“核心產(chǎn)品制造貫穿式”的金工實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式研究與實(shí)踐

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

一、教學(xué)改革的意義

現(xiàn)行的高等教育體制，導(dǎo)致剛?cè)胄５膶W(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力非常差。工科類大學(xué)工程訓(xùn)練中心是學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)和提高的有效平臺(tái)，是高等教育的主要實(shí)踐動(dòng)手基地。

金工實(shí)訓(xùn)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，是機(jī)制類專業(yè)學(xué)生熟悉加工生產(chǎn)過(guò)程、培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是必修課。通過(guò)金工實(shí)習(xí)可以使學(xué)生熟悉機(jī)械制造的一般過(guò)程，掌握金屬加工的主要工藝方法和工藝過(guò)程，熟悉各種設(shè)備和工具的安全操作使用方法；讓學(xué)生了解新工藝和新技術(shù)在機(jī)械制造中的使用，掌握對(duì)簡(jiǎn)單零件加工方法選擇和工藝分析的能力，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)圖紙、加工符號(hào)及了解技術(shù)條件的能力。通過(guò)實(shí)習(xí)，可以讓學(xué)生養(yǎng)成熱愛勞動(dòng)，遵守紀(jì)律的好習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和理論聯(lián)系實(shí)際的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)，并為學(xué)生學(xué)習(xí)工程材料及成型工藝基礎(chǔ)和機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)等后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。

高等教育肩負(fù)著培養(yǎng)全面發(fā)展人才的重要任務(wù)。我校的金工實(shí)習(xí)教學(xué)尋求一個(gè)“核心產(chǎn)品”制造，使得各工種的工藝與實(shí)踐能有機(jī)地串聯(lián)起來(lái)，從產(chǎn)品分解到各個(gè)零件，學(xué)生能獨(dú)立完成。整個(gè)核心產(chǎn)品貫穿我校的鑄工、鉗工、車工、銑工等主要工種，且該核心產(chǎn)品具有理論與實(shí)踐結(jié)合緊密、動(dòng)手與動(dòng)腦相互關(guān)聯(lián)等特點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新意識(shí)等方面具有其他課程無(wú)法取代的作用［1］。

二、教學(xué)改革的現(xiàn)狀

在教育改革不斷深化的背景下，金工實(shí)習(xí)應(yīng)改革現(xiàn)有的教學(xué)和實(shí)踐方法，緊跟新時(shí)代變革的步伐，從傳統(tǒng)的“學(xué)習(xí)工藝知識(shí)、提高動(dòng)手能力、轉(zhuǎn)變思想作風(fēng)”為主要理念的金工實(shí)習(xí)，朝著“學(xué)習(xí)工藝知識(shí)、增強(qiáng)工程實(shí)踐能力、提高綜合素質(zhì)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力”的目標(biāo)發(fā)展［2］［3］。

目前，內(nèi)蒙古科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心金工實(shí)習(xí)的安排內(nèi)容有車工、銑工、鉗工、鑄造、鍛造、焊接和先進(jìn)制造，基本包含了一般零件制造的主要加工方法，實(shí)習(xí)教學(xué)的設(shè)備投入完全滿足教學(xué)大綱的要求［4］。傳統(tǒng)制造部分的車、銑、鉗、鍛造等工種已經(jīng)有了核心產(chǎn)品“小錘制造”貫穿，但鑄造焊接以及數(shù)控工種還是各自為政，沒有形成貫穿，特別是數(shù)控加工。經(jīng)過(guò)多次調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)大部分高校存在共性，即常規(guī)類數(shù)控加工如數(shù)控車、數(shù)控銑是進(jìn)行參觀性實(shí)習(xí)，實(shí)訓(xùn)時(shí)沒有考核件，有少部分高校做得較好，如數(shù)控車進(jìn)行產(chǎn)品“葫蘆”加工，數(shù)控銑進(jìn)行“印章”加工等，但實(shí)訓(xùn)效果不好。究其原因是數(shù)控程序是固定的，學(xué)生只完成裝夾操作，本質(zhì)上還是屬于演示性實(shí)訓(xùn)。

總的來(lái)說(shuō)，目前金工實(shí)習(xí)存在的問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［5］：1.實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊，實(shí)訓(xùn)方法、步驟教條化；2.實(shí)踐教學(xué)模式單一，工種之間沒有形成連貫，缺乏核心產(chǎn)品實(shí)例支撐教學(xué)；3.先進(jìn)制造尤其是數(shù)控制造技術(shù)，演示性實(shí)訓(xùn)多，工藝性、創(chuàng)新性實(shí)訓(xùn)少。

