機械類師范生特種加工課程多元化教學方法研究

朱演 范暉

摘? 要 以江蘇師范大學機械類師范生為例，針對目前特種加工教學存在的模式單一、學時少、缺少實踐環(huán)節(jié)等問題，基于學生角度提出案例—小組教學法、網絡—多媒體教學法、項目—競賽教學法等多種教學模式的多元化教學方法，最終達到提高特種加工教學質量，激發(fā)和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的目標。

關鍵詞 機械類師范生;特種加工;多元化教學方法;案例—小組教學法;網絡—多媒體教學法;項目—競賽教學法

中圖分類號：G652? ? 文獻標識碼：B

文章編號：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、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達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，特種加工被廣泛應用于航空航天、國防、微電子等行業(yè)[1-3]。隨著21世紀以來我國制造業(yè)的高速發(fā)展，與傳統(tǒng)機械加工方法相比，特種加工作為一種高端制造中的先進制造技術，在國民經濟建設中的地位愈發(fā)重要，培養(yǎng)大批熟悉特種加工基礎理論并掌握相關技能的高層次應用型、創(chuàng)新型教育人才，以更好地促進、指導特種加工技術的發(fā)展，對于提升我國高端制造水平具有重要意義。

實際上，特種加工這一方法的產生，與培養(yǎng)具有創(chuàng)新思想的人才有著十分密切的關系。20世紀中葉，蘇聯(lián)莫斯科大學拉扎連科教授領導的師生研究團隊通過觀察物理現(xiàn)象，基于逆向思維獨辟蹊徑，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、能源問題日益嚴重，人類更加關注空間、地球和海洋科技的探索，微小機械裝置、微小尺寸零件的應用日趨廣泛，功能、結構復雜度以及極端環(huán)境下的服役可靠性等要求也不斷提高，具有一定形狀、結構、精度、表面質量的微小零件的需求日益迫切。許多傳統(tǒng)的機加工方法面對超硬材料加工、復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，從而實現(xiàn)材料去除、變形、變性的特種加工方法。可以預見，隨著科技的發(fā)展，創(chuàng)新思維在特種加工中的運用將日趨廣泛，并起到更加重要的推動作用。

不過，相對于前沿特種加工技術的迅速發(fā)展，特種加工課程教學和人才培養(yǎng)過程中卻仍存在一定不足。機械專業(yè)的師范生未來將擔負特種加工技術的普及和教學工作，這些不足會嚴重制約未來特種加工人才的培養(yǎng)和教育。

首先，因目前針對機械專業(yè)師范生的課程設置較為陳舊，理論課程較多，為學生安排的實踐課程學時不斷被壓縮，在先進制造領域飛速發(fā)展、新技術不斷涌現(xiàn)的背景下，內容與學時的教學矛盾愈加突出。就目前來說，教學改革首要解決的問題是，怎么樣在特定時間內讓學生在掌握基礎理論知識的同時，又能充分了解學科發(fā)展的前沿技術和研究進展。

其次，作為一門專業(yè)課程，特種加工涉及的知識、理論較為復雜抽象，多數(shù)學生理解、記憶、厘清抽象的加工原理存在較大難度，上課熱情難以調動，學習積極性不高，導致目前課程學習仍以灌輸性知識記憶為主，與培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標極不適應。更新改進教學方法，強化學生學習的主觀能動性，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要保證。

最后，特種加工實驗是理論教學的實踐環(huán)節(jié)，不僅能加深學生對理論的認知，而且能提升學生的動手能力。但由于科研條件限制，目前的實驗教學以演示和參觀為主，實踐環(huán)節(jié)常常流于形式，失去其應有的作用。

2 教學方法改革

針對特種加工課程存在的上述問題，提出案例—小組教學法、網絡—多媒體教學法、項目—競賽教學法等多種教學方式于一體的多元化教學方法。

案例—小組教學法? 特種加工課程的傳統(tǒng)教學模式主要為教師主導課堂，以知識傳授和應試考核為主，學生不是為解決問題而學習，而是被動聽課，學習主動性、獨立性難以培養(yǎng)。采用案例—小組討論教學法，可以充分調動學生的積極性，使學生置身于真實世界情境中，對知識的感知不是虛無縹緲的，而是具體形象的。這就引導他們運用課本知識來分析問題，討論出一個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域的典型問題，該問題應構架良好，但未給出明確的解決方法。學生拿到案例后，以小組形式進行分析探討，然后在教師指導下查閱各種資料和參考文獻。課程當中會有小組討論、小組代表報告和課堂辯論等多種教學形式，教師采用探索式和啟發(fā)式教學方法，既高效地傳授學生課程知識，又激發(fā)學生獨立思考的能力和對事物的創(chuàng)新意識，增進學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點時，即安排實訓學生首先觀摩FDM3D打印設備，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，并通過控制設備參數(shù)進行計算機切片處理，打印出不同分層厚度的成形實體。學生在這一過程中親身感受打印精度的變化規(guī)律，通過對成形過程的原理講解和不同實體對比，逐漸感性認識到實體表面的紋路、細節(jié)、粗糙度等區(qū)別與切片厚度、掃描路徑等參數(shù)設置之間的影響關系，從而深刻體會到快速成形時需要將復雜的三維加工轉化為一系列簡單的二維加工疊加這一核心思想，也會發(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在聯(lián)系。此后，教師將繼續(xù)下一個問題：改變切片厚度，加工質量和效率將出現(xiàn)何種變化？學生經過思考和實踐，得出3D打印件的材料性能、精度和成形效率是影響3D打印應用的主要因素這一結論。

