激光加工工程訓練在師范類工科創新訓練中的探討與實踐

曹鳳紅 蔣 強 秦朝輝

（[1]樂山師范學院物理與電子工程學院 四川·樂山 614000；[2]重慶馨泓電力有限公司 重慶 400039）

先進制造技術與工藝對國家工業發展至關重要，而工程能力綜合訓練是一門實現理論與實踐現結合并體現跨學科綜合技術性基礎課，是機電、材料、汽服、藝術、工業設計等多學科復合型人才培養的必修實踐課之一，是對本科生進行的初次工程實踐訓練和制造工藝鍛煉與培養，也是對提高本科生綜合素質，在培養高質量工程技術人才中起著關鍵作用。[1-2]為了推動師范類院校工科專業的發展，工程能力綜合訓練以基礎性、創新性、實踐性、趣味性和跨學科為特點，重視學生創新能力與實踐動手能力的培養，2018 年樂山師范學院與北京正天激光簽訂了產學協同育人項目，學校以此為背景，構建了工程能力綜合訓練團隊，同時以全國大學生工程能力綜合訓練大賽為主題，提出了創新創業教育的內容包含“創新意識的培養、創新能力的提升、工程環境的認識、工程實踐的模擬”。[3]

近幾年，激光加工訓練課程在工科實踐訓練中起著越來越重要的作用。激光加工主要涉及外雕、內雕、切割、焊接等加工工藝，可根據需求任意成形，加工效率高，作品展現力豐富，適合材料、機械、藝術、工業設計等多專業訓練；激光加工工程綜合訓練主要包括激光加工及相關專業的理論與實踐、激光加工設備的結構及操作步驟，三維及工程制圖軟件的應用等，因此激光加工工程訓練是對學生的一種全面的、綜合的、系統的、創新性的綜合工程訓練。激光切割訓練課程可針對全校各專業進行開課的創新實踐課程，可實現交叉學科的學生進行現代工程素質綜合訓練教育，并為學生及教師創造了良好的綠色工程訓練空間。通過前期產品的設計，經激光加工形成相應的零部件，然后再進行組裝調試，既鍛煉學生的創新設計意識及創新能力，又能使設計制作的作品具有一定的創新性、實踐性、展示性。本文以激光切割訓練課程為例，探討師范類工科學生工程綜合素質、大工程意識及創新思維的培養與鍛煉培養思路，同時通過激光加工實訓課程的訓練加強學生的安全意識、提高工程綜合素質、強化學生對工程問題進行解決與分析能力、團隊合作能力，進而提高科學研實驗研究的能力和企劃能力。

1 激光加工訓練課程創新教育理念的定位

激光加工訓練課程主要以學科大賽為載體，以學科大賽作品為項目平臺引導大學生工程思維，加強大學生的創新意識與實踐能力，使學生學會如何用理論解決工程實際問題，以學科大賽作品設計要求及規則為基礎，自我挖掘，完成作品中所需零部件的設計及加工，鍛煉并培養學生工程意識與工程創新能力。

在進行激光加工工程訓練過程中對學生首先要強調工程安全意識，加強學生安全觀念，嚴格按照設備操作規程使用設備，了解實驗室設備使用制度，其次了解并熟悉激光加工的基本原理，按照操作規程實現設備的操作與使用，同時加強學生創新自主學習的思維和工程綜合素質及大工程意識。

在激光加工工程創新訓練過程中，學生熟悉并了解激光加工的基本原理的同時實現對設備的操作和使用，同時加強學生對先進加工制造技術加工方法的實踐訓練，此外在實訓課程中，結合學科競賽作品的設計要求和任務，使學生更多的了解產品使用環境、設計過程、材料選擇原則、工程成本分析，對培養學生的工程綜合實踐能力、拓展創新思維，提高創新意識，對學生創新及綜合實踐能力的培養有著重要的發展意義。

2 創新思維的培養

2.1 激光切割訓練項目

創意源于生活，并在理性中發展，其本質是創新活動由感性認識到理性思維的飛躍。[4]激光切割訓練課程為開放性課程，學生可根據自己的興趣進行自由選題，然后進行作品總體方案設計，零部件結構及材料選擇與確定，根據設計要求選擇合理的激光加工工藝參數加工成形，最后將加工的零部件進行組裝并調試。此訓練既考查學生對生活中身邊事物的觀察與分析的能力，同時也考查學生的對實際問題的思考與解決能力，通過學生自己選定的創意作品為選題，在確定主題后，學生小組討論、提出并確定創意設計方案，教師審核該方案，然后按照激光加工設備的操作步驟完成產品的設計加工。

