木材切削原理與刀具課程教學(xué)改革

王明枝 李 黎

北京林業(yè)大學(xué) 北京 100083

木材切削原理與刀具課程是普通高校木材科學(xué)與工程本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是木工機械、制材學(xué)、木制品生產(chǎn)工藝、人造板生產(chǎn)工藝中有關(guān)切削加工部分的基礎(chǔ)[1]。課程涉及木材構(gòu)造和性質(zhì)、力學(xué)原理、金屬材料及熱處理、金屬零件的制造、設(shè)計等有關(guān)知識。主要講授木材切削過程中木材變形、破壞及分離的機理；切削運動學(xué)及動力學(xué)；加工質(zhì)量控制；切削刀具的磨損；刀具設(shè)計理論，典型刀具的設(shè)計方法，常用木工刀具的構(gòu)造、安裝調(diào)試、修磨等，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課及從事木材加工專業(yè)工作，解決木材加工中的切削及刀具方面的問題奠定基礎(chǔ)[2]。

1 現(xiàn)狀分析

木材切削原理與刀具課程安排在大二第二學(xué)期，與木材學(xué)同時開課，木材切削與金屬切削的根本不同在于木材屬于各向異性材料，木材加工的性能和特點與樹種、木材的含水率、早晚材、不同方向切削等因素密切相關(guān)，而學(xué)生對木材的特性及物理力學(xué)性能的了解甚少，這就需要在課程內(nèi)容里補充必備的木材學(xué)方面的背景知識，使學(xué)生從根本上認(rèn)識到木材切削的特點。另外學(xué)生在這門課之前沒有參加過專業(yè)實習(xí)，沒見過相關(guān)的刀具，對木材切削及刀具缺乏感性認(rèn)識，再加上課程內(nèi)容抽象，導(dǎo)致學(xué)生開始時感覺看不懂、聽不懂，對課程學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭倦情緒，影響教學(xué)效果。

2 合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

2.1 更新課程內(nèi)容

木質(zhì)復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展很快，我國人造板產(chǎn)量高居世界第一，傳統(tǒng)的木工刀具材料不能滿足加工工藝要求。隨著新材料的使用，木工刀具的發(fā)展越來越多元化，刀具的硬度、耐磨性越來越高。另外，木材加工行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和快速發(fā)展對刀具的設(shè)計、刀體材料、刀具表面處理、制造等方面的要求也越來越高，高速切削的應(yīng)用也越來越廣泛。這些新的發(fā)展及變化都應(yīng)及時體現(xiàn)在課堂內(nèi)容中，一方面可以提高學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是通過前沿內(nèi)容的介紹可以使學(xué)生了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。

2.2 增強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

木材切削原理部分理論性較強，刀具部分內(nèi)容比較抽象，學(xué)生理解課程內(nèi)容有一定難度[3]。教學(xué)計劃中安排教學(xué)實習(xí)，學(xué)生分組參觀實驗室內(nèi)的鋸條、圓鋸片、銑刀、鉆頭等刀具。另外，充分利用北京地區(qū)展覽多的優(yōu)勢，帶領(lǐng)學(xué)生參觀國際木工機械及刀具展覽，在展會現(xiàn)場結(jié)合實際有針對性地介紹相關(guān)知識，這有助于學(xué)生將抽象知識具體化，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，同時也能讓學(xué)生對行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢有鮮明的印象，對課程學(xué)習(xí)有很好的促進(jìn)作用。

2.3 增加專題介紹

結(jié)合木工刀具發(fā)展的熱點，如：木工銑刀新技術(shù)、聚晶金剛石刀具材料、硬質(zhì)合金刀具發(fā)展趨勢、激光切削、刀具的刃磨技術(shù)等內(nèi)容做專題講座。針對國內(nèi)外的研究熱點，如刀具設(shè)計、制造新技術(shù)新方法、刀具新材料的應(yīng)用、新的切削方法等內(nèi)容請相關(guān)專家教授做介紹，使學(xué)生有機會與大師對話，進(jìn)行思想碰撞，這樣可激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的熱情，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中找到樂趣，提高學(xué)習(xí)效率。

3 豐富教學(xué)方法，提高教學(xué)效果

3.1 多媒體、視頻與模型結(jié)合教學(xué)

木材切削原理與刀具所涉及的刀具部分角度比較抽象、新概念較多，切削原理部分與實踐聯(lián)系密切。基于課程的特點，采用傳統(tǒng)的課堂板書或僅借助平面圖的教學(xué)模式，學(xué)生普遍反應(yīng)難以理解。這就需要在多媒體課件中增加大量的圖像、視頻幫助學(xué)生理解切削原理及各類切削定義，減少理論的抽象性，使內(nèi)容變得直觀、生動、易于理解。

在講解刀具前角、后角、刃傾角等角度時，學(xué)生對空間角度概念理解不清，同時由于不同角度測量平面及概念的不同，需要理解的部分較多，學(xué)生學(xué)習(xí)時覺得各種角度太多，反映太難。針對這個問題，在課堂講解時，除了多媒體上的空間圖外，借用直角刨切刀具模型，現(xiàn)場模擬切削過程。通過這種方式，首先學(xué)生對刀具切削部分的結(jié)構(gòu)能有清晰的認(rèn)識，對前刀面、后刀面、切削刃、切削平面、法向剖面等各個平面能有直觀了解，有助于學(xué)生理清各刀具角度的概念及關(guān)系。其次，復(fù)雜刀具如成型銑刀等刀具模型可引起學(xué)生的興趣，使其輕松理解銑刀直徑、刀片厚度等刀具參數(shù)及裝配銑刀刀刃與刀體的排列方式，刀刃和刀體所用材料等知識，深刻理解成型刀設(shè)計的必要性和原理。