總結(jié)以上內(nèi)容，我校金工實(shí)習(xí)經(jīng)過(guò)多次調(diào)研、試制以及考慮實(shí)際教學(xué)條件，確定了一個(gè)核心產(chǎn)品“縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)”加工實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，這改革了原有的教學(xué)方式，形成了以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的新的教學(xué)模式，成果顯著。

三、實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目改革與實(shí)施

（一）項(xiàng)目實(shí)施的目的與組織

項(xiàng)目采用“核心產(chǎn)品制造實(shí)例”作為這次改革的切入點(diǎn)，利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法的教學(xué)模式展開教學(xué)，項(xiàng)目包含如下工種：鑄造（部分零件的毛坯）、CAD∕DAM實(shí)訓(xùn)、數(shù)控車、數(shù)控銑、拆裝實(shí)訓(xùn)?！翱p紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)”如圖1所示，該機(jī)構(gòu)是典型的滑塊機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪將動(dòng)力通過(guò)滑塊傳遞給機(jī)針，實(shí)現(xiàn)周期性運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。

圖1 縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)

項(xiàng)目分為CAM軟件模擬（包括三維造型、裝配與動(dòng)畫）、拆裝、毛坯制造和零件加工，項(xiàng)目實(shí)施可以達(dá)到以下目的［6］［7］［8］。

1.通過(guò)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生了解典型的機(jī)械滑塊機(jī)構(gòu)工作原理及其所涵蓋的零部件名稱和在構(gòu)件中所起的作用。

2.學(xué)習(xí)掌握CAM軟件的造型、裝配、動(dòng)畫演示以及零件裝配之間的約束及干涉。

3.通過(guò)拆裝實(shí)訓(xùn)，了解簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)特點(diǎn)，零部件配合技術(shù)要求和各零件之間的裝配方式。

4.熟悉產(chǎn)品各零件的制造過(guò)程，同時(shí)熟悉連接件之間的裝配公差。

5.熟練掌握產(chǎn)品裝配中裝配工具的使用。

6.掌握產(chǎn)品中零件拆裝工藝及具體拆裝操作方法。

CAM軟件模擬（包括三維造型、裝配與動(dòng)畫）項(xiàng)目具體實(shí)施過(guò)程，組織了金工實(shí)習(xí)基地1名實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師進(jìn)行CAM軟件的教學(xué)；拆裝項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，配備6套已加工的零件和6套自行設(shè)計(jì)的拆裝平臺(tái)，組織2名實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師進(jìn)行指導(dǎo)和成績(jī)考核；零件加工實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目具體實(shí)施過(guò)程，組織了金工實(shí)習(xí)基地6名實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，在6臺(tái)不同的設(shè)備上進(jìn)行加工。根據(jù)教務(wù)處教學(xué)進(jìn)程，每次每批進(jìn)行金工實(shí)習(xí)按200人進(jìn)行分組，先劃分4個(gè)大組，每組50人，分配到各個(gè)工種，各個(gè)工種再分成6人一組的小組，每個(gè)小組團(tuán)隊(duì)需要協(xié)作完成產(chǎn)品的各個(gè)零件的加工。

（二）項(xiàng)目實(shí)施步驟

1.CAM軟件實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

CAXA軟件是我校金工實(shí)訓(xùn)數(shù)控實(shí)習(xí)開設(shè)的一門自動(dòng)化編程軟件，原來(lái)的教學(xué)模式是只對(duì)學(xué)生開展三維造型和自動(dòng)程序的生成教學(xué)，現(xiàn)在增開軟件中“設(shè)計(jì)模塊”，用于構(gòu)件的裝配仿真，具體如下：學(xué)生運(yùn)用CAXA套裝軟件中的“制造模板”將考核要求的8個(gè)零件根據(jù)零件圖要求進(jìn)行三維造型；運(yùn)用套裝軟件中的“設(shè)計(jì)模板”將已造型好的零件進(jìn)行裝配及動(dòng)畫演示如圖2所示。這一步的實(shí)訓(xùn)，著重考核學(xué)生CAM軟件關(guān)于三維造型、裝配中的約束、動(dòng)畫過(guò)程中的干涉等的掌握程度。通過(guò)軟件的模擬，可以使學(xué)生對(duì)縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)的整個(gè)過(guò)程有初步的認(rèn)識(shí)。

