《激光加工》課程的教學改革研究與實踐

王翔

摘 要：《激光加工》是工程專業特別是機械制造專業的一門專業基礎課程，該課程對于制造行業人才培養具有重要作用。對于該課程教學中存在的問題，需要進行課程教學改革，提高學生的學習積極性，進而提高教學質量?；诖?，本文就《激光加工》課程教學改革展開研究，首先闡述了其改革背景，其次對其中的問題進行簡要分析，最后提出了改革措施，以供參考。

關鍵詞：《激光加工》 教學現狀 教學改革 實踐 創新

Research and Practice on Teaching Reform of Curriculum

WANG Xiang

（Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan Province， 610001 China）

Abstract： is a professional basic course for Engineering specialty， especially for Mechanical Manufacturing specialty， which plays an important role in talent training in manufacturing industry. For the problems existing in the course teaching， it is necessary to carry out the course teaching reform， improve students' learning enthusiasm， and then improve the teaching quality. Based on this， this paper studies the teaching reform of laser processing. Firstly， this paper expounds the reform background， then briefly analyzes the problems， and finally puts forward the reform measures for reference.

Key Words： ; Teaching status; Teaching reform; Practice; Innovation

制造行業發展中，激光加工技術是基礎技術，其在機械、印刷、冶金等行業發展中具有不可替代的作用。作為工科類學生實訓課程，激光加工技術的實踐性很強，學校要培養具有符合創性能力的人才就需要對課程進行初步改革。當前，大部分院校仍然以理論教學方式為主，但是激光加工技術是一門具有較強實踐性的課程，這種傳統教學方式已經無法滿足人才培養要求，學生在課堂上不僅要獲得理論知識，還需要具有實踐操作經驗，這是學校課程改革的重點^[1]。

1 《激光加工》課程教學改革背景

高校工程教育的目的在于讓學生學習工藝知識、了解制造過程、體驗工程文化、培養工程素質，相關課程也需要與當前的工業技術做好銜接。在工程教育體系中，激光加工技術占據重要地位，其需要根據技術變化不斷更新教學內容和設備，把握現代激光加工技術發展趨勢及其在工業體系中的實踐應用，進而提高激光加工實踐教學水平。為了深入落實國務院關于高等院校創新創業的教育改革意見，創新產學合作協同育人機制，發揮相關企業的作用，為高校開展產學合作協同育人項目提供支持^[2]。激光加工教學內容以及課程體系改革項目實施的載體是學校，企業則提供技術、經費、實踐平臺等支持，校企合作推進激光技術的發展，培養行業人才，在實踐教學中融入新的理念和技術，共同開發優質教學資源，構建數字化教學體系，進而不斷完善理論建設，建設理論、實踐結合的激光加工技術課程教學新體系。

2 《激光加工》課程教學現狀分析

我校對工科類學生在機械工程實訓教學中開設了《激光加工》這門專業基礎課程。該課程的重點在于激光加工基本原理和工藝技術的發展及其應用。激光加工是一種先進的制造技術，激光加工憑借著高效、節能環保的優勢受到各國重視。該技術中涉及的激光加工方法比較多，要想取得良好教學效果并不容易。如何能夠在有限的學時中讓學生們了解激光加工方法，深入淺出教學，在短期內提高激光加工技術教學質量成為教學難點^[3]?；诖?，本人對該方面展開深入思考，對現有教學方法進行了改革思考。

3 《激光加工》課程教學改革實踐

對于大部分學生而言，傳統加工技術教材內容抽象、乏味，特別是專業課程基本都是理論內容，原理抽象、枯燥，缺乏實際操作和實際案例，學生本身對這類課程的興趣較低，主動學習性差，缺乏學習動力。本文提出的教學模式改革先讓學生主動關心前沿技術和新概念，并對課程所學、所用進行較為詳細的介紹，提高學生的興趣，最后讓學生能夠明確基礎學習對后續應用和創新的重要性，逐步引導學生的興趣和主動性。先進的激光加工技術是通過激光束和物質相互作用而實現對材料的精加工，該技術中涉及了光學、物理學、材料學、計算機技術、機械制造加工等多門學科，是現代制造業發展的前沿技術。本課程主要通過詳細介紹激光加工技術力量、類型以及激光掃描、切割、打標、3D打印等等前沿技術，讓學生能夠了解激光加工技術及其應用，主動學習，進而提高教學質量。

3.1 教學內容改革實踐

《激光加工》課程屬于專業課，教學時需要明確課程任務和性質，培養學生的興趣，激發學生的主動學習能力，充分了解激光和材料作用，明確關鍵參數作用，并把握常見工作原理，熟知激光材料加工理論和系統組成，認識到不同原理激光器、激光加工工藝，具備激光加工思維，主動尋找激光加工機理，發揮創造能力，挖掘學生潛能，激發其創新思維，為后續發展和應用奠定基礎。

激光加工方法眾多，包括激光切割、焊接、打標、熱處理、微納制造、彎曲成形以及快速成形等不同方法，涉及的內容多，但是教學學時有限，因此需要明確教學重點，合理安排教學內容，在保證學生能夠利用所學知識實現實際生產需求的同時還需要確保專業基礎和理論講解結合。當前，激光切割和打標技術在工程實際中的應用較多，彎曲成形的研究應用較少，微納制造在電子封裝中的應用較多，在此基礎上，本課程把授課重點集中在激光掃描、切割、雕刻等方面，對激光焊接、打標等作一般介紹^[4]。

為保證教學質量，開課前需要熟記整個教學內容，因此，本人參考了不同激光制造行業專家觀點及其書籍，例如史玉升《激光制造技術》、邵丹《激光先進制造技術與設備集成》等專業書籍，參考其中的觀點、技術結合課程教材，根據我校專業人才培養方案整合授課內容，改革教學內容，形成系統的教學方法。此外，還需要注意及時更新知識，在教學環節中完善教學內容和知識體系，激發學習興趣，開拓視野^[5]。因此在準備教學內容時需要及時添加最新的激光加工技術，并在課程中引入實際案例，讓學生能夠及時了解新的激光加工技術的同時明確其具體應用，激發學生創新思維，提高學習興趣，實現從課本到實踐再到知識升華的目標。在保證教學內容不離開課本的同時能夠做到與時俱進。例如，在教學激光切割知識時，用亞克力板模