3.2 動畫仿真

課程涉及的刀具運動、切削過程、切削力分析等內(nèi)容比較抽象，學(xué)生理解時有困難，尤其是學(xué)生對刀具的基本知識，如前刀面、后刀面、切削時刀具的刃傾角等知識的理解能力有限，盡管有靜態(tài)圖輔助教學(xué)，學(xué)生仍覺得有難度，如利用Auto CAD，3D Max，Solid work等軟件制作三維模型庫和動畫庫，模擬切削過程，學(xué)生即可通過直觀的觀察，對切削的要素、工件表面的變化等知識有形象的認(rèn)識，提高教學(xué)質(zhì)量。

學(xué)生在設(shè)計鏟齒銑刀時，經(jīng)常出現(xiàn)對銑刀的參數(shù)選擇及計算與工件尺寸形狀的關(guān)系理解不清，讀圖讀不懂、繪圖速度慢等問題。通過動畫展示銑刀各視圖的畫法、形體分析法和線面分析法讀圖的思維過程和作圖過程，演示各參數(shù)之間的關(guān)系，提高了學(xué)生的讀圖能力、繪圖速度及學(xué)習(xí)效果。

直齒圓柱銑刀刀刃的運動軌跡為螺旋擺線，雖然有理論公式，但學(xué)生還是不清楚實際加工時的曲線軌跡。通過軟件仿真銑刀的運動，以動畫形式展示銑刀在不同加工方式下的銑削運動，并結(jié)合圖片展示刀刃運動軌跡曲線，從而讓學(xué)生對銑削運動有直觀體會和理性認(rèn)識。

3.3 網(wǎng)絡(luò)平臺

網(wǎng)絡(luò)平臺可方便學(xué)生在網(wǎng)上學(xué)習(xí)，本課程是我校的精品課程，在我校的精品課程網(wǎng)絡(luò)平臺上共享了電子課件、教學(xué)大綱、教學(xué)講義、教學(xué)錄像、復(fù)習(xí)提綱、往年試題、教輔材料等相關(guān)資料，學(xué)生可以利用課余時間在線觀看視頻教學(xué)，預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)課程，可反復(fù)學(xué)習(xí)重點及難點知識，加深印象，鞏固所學(xué)知識。

學(xué)生可根據(jù)自己對課程的掌握情況，針對自己的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺上的教學(xué)錄像，反復(fù)觀看學(xué)習(xí)關(guān)于該知識點的講解，自主探索尋求解決問題的方法，學(xué)習(xí)方式由被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿髦R。同時，網(wǎng)絡(luò)平臺還給學(xué)有余力的學(xué)生提供更廣闊的學(xué)習(xí)空間，學(xué)生可結(jié)合自己的興趣點，對不同的內(nèi)容進(jìn)行不同程度的學(xué)習(xí)，使因材施教變?yōu)楝F(xiàn)實，教育效率得到大幅度提高。另外還可借助網(wǎng)絡(luò)平臺向教師提問，彌補課堂上不能與教師深入交流的問題。學(xué)生還可查看網(wǎng)絡(luò)平臺上的教學(xué)大綱，對課程有整體的了解，清楚知道課程的重點與難點。

3.4 考核

課程考核是綜合評價教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)狀況的重要手段，考核方式越來越受學(xué)校和社會的重視，大學(xué)課程的考核方式更是高校建設(shè)發(fā)展的重點。本課程考核內(nèi)容包括試卷成績、實踐報告成績和平時成績。其中試卷成績占70%，實踐報告成績占10%，平時成績占20%。試卷成績是學(xué)生對重點知識點的把握及理解能力的考核。實踐報告成績是學(xué)生參觀展覽后針對一種刀具或機床的起源、發(fā)展、特點及加工范圍等的具體闡述及未來發(fā)展趨勢思考，有助于學(xué)生整合所學(xué)各章節(jié)知識，鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)及能力。平時成績是基于課堂上學(xué)生回答問題情況的反映。這3項結(jié)合起來對教學(xué)效果的評價更全面有效。

4 結(jié)束語

木材切削原理與刀具是普通高校木材科學(xué)與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對專業(yè)課學(xué)習(xí)及從事木材加工行業(yè)有重要意義。通過課程內(nèi)容的更新、調(diào)整，結(jié)合實踐課的學(xué)習(xí)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。采用先進(jìn)的教學(xué)手段，豐富的教學(xué)方法，如切削過程模擬動畫等，可將抽象知識形象化、直觀化，有利于學(xué)生對課程內(nèi)容的消化吸收。

[1]李黎,楊永福.關(guān)于木材科學(xué)與工程本科應(yīng)用技術(shù)型專業(yè)教材建設(shè)的思考[J].中國林業(yè)教育, 2011, 29(1):16-19.

[2]吳良奎.木材切削原理與刀具課程教學(xué)改革與實踐[J].安徽農(nóng)學(xué)通報,2011,17(7):192-193.

[3]孟五洲,蘇華禮.《金屬切削原理與刀具》課程的教學(xué)探索[J].安陽工學(xué)院學(xué)報,2011,10(6): 92-93.