圖2 CAXA軟件模擬裝配及動(dòng)畫

2.裝拆實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

學(xué)生通過(guò)已學(xué)的軟件模擬裝配進(jìn)行實(shí)物拆裝，拆裝的順序?yàn)橄妊b后拆，零件及安裝平臺(tái)如圖3所示。讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行產(chǎn)品的裝配，可以使學(xué)生清楚每個(gè)零件在產(chǎn)品裝置里所起的作用和工作原理，能讓學(xué)生在眾多的零件中準(zhǔn)確找到裝配順序，弄清楚裝置整體結(jié)構(gòu)及每個(gè)零件之間的裝配連接關(guān)系。同時(shí)，這還能讓學(xué)生熟悉掌握零件在裝配過(guò)程中的裝配公差，關(guān)注哪些零件在裝配時(shí)是關(guān)鍵裝配件，在后續(xù)的加工過(guò)程中注意關(guān)鍵零件的加工尺寸公差。裝配完成后，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)檢查機(jī)構(gòu)裝置的干涉情況。正常運(yùn)轉(zhuǎn)后開始進(jìn)行拆卸，拆散后的零件統(tǒng)一放置在已設(shè)置好的零件箱內(nèi)，并按要求擺放在箱內(nèi)的固定位置，形成良好的工作習(xí)慣［9］。

圖3 零件與安裝平臺(tái)

3.鑄造毛坯實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

原來(lái)的鑄造工種實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)內(nèi)容單一，考核單一，只有學(xué)生進(jìn)行砂型鑄造這一實(shí)習(xí)形式。現(xiàn)在將消失模鑄造和模型鑄造加入進(jìn)來(lái)，豐富了鑄造實(shí)習(xí)工種的內(nèi)容和考核形式，同時(shí)形成了工種之間的連貫。具體實(shí)訓(xùn)如下：選擇機(jī)構(gòu)里1個(gè)零件的毛坯采用鑄造的消失模鑄造，1個(gè)零件采用鋼模鑄造，1個(gè)零件采用砂型鑄造。學(xué)生采用消失模鑄造毛坯時(shí)，自己獨(dú)立設(shè)計(jì)制作泡沫原型；鋼模鑄造采取演示性教學(xué)模式，讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)鑄造工種時(shí)了解一種鑄造方法；砂型鑄造毛坯為每一位學(xué)生必做的考核件。

（三）零件加工實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

拆散后的零件，精選8個(gè)典型零件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪加工，指導(dǎo)教師按小組發(fā)布機(jī)構(gòu)里的零件加工任務(wù)，小組里的每位成員根據(jù)零件特點(diǎn)，選擇數(shù)控車或者數(shù)控銑獨(dú)立完成1個(gè)零件的加工，8位成員每位完成機(jī)構(gòu)的1個(gè)不同零件；在學(xué)生進(jìn)行加工的教學(xué)過(guò)程中，采用教師講解、動(dòng)手演示、學(xué)生獨(dú)立操作練習(xí)的教學(xué)方式展開實(shí)訓(xùn)教學(xué)。在零件加工時(shí)，小組里的成員被分配到不同的數(shù)控設(shè)備上進(jìn)行零件加工。

1.項(xiàng)目考核方式

（1）CAM軟件實(shí)訓(xùn)考核方式。由于實(shí)訓(xùn)內(nèi)容是在CAD∕CAM機(jī)房進(jìn)行，學(xué)生一人一機(jī)，每位學(xué)生根據(jù)給定的零件圖進(jìn)行機(jī)構(gòu)里8個(gè)零件的三維造型，教師根據(jù)學(xué)生造型的尺寸及造型時(shí)間進(jìn)行考核打分；零件的裝配及動(dòng)畫考核是根據(jù)零件之間的約束條件和干涉情況進(jìn)行考核打分。

（2）裝拆實(shí)訓(xùn)考核方式。拆裝是以小組為單位進(jìn)行的，為了避免個(gè)別學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中不動(dòng)腦思考，我們采用多個(gè)小項(xiàng)考核，每個(gè)小項(xiàng)采取對(duì)全組學(xué)生一人一個(gè)問(wèn)題提問(wèn)的方式，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)解答及動(dòng)手裝拆進(jìn)行考核，既要考核裝拆的正確性，還要考核拆裝的效率及方法。

（3）鑄造毛坯實(shí)訓(xùn)考核方式。鑄造工種分為砂型鑄造、鋼模鑄造和消失模鑄造三種鑄造方法進(jìn)行考核，其中砂型鑄造成績(jī)根據(jù)鑄造毛坯的質(zhì)量及外觀尺寸進(jìn)行打分；消失模鑄造分為泡沫板制作毛坯尺寸成績(jī)考核和鑄造件尺寸及質(zhì)量進(jìn)行考核打分。

