《精密與特種加工》的強化實踐教學改革研究

摘要：《精密與特種加工》是機械制造及自動化的專業課，在學生掌握傳統機械制造技術的基礎上，講述精密與特種加工的基本原理和加工方法的實現，是一門理論與實踐結合性很強的課程，本文重點研究基于實驗平臺的強化實踐教學改革方法。針對當前該課程教學內容多、實踐環節弱的特點，提出課程的新型基本框架，強化教學實踐環節。通過課程教學實例證明了其有效性。

關鍵詞：精密與特種加工；機械制造；強化實踐；教學改革；激光切割機

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2012）07-0103-02

制造業是全面建設小康社會的支柱產業，是國家高新技術產業的基礎和國家安全的重要保障。而精密與特種加工，是保障制造業高水平持續快速發展的基礎。本門課程屬普通工科類高等院校開設的基本課程。通過調查研究發現，開設這門課程的學校基本以課堂講述為主，學生基本只能從黑板上了解精密與特種加工，即使開設了部分精密與特種加工方面的實驗課程，也因實驗成本高昂，變成演示性和參觀性的。這大大妨礙了學生對精密與特種加工含義的理解和認識。在這方面國內很多高校進行了相關的研究工作，如長沙理工大學對特種加工的教學課改、江蘇大學在特種加工實習方面的改革等。顯然，這種以課堂灌輸為主的教學方式，已不能適應研究型大學以培養學生自主創新素質為基礎的理念。因此，開展對《精密與特種加工》課程教學體系的革新，是值得探索的重要課題。《精密與特種加工》程一方面要使學生能在總體上了解精密與特種加工實現的基本原理、技術關鍵等，同時培養學生綜合應用各學科知識去建立數字化、集成化、智能化、精密化的思維與理念，從而突破傳統制造業的設計思想和制造方式，并進一步加強學生的實驗動手能力。因此，本文主要是探討一種能夠充分發揮學生學習主動性和積極性的教學方法、探討一種可以允許學生親自動手進行實驗操作的、實驗成本又不是很高的實驗輔助教學體系，在高等學校專業方向教學方面，應該有推廣應用的前景。

一、課程的基本內容框架

《精密與特種加工》課程立足于機械制造及自動化專業的基本特點，在概括介紹先進制造理念的基礎上，重點介紹精密與特種加工工藝技術，包括：超精密切削加工、電火花成形、電化學加工、高能束加工、超聲波加工、快速成形及其它現代成形加工方法。《精密與特種加工》課程共40課時，建設思路將采用課堂教學（26時）和實踐環節教學（14時）的時間安排模式。即增加實踐環節教學的比重，所有加工方法都安排相應的實踐環節。教師是課程組織者，而學生成為課程實施的主體，充分發揮學生的創造性和想象力，以學生為主組織教學。因此，提出新的課程基本理論框架包括如下內容：

1.超精切削加工，講述6課時。主要講述三大系統、六大模塊。三大系統主要包括超精密切削加工機理、精密切削機床和金剛石刀具；六大模塊包括精密主軸部件、精密導軌部件、進給驅動系統、精密測量技術、誤差補償技術和環境控制。

2.電火花成形，講述4課時。重點講述電火花加工的機理、電火花加工中的基本工藝規律和電火花加工機床的組成。其中，電火花加工機理是其核心內容，通過形象的動畫予以描述，增加學生更進一步的認識。

3.電化學加工，講述4課時。主要包括電解加工、電鍍、電刷鍍、復合鍍等內容。重點講述電解加工中的電解加工機理和基本規律、電解加工設備、電解加工工藝。最后通過現實中電解加工的應用開展實例教學。

4.高能束加工，講述4課時。該章主要包括三種高能束加工方法：激光束加工、電子束加工和離子束加工。講述中重點介紹激光束加工中的切割、焊接、打孔、熱處理技術及其它新應用。結合目前工程中的實際應用，通過實例和視頻讓學生有更加直觀的認識。

5.超聲波加工，講述2課時。主要介紹超聲波加工的機理、超聲波加工的設備及構成。在此基礎上，通過視頻形象地表達各領域中對超聲波加工的應用。

6.快速成形，講述4課時。快速成型技術帶來了制造方式的變革，采取分層—疊加（離散—堆積）的制造方式。本章重點講解快速成型的四中類型：光固化成形、疊層實體制造、選擇性激光燒結、熔融沉積造型。

7.新型前沿制造技術，講述2課時。主要介紹目前國際前沿的加工方法，如光刻技術、掃描探針納米加工技術等。

二、實驗平臺的體系結構

針對《精密與特征加工》課程的內容框架，在注重加工基本原理的前提下，結合實驗室現有加工設備，整合一套精密與特種加工實驗平臺，主要與上述課堂教學相對應。實驗平臺的體系結構和相應課時分配情況如圖1所示，每一種加工方法通過2課時的實驗讓學生分組進行實際操作，鍛煉其動手能力和對加工方法的進一步認識。

圖1?搖實驗平臺及課時分配

實驗流程如圖2所示。在開展實驗的過程中，首先實驗老師簡要回顧課堂內容，對實驗內容進行演示。然后通過分組，使同學們自己安排實驗方案、設備操作和樣品加工。最后由實驗老師對學生的操作和制備的樣品進行考評，并指出實驗過程中關鍵問題。

圖2?搖實驗過程示意圖

三、強化實踐的教改實例

教學活動中，注重強調學生自由發散思維的培養，鼓勵學生大膽地想，細心地做。提出問題，交由學生找出問題解決的方案、圖紙、程序，然后進行論證，最后進行實施，直到拿出最終的有形產品。下面以激光加工為例對實施方案進行了概括。激光切割機系統采用Windows XP作為操作平臺，造型軟件為AutoCAD，成形材料為各種厚度的金屬板材，刀具是無形的聚焦激光束。激光切割的原理是激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖、重復頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。實驗成本不高，保證了教學改革實施的持續性。精密與特征加工是一門理論與實踐結合性很強的課程，本文研究基于實驗平臺的強化實踐教學改革方法，實踐表明學生學習的積極性、主動性有了極大提高，動手能力和創新能力得到了進一步加強。

參考文獻：

[1]毛聰，郭克希，李旭宇，李河清.特種加工課程教學改革研究與實踐[J].理工高教研究，2010，（1）：134-136.

[2]任旭東，張永康，姜銀方，馮愛新.特種加工實驗教學改革與實踐[J].安徽工業大學學報，2008，（4）：109-110.

基金項目：中國礦業大學青年教師教學改革研究計劃項目（201114）

作者簡介：楊海峰（1981-），男，江蘇徐州人，中國礦業大學機電學院講師，主要從事精密與特種加工、機械制造等課程的教學與研究。