǒng)的零件加工模式是“毛坯→切削加工→成品”，而快速原型技術(shù)的加工是非接觸加工，不借助機(jī)床切削加工，則無(wú)刀具磨損及切削力的影響，在加工中不會(huì)有振動(dòng)、噪聲和切削廢料等。對(duì)于小批生產(chǎn)、形狀復(fù)雜的零部件制造有利，尤其在復(fù)雜曲面的加工上尤為顯著。

4 課程的新型框架編制

目前，一般高校在課程編制中多偏重于理論教學(xué)，若想實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，就需在課程編制中向?qū)嵺`教學(xué)偏重些，使實(shí)踐教學(xué)首先要在教學(xué)數(shù)量上與理論教學(xué)相配合，進(jìn)而在教學(xué)質(zhì)量上提高，從而實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)真正的相輔相成。

在高等教育中，首要思考的問(wèn)題是教學(xué)質(zhì)量問(wèn)題，而課程的新型框架編制是在保證教學(xué)質(zhì)量前提下，讓學(xué)生獲得更多、更全面的知識(shí)。該編制能夠讓學(xué)生了解理論知識(shí)，獲得感性認(rèn)識(shí)，在動(dòng)手實(shí)踐過(guò)程中增加對(duì)知識(shí)的理想認(rèn)識(shí)。所以在課程的編制中要合理安排好理論教學(xué)課時(shí)和實(shí)踐教學(xué)課時(shí)，使兩者能互為補(bǔ)充、相互增強(qiáng)，同時(shí)完善教學(xué)評(píng)價(jià)體系。

當(dāng)前我國(guó)高校實(shí)踐教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題是起步晚、起點(diǎn)低、基礎(chǔ)薄、不重視等。我國(guó)的多數(shù)高校已對(duì)當(dāng)前課程的編制進(jìn)行了改革，增大了實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)，且取得一定的教學(xué)成果。與理論教學(xué)相比，在實(shí)踐教學(xué)中仍然存在一些問(wèn)題，教學(xué)質(zhì)量還非常低下，對(duì)實(shí)踐教學(xué)的改革仍需關(guān)注，并提出更多的教學(xué)方法。

針對(duì)新式技法的提出，適應(yīng)研究型大學(xué)的需要，編制了《特種加工技術(shù)》課程新型基本框架，以第一章電火花加工技術(shù)為例，教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)上可參考表1。

5 實(shí)踐教學(xué)的跟蹤與考核

通過(guò)制定基于信息反饋控制原理實(shí)踐教學(xué)跟蹤政策（見(jiàn)圖6）來(lái)考核實(shí)踐教學(xué)，為了充分發(fā)揮教學(xué)技術(shù)方法的運(yùn)用，可以在期望的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)來(lái)跟蹤和考核教學(xué)效果，并產(chǎn)生相關(guān)實(shí)踐教學(xué)管理?xiàng)l例，進(jìn)而指導(dǎo)教學(xué)過(guò)程的運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中伴隨著教學(xué)過(guò)程的監(jiān)察，監(jiān)察所獲得的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程信息及時(shí)反饋至管理系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)整相關(guān)條例，或按照相關(guān)管理?xiàng)l例來(lái)指導(dǎo)和管理實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，使得實(shí)踐教學(xué)效果不斷提高和改善，進(jìn)而達(dá)到最初的期望教學(xué)目標(biāo)。

這種期望教學(xué)目標(biāo)正是研究型大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，并且會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展而發(fā)展，不斷地更新與進(jìn)步。

6 結(jié)論與展望

本文在《特種加工技術(shù)》課程教學(xué)中對(duì)教學(xué)技法進(jìn)行改革，著重研究適應(yīng)于研究型大學(xué)的實(shí)踐教學(xué)方法，并應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，收到了良好的教學(xué)效果。文中給出這三種教學(xué)方法，并付諸了新的教學(xué)內(nèi)容，比如科研項(xiàng)目促進(jìn)教學(xué)法中，科研項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)內(nèi)容就是新的教學(xué)內(nèi)容，雙語(yǔ)教學(xué)法和強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)法也大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣?？傊?，通過(guò)綜合運(yùn)用教學(xué)技術(shù)方法，活躍了課堂氣氛，使學(xué)生不但掌握了專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也增強(qiáng)了從事科研的信心，這也符合了研究型大學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃的要求。

為了提高研究型大學(xué)的研究生課程教學(xué)，與時(shí)俱進(jìn)，推陳出新，文中所提的教學(xué)方法可以推廣到其他課程。

參考文獻(xiàn)

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