（4）零件加工實(shí)訓(xùn)考核方式。零件加工在數(shù)控車和數(shù)控銑設(shè)備上進(jìn)行加工，小組成員被分配到不同的設(shè)備上進(jìn)行不同的零件加工，加工出來(lái)的零件采用學(xué)生自檢、小組內(nèi)成員互檢打分，最后教師根據(jù)零件圖紙要求進(jìn)行打分的方式。加工合格的零件進(jìn)行組裝，最后再給出小組團(tuán)隊(duì)協(xié)助成績(jī)和裝配成績(jī)。因此，零件的加工考核是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)完成的情況及時(shí)打分的，打分根據(jù)零件圖所標(biāo)示的尺寸和技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行，其中包括測(cè)繪件的零件圖考核。

四、實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革的實(shí)施過(guò)程

（一）解決的關(guān)鍵問(wèn)題

本項(xiàng)目解決的關(guān)鍵問(wèn)題是工程訓(xùn)練項(xiàng)目?jī)?yōu)化與實(shí)現(xiàn)。

1.數(shù)控工種重新規(guī)劃，解決各工種各自獨(dú)立，沒有連貫的現(xiàn)狀，根據(jù)實(shí)習(xí)流程進(jìn)行數(shù)控各工種的規(guī)劃。

2.對(duì)已有的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、實(shí)習(xí)指導(dǎo)書進(jìn)行重新修訂，解決理論與實(shí)踐之間合理銜接以及如何保證實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)內(nèi)容的實(shí)用性、時(shí)間的靈活性、操作的獨(dú)立性等問(wèn)題。

3.該實(shí)踐教學(xué)模式實(shí)施的核心是提高年青教師技術(shù)水平，擬采“走出去”的方式，讓年青教師深入到一線企業(yè)，利用假期時(shí)間，提高他們的業(yè)務(wù)水平。

4.精心設(shè)計(jì)“核心產(chǎn)品”，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工制造、質(zhì)量檢測(cè)等融于一體，加工出合格產(chǎn)品，完成實(shí)習(xí)，同時(shí)通過(guò)實(shí)習(xí)提高學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)。

實(shí)習(xí)不是獨(dú)立的完成零件加工，而是加工出整個(gè)產(chǎn)品所包含的主要零件。

（二）項(xiàng)目實(shí)施方案

本教學(xué)改革的實(shí)施方案，采取試點(diǎn)、分析、比較，由點(diǎn)到面逐步推廣的方式進(jìn)行。方案以“123”為原則，即1條主線，堅(jiān)持“學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力培養(yǎng)”為主線；2個(gè)體系，理論與實(shí)踐體系并重；3種能力，培養(yǎng)學(xué)生就實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

（三）項(xiàng)目實(shí)施方法

1.進(jìn)行調(diào)研，積極吸取外校成功經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我校工程訓(xùn)練實(shí)際，構(gòu)建滿足我校工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)要求的實(shí)施方案。

2.通過(guò)小范圍的試行，逐步確立實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的綜合性和實(shí)際可操作性，協(xié)調(diào)理論知識(shí)與實(shí)操知識(shí)內(nèi)容的銜接與穿插。

3.對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、調(diào)查、分析處理后總結(jié)實(shí)踐教學(xué)規(guī)律。

五、實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革的主要特色

實(shí)訓(xùn)課程的特色主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1.CAD∕CAM軟件模擬實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目增加了零件的裝配及動(dòng)畫演示。2.拆裝實(shí)訓(xùn)不是單純獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，而是將其融入各工種中來(lái)。3.零件加工實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中小組不同成員分別進(jìn)行不同零件的加工。4.鑄造工種實(shí)訓(xùn)展示了消失模鑄造、砂型鑄造及模型鑄造等不同鑄造方法。5.整個(gè)“縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)”是一個(gè)典型的滑塊運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，貫穿了鑄造、CAD∕CAM模擬、數(shù)控車、數(shù)控銑、拆裝等工種。

六、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多輪的實(shí)踐教學(xué)，我校采用的“核心產(chǎn)品制造工藝貫穿式”教學(xué)模式是切實(shí)可行的，現(xiàn)已建立了一支較為穩(wěn)定的實(shí)訓(xùn)隊(duì)伍，年輕的指導(dǎo)教師都參與了理論和實(shí)踐課程的教學(xué)，教師的教學(xué)改革積極性大大提高。這一教學(xué)改革提出了構(gòu)建高校大學(xué)生模塊化工程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)的新思路。