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

網絡—多媒體教學法? 如前所述，特種加工課程是一門與生產、科研緊密聯(lián)系的前沿學科，科學性、工程性極強，要實現(xiàn)提高學生的認知能力和創(chuàng)新能力，僅僅依靠教材是遠遠不夠的，更多更新的知識需要學生在課外主動學習中去獲取。近年來，我國高校網絡課程教育蓬勃興起，網絡課程普遍采用多媒體技術開展教學。在教學實踐中，教師充分地利用多媒體教學的便利幫助求學者在交叉學習的狀態(tài)下高效地安排學習時間，促進學習積極性，充分提高學習效率，不斷優(yōu)化課堂教學效果。正是由于網絡教學多媒體課件的運用具備上述優(yōu)勢，學生才能夠最大限度地發(fā)揮主觀能動性，投入到學習過程中去，從而有所發(fā)現(xiàn)、有所思考，培養(yǎng)了創(chuàng)造性思維。

基于特種加工網絡教學平臺和多媒體技術，通過視頻，3D模擬等方式將真實特種加工案例的場景直觀地呈現(xiàn)在學生面前，展示出各種復雜抽象的加工技術的加工原理及微觀物理和化學過程，使抽象概念變得形象具體。而網絡教學平臺將為學生提供便于自學的各種各樣的文字、視頻、資料，內容包括：1）學科基礎理論知識的文字呈現(xiàn)，相對應的練習題;2）技術加工原理的3D動畫模擬、教師講解視頻、實際生產過程的視頻等;3）業(yè)界內著名的研究團隊、公司企業(yè)以及各大高校的詳細介紹。通過這些將學生眼中較為枯燥、抽象的科學現(xiàn)象、加工機理等課程內容以圖像、影視、聲音、動畫等形式展現(xiàn)出來，更加形象、生動，易于接受，為他們提供了更多自主學習的空間，加強了對理論知識的理解。

項目—競賽教學法? 特種加工是一門系統(tǒng)性、實踐性較強的學科，真正掌握相關基礎理論和實踐技能需要一個漫長的過程，需要精力和時間的持續(xù)投入。因此，通過鼓勵、促進學生參與某一課題，在做中學、在學中做，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域的研究項目，如激光加工、電化學加工等，可在教學過程中發(fā)現(xiàn)對特種加工具有較強興趣的學生，有目的性地指導成立興趣小組，為將來的課題研究做好后備人才儲備。

師范類高校一般設有本科生導師制，可依托開放實驗室面向低年級本科生組成科研興趣小組，開設特種加工技術、電化學制造等系列研討課程，讓學生熟悉設備操作，強化學生的感性認識;在培養(yǎng)一段時間后，篩選表現(xiàn)優(yōu)異的學生進入在研課題，鼓勵、指導有基礎的學生自定研究方向，申報大學生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓練計劃;繼而針對立項題目，指導學生初步掌握科研方法、手段、技巧，完成開題報告、中期檢查、查閱資料、發(fā)表論文、撰寫結題報告、答辯等各個項目環(huán)節(jié)。

以大學生學科競賽為抓手促進特種加工教學效果也是一種有效方法。目前，面向本科生的各種學科競賽已在高校中得到普遍重視和積極參與，包括傳統(tǒng)的機械創(chuàng)新設計大賽、挑戰(zhàn)杯大賽以及近年來廣受重視的“互聯(lián)網+”創(chuàng)業(yè)大賽。參加高水平競賽時，本科生常需面對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)。而運用特種加工等前沿技術手段則可有效幫助學生解決實際問題，激發(fā)深入研究問題的興趣和創(chuàng)新欲望。如筆者指導的2018年全國機械創(chuàng)新設計大賽，參賽學生采用特種加工手段制作草莓采摘收集設備中的非標件——高硬度異形刀片，以電火花穿孔在硬質刀片表面加工安裝孔，組合使用磨削/擴孔加工達到零件的特定外形，實現(xiàn)加工目的;對于復雜傳動鏈條機構則通過熔絲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，學生加工出合格零部件，最終取得國賽二等獎的優(yōu)異成績。

3 結語

提高、強化機械類師范生的創(chuàng)新能力和實踐能力，對于促進我國高端制造人才培養(yǎng)水平已具有重要意義和作用。本文通過對機械類師范生特種加工課程教學現(xiàn)狀的調研和分析，提出針對教學方法、教學模式和實踐教學的改革意見，創(chuàng)新性地提出案例—小組教學法、網絡—多媒體教學法、項目—競賽教學法等多種教學方式一體化的多元教學方法，以達到增強特種加工教學效果、培養(yǎng)具有創(chuàng)造性思維人才的目標。

參考文獻

[1]溫兆麟.創(chuàng)新思維與機械創(chuàng)新設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.

[2]孫亮波.機械創(chuàng)新設計與實踐[M].西安：西安電子科技大學出版社，2015.

[3]劉晉春，白基成，郭永豐.特種加工[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[4]白基成，李政凱.淺談創(chuàng)新思維對創(chuàng)新人才培養(yǎng)和特種加工技術發(fā)展的重要性[M]//黑龍江省高等教育學會2016年學術年會暨理事工作會論文集（下冊）.2016：494-499.

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