機(jī)械類師范生特種加工課程多元化教學(xué)方法研究

朱演 范暉

摘? 要 以江蘇師范大學(xué)機(jī)械類師范生為例，針對(duì)目前特種加工教學(xué)存在的模式單一、學(xué)時(shí)少、缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)等問題，基于學(xué)生角度提出案例—小組教學(xué)法、網(wǎng)絡(luò)—多媒體教學(xué)法、項(xiàng)目—競賽教學(xué)法等多種教學(xué)模式的多元化教學(xué)方法，最終達(dá)到提高特種加工教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 機(jī)械類師范生;特種加工;多元化教學(xué)方法;案例—小組教學(xué)法;網(wǎng)絡(luò)—多媒體教學(xué)法;項(xiàng)目—競賽教學(xué)法

中圖分類號(hào)：G652? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）24-0077-03

Research on Diversified Teaching Methods of Non-Traditional Machining Course for Mechanical Normal Students//ZHU Yan， FAN Hui

Abstract Taking mechanical teacher students of Jiangsu Normal University as an example， in view of the current problems of single mode of special processing teaching， lack of teaching hours， lack of practical links， based on the students perspective， a case-group teaching method， network-multimedia teaching method， and project-competition teaching were proposed. The diversified teaching methods of various teaching modes achieve the goal of improving the teaching effect of special processing， stimulating and cultivating students innovative ability.

Key words mechanical normal school students; special processing; diversified teaching methods; case-group teaching method; network-multimedia teaching method; project-competition teaching

1 前言

特種加工亦稱非傳統(tǒng)加工，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機(jī)械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法。因具有易于加工難切削材料以及各種復(fù)雜型面、型孔的高精度加工的特殊優(yōu)勢，特種加工被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、微電子等行業(yè)[1-3]。隨著21世紀(jì)以來我國制造業(yè)的高速發(fā)展，與傳統(tǒng)機(jī)械加工方法相比，特種加工作為一種高端制造中的先進(jìn)制造技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位愈發(fā)重要，培養(yǎng)大批熟悉特種加工基礎(chǔ)理論并掌握相關(guān)技能的高層次應(yīng)用型、創(chuàng)新型教育人才，以更好地促進(jìn)、指導(dǎo)特種加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于提升我國高端制造水平具有重要意義。

實(shí)際上，特種加工這一方法的產(chǎn)生，與培養(yǎng)具有創(chuàng)新思想的人才有著十分密切的關(guān)系。20世紀(jì)中葉，蘇聯(lián)莫斯科大學(xué)拉扎連科教授領(lǐng)導(dǎo)的師生研究團(tuán)隊(duì)通過觀察物理現(xiàn)象，基于逆向思維獨(dú)辟蹊徑，將以往需要避免的電火花放電腐蝕現(xiàn)象巧妙用于難加工材料的去除加工，從而開啟了特種加工的先河[4-5]。近十年來，隨著世界環(huán)境、能源問題日益嚴(yán)重，人類更加關(guān)注空間、地球和海洋科技的探索，微小機(jī)械裝置、微小尺寸零件的應(yīng)用日趨廣泛，功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度以及極端環(huán)境下的服役可靠性等要求也不斷提高，具有一定形狀、結(jié)構(gòu)、精度、表面質(zhì)量的微小零件的需求日益迫切。許多傳統(tǒng)的機(jī)加工方法面對(duì)超硬材料加工、復(fù)雜異形等特殊零件成形的工程問題已無能為力，客觀上促使研究人員另辟蹊徑，將電、熱、光等能量場組合創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)材料去除、變形、變性的特種加工方法?？梢灶A(yù)見，隨著科技的發(fā)展，創(chuàng)新思維在特種加工中的運(yùn)用將日趨廣泛，并起到更加重要的推動(dòng)作用。