利用CAD、UG、Pro/E等軟件繪制出激光切割所需的DXF圖紙。設計過程中須考慮材料選擇及所選擇的作品零部件間連接方式，一般可采用插接或者鉸接等連接方式，若采用插接方式，需要材料的厚度與插口之間的配合；若采用鉸接方式，需要注意孔孔之間的位置公差等要求，如秋千與手槍的板與板之間的連接及鏤空結構利用CAD或者其他軟件制圖繪制切割路線，其中材料厚度為3mm，則連接插口寬度設計為3mm 并保存為DXF 格式，然后將轉化好的DXF 格式文件傳到激光切割設備上，同時選擇相應尺寸的膠合板，按步驟進行加工，最后組裝成自己預期的創意作品，如圖1 所示。

在這一過程當中，使學生逐漸明白如何將想象的事物通過相關工藝與方法轉化成實際作品，對產品的服役環境、使用對象、成本分析、材料選擇等有一定工程認識與研究，有意識有目的的引導并培養學生工程實踐創新思維與能力，使學生建立大工程意識與工程設計理念，提高學生創新及實踐動手能力。

圖1 秋千和手槍

2.2 激光加工工程訓練中創新實踐能力的培養實例

以工程綜合能力訓練大賽中S形避障無碳小車為例，首先確定小車的設計任務與要求，確定小車總體結構及零部件的設計方案，繪制所需加工零件工程圖，確定小車主體結構及相關零部件尺寸；將選定的POM板放入激光切割機中，然后根據小車底板結構和尺寸繪制CAD 切割路線圖并轉化成DXF 格式后，導入與激光切割機相連的電腦中，用軟件打開導入的文件，設置切割機功率及軌跡參數，在電腦界面上選定原點，確定切割范圍，調整激光頭與POM 板材的距離，一次性切出車輪6、7，底板3 以及側板1 和2，齒輪3、4、5 后，按裝配順序和零件插接及鉸接尺寸分別進行連接和組裝，得到小車主體結構，如圖2 所示。

圖2 小車底盤組裝

2.3 激光加工訓練中創新創業能力的培養

以現代新型培養人才為目標，創新創業教育是新型人才培養重要部分，通過激光加工訓練將創新創業思維延伸到課程的各個環節。

創新訓練中選題要求具有一定的產品設計，具有一定的科學性、實用性、價值性及趣味性，基于此采用以項目作為載體進行激光加工訓練時，以工程能力綜合訓練大賽項目s 型避障小為載體，在訓練過程中，學生要對小車的設計要求做充分了解，然后對大賽中的作品進行創新設計，讓學生充分體驗到在玩中學，學中做，打開思維，將枯燥無味的理論，變成生動有趣的動手實踐，真正實現以學生為主體的新型課堂模式，同時將創業理念融入激光加工工程訓練課程中，對激光加工工程訓練內容進行一定的延伸，展開對產品原料的選擇、加工成本分析，用戶需求等問題進行探討，同時對作品的設計、加工及裝配進行反思，以達到對產品的提升與完善。

通過激光加工工程訓練使學生不僅熟悉設備的操作步驟，還激發了學生大工程創新理念，提高學生創新動手能力，同時了解了產品設計與開發的過程，更重要的是了解市場需求，有助于創業思維的形成與鍛煉。先進性、系統性、綜合性和開放性是激光加工工程及綜合訓練主要特點，因此，通過開展創新創業教育，更容易使學生更容易將創新與創業進行有機結合，以創新推動創業，以創業促進就業。

3 結語

（1）激光加工工程實踐訓練是一門以提高學生創新意識、培養大學生創新思維、樹立新工科大工程創新理念以及鍛煉創新實踐能力的綜合性、開放性、先進性、創新性和趣味性的實踐課程，其課程立體性強，容易激發學生的學習興趣，推動新工科教學改革的發展。

（2）該課程以學科競賽為載體、以工程實際問題為項目設計任務和目標，充分調動學生的學習興趣，利用相關的專業知識進行自主設計、開發、制作、安裝調試，由此加強大學生的基礎設計及實踐能力的培養，形成真正意義上的以學生為中心的自主學習模式。

（3）以項目為引導的激光加工工程能力綜合訓練有助于鍛煉學生的工程認識能力，體會對產品系統開發設計的過程，再融入創業教育，將會大大推動新工科工程能力綜合訓練實踐課程的發展。