不過，相對(duì)于前沿特種加工技術(shù)的迅速發(fā)展，特種加工課程教學(xué)和人才培養(yǎng)過程中卻仍存在一定不足。機(jī)械專業(yè)的師范生未來將擔(dān)負(fù)特種加工技術(shù)的普及和教學(xué)工作，這些不足會(huì)嚴(yán)重制約未來特種加工人才的培養(yǎng)和教育。

首先，因目前針對(duì)機(jī)械專業(yè)師范生的課程設(shè)置較為陳舊，理論課程較多，為學(xué)生安排的實(shí)踐課程學(xué)時(shí)不斷被壓縮，在先進(jìn)制造領(lǐng)域飛速發(fā)展、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的背景下，內(nèi)容與學(xué)時(shí)的教學(xué)矛盾愈加突出。就目前來說，教學(xué)改革首要解決的問題是，怎么樣在特定時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，又能充分了解學(xué)科發(fā)展的前沿技術(shù)和研究進(jìn)展。

其次，作為一門專業(yè)課程，特種加工涉及的知識(shí)、理論較為復(fù)雜抽象，多數(shù)學(xué)生理解、記憶、厘清抽象的加工原理存在較大難度，上課熱情難以調(diào)動(dòng)，學(xué)習(xí)積極性不高，導(dǎo)致目前課程學(xué)習(xí)仍以灌輸性知識(shí)記憶為主，與培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)極不適應(yīng)。更新改進(jìn)教學(xué)方法，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要保證。

最后，特種加工實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，不僅能加深學(xué)生對(duì)理論的認(rèn)知，而且能提升學(xué)生的動(dòng)手能力。但由于科研條件限制，目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以演示和參觀為主，實(shí)踐環(huán)節(jié)常常流于形式，失去其應(yīng)有的作用。

2 教學(xué)方法改革

針對(duì)特種加工課程存在的上述問題，提出案例—小組教學(xué)法、網(wǎng)絡(luò)—多媒體教學(xué)法、項(xiàng)目—競賽教學(xué)法等多種教學(xué)方式于一體的多元化教學(xué)方法。

案例—小組教學(xué)法? 特種加工課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式主要為教師主導(dǎo)課堂，以知識(shí)傳授和應(yīng)試考核為主，學(xué)生不是為解決問題而學(xué)習(xí)，而是被動(dòng)聽課，學(xué)習(xí)主動(dòng)性、獨(dú)立性難以培養(yǎng)。采用案例—小組討論教學(xué)法，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生置身于真實(shí)世界情境中，對(duì)知識(shí)的感知不是虛無縹緲的，而是具體形象的。這就引導(dǎo)他們運(yùn)用課本知識(shí)來分析問題，討論出一個(gè)較為合理的解決方法。在討論開始，教師將首先提出面向特種加工領(lǐng)域的典型問題，該問題應(yīng)構(gòu)架良好，但未給出明確的解決方法。學(xué)生拿到案例后，以小組形式進(jìn)行分析探討，然后在教師指導(dǎo)下查閱各種資料和參考文獻(xiàn)。課程當(dāng)中會(huì)有小組討論、小組代表報(bào)告和課堂辯論等多種教學(xué)形式，教師采用探索式和啟發(fā)式教學(xué)方法，既高效地傳授學(xué)生課程知識(shí)，又激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的能力和對(duì)事物的創(chuàng)新意識(shí)，增進(jìn)學(xué)生間的合作以及師生間的交流、溝通。

例如，在講解3D打印的疊層制造原理以及零件成形精度控制這一重要知識(shí)點(diǎn)時(shí)，即安排實(shí)訓(xùn)學(xué)生首先觀摩FDM3D打印設(shè)備，觀察疊層制造的加工過程，現(xiàn)場繪制分層制造成形原理圖，并通過控制設(shè)備參數(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)切片處理，打印出不同分層厚度的成形實(shí)體。學(xué)生在這一過程中親身感受打印精度的變化規(guī)律，通過對(duì)成形過程的原理講解和不同實(shí)體對(duì)比，逐漸感性認(rèn)識(shí)到實(shí)體表面的紋路、細(xì)節(jié)、粗糙度等區(qū)別與切片厚度、掃描路徑等參數(shù)設(shè)置之間的影響關(guān)系，從而深刻體會(huì)到快速成形時(shí)需要將復(fù)雜的三維加工轉(zhuǎn)化為一系列簡單的二維加工疊加這一核心思想，也會(huì)發(fā)現(xiàn)成形精度主要取決于二維（X、Y）平面上的加工精度以及高度（Z）方向上的疊加精度這一內(nèi)在聯(lián)系。此后，教師將繼續(xù)下一個(gè)問題：改變切片厚度，加工質(zhì)量和效率將出現(xiàn)何種變化？學(xué)生經(jīng)過思考和實(shí)踐，得出3D打印件的材料性能、精度和成形效率是影響3D打印應(yīng)用的主要因素這一結(jié)論。

通過類似的多組案例分析，明顯感覺到學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大大增加，注意力和思辨能力大大提高。指導(dǎo)教師要精心安排案例過程，注意引導(dǎo)和控制現(xiàn)場節(jié)奏、氣氛，促進(jìn)學(xué)生思考和主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，可起到事半功倍的效果。

網(wǎng)絡(luò)—多媒體教學(xué)法? 如前所述，特種加工課程是一門與生產(chǎn)、科研緊密聯(lián)系的前沿學(xué)科，科學(xué)性、工程性極強(qiáng)，要實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生的認(rèn)知能力和創(chuàng)新能力，僅僅依靠教材是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更多更新的知識(shí)需要學(xué)生在課外主動(dòng)學(xué)習(xí)中去獲取。近年來，我國高校網(wǎng)絡(luò)課程教育蓬勃興起，網(wǎng)絡(luò)課程普遍采用多媒體技術(shù)開展教學(xué)。在教學(xué)實(shí)踐中，教師充分地利用多媒體教學(xué)的便利幫助求學(xué)者在交叉學(xué)習(xí)的狀態(tài)下高效地安排學(xué)習(xí)時(shí)間，促進(jìn)學(xué)習(xí)積極性，充分提高學(xué)習(xí)效率，不斷優(yōu)化課堂教學(xué)效果。正是由于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)多媒體課件的運(yùn)用具備上述優(yōu)勢，學(xué)生才能夠最大限度地發(fā)揮主觀能動(dòng)性，投入到學(xué)習(xí)過程中去，從而有所發(fā)現(xiàn)、有所思考，培養(yǎng)了創(chuàng)造性思維。

基于特種加工網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和多媒體技術(shù)，通過視頻，3D模擬等方式將真實(shí)特種加工案例的場景直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，展示出各種復(fù)雜抽象的加工技術(shù)的加工原理及微觀物理和化學(xué)過程，使抽象概念變得形象具體。而網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)將為學(xué)生提供便于自學(xué)的各種各樣的文字、視頻、資料，內(nèi)容包括：1）學(xué)科基礎(chǔ)理論知識(shí)的文字呈現(xiàn)，相對(duì)應(yīng)的練習(xí)題;2）技術(shù)加工原理的3D動(dòng)畫模擬、教師講解視頻、實(shí)際生產(chǎn)過程的視頻等;3）業(yè)界內(nèi)著名的研究團(tuán)隊(duì)、公司企業(yè)以及各大高校的詳細(xì)介紹。通過這些將學(xué)生眼中較為枯燥、抽象的科學(xué)現(xiàn)象、加工機(jī)理等課程內(nèi)容以圖像、影視、聲音、動(dòng)畫等形式展現(xiàn)出來，更加形象、生動(dòng)，易于接受，為他們提供了更多自主學(xué)習(xí)的空間，加強(qiáng)了對(duì)理論知識(shí)的理解。

項(xiàng)目—競賽教學(xué)法? 特種加工是一門系統(tǒng)性、實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，真正掌握相關(guān)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐技能需要一個(gè)漫長的過程，需要精力和時(shí)間的持續(xù)投入。因此，通過鼓勵(lì)、促進(jìn)學(xué)生參與某一課題，在做中學(xué)、在學(xué)中做，可以收到良好的培養(yǎng)效果。特種加工授課教師本身一般都在主持或參與某一特種加工領(lǐng)域的研究項(xiàng)目，如激光加工、電化學(xué)加工等，可在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)對(duì)特種加工具有較強(qiáng)興趣的學(xué)生，有目的性地指導(dǎo)成立興趣小組，為將來的課題研究做好后備人才儲(chǔ)備。

師范類高校一般設(shè)有本科生導(dǎo)師制，可依托開放實(shí)驗(yàn)室面向低年級(jí)本科生組成科研興趣小組，開設(shè)特種加工技術(shù)、電化學(xué)制造等系列研討課程，讓學(xué)生熟悉設(shè)備操作，強(qiáng)化學(xué)生的感性認(rèn)識(shí);在培養(yǎng)一段時(shí)間后，篩選表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生進(jìn)入在研課題，鼓勵(lì)、指導(dǎo)有基礎(chǔ)的學(xué)生自定研究方向，申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃;繼而針對(duì)立項(xiàng)題目，指導(dǎo)學(xué)生初步掌握科研方法、手段、技巧，完成開題報(bào)告、中期檢查、查閱資料、發(fā)表論文、撰寫結(jié)題報(bào)告、答辯等各個(gè)項(xiàng)目環(huán)節(jié)。

以大學(xué)生學(xué)科競賽為抓手促進(jìn)特種加工教學(xué)效果也是一種有效方法。目前，面向本科生的各種學(xué)科競賽已在高校中得到普遍重視和積極參與，包括傳統(tǒng)的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯大賽以及近年來廣受重視的“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)業(yè)大賽。參加高水平競賽時(shí)，本科生常需面對(duì)一些棘手的工程問題，因此往往需要通過非常規(guī)手段解決這些挑戰(zhàn)。而運(yùn)用特種加工等前沿技術(shù)手段則可有效幫助學(xué)生解決實(shí)際問題，激發(fā)深入研究問題的興趣和創(chuàng)新欲望。如筆者指導(dǎo)的2018年全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，參賽學(xué)生采用特種加工手段制作草莓采摘收集設(shè)備中的非標(biāo)件——高硬度異形刀片，以電火花穿孔在硬質(zhì)刀片表面加工安裝孔，組合使用磨削/擴(kuò)孔加工達(dá)到零件的特定外形，實(shí)現(xiàn)加工目的;對(duì)于復(fù)雜傳動(dòng)鏈條機(jī)構(gòu)則通過熔絲3D打印裝置加工出單元附件，插接而成。在特種加工手段的輔助下，學(xué)生加工出合格零部件，最終取得國賽二等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績。

3 結(jié)語

提高、強(qiáng)化機(jī)械類師范生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，對(duì)于促進(jìn)我國高端制造人才培養(yǎng)水平已具有重要意義和作用。本文通過對(duì)機(jī)械類師范生特種加工課程教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)研和分析，提出針對(duì)教學(xué)方法、教學(xué)模式和實(shí)踐教學(xué)的改革意見，創(chuàng)新性地提出案例—小組教學(xué)法、網(wǎng)絡(luò)—多媒體教學(xué)法、項(xiàng)目—競賽教學(xué)法等多種教學(xué)方式一體化的多元教學(xué)方法，以達(dá)到增強(qiáng)特種加工教學(xué)效果、培養(yǎng)具有創(chuàng)造性思維人才的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]溫兆麟.創(chuàng)新思維與機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[2]孫亮波.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2015.

[3]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，2008.

[4]白基成，李政凱.淺談創(chuàng)新思維對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)和特種加工技術(shù)發(fā)展的重要性[M]//黑龍江省高等教育學(xué)會(huì)2016年學(xué)術(shù)年會(huì)暨理事工作會(huì)論文集（下冊(cè)）.2016：494-499.

[5]張朝陽.特種加工教學(xué)中以哲學(xué)思想培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)[J].新課程，2014（12）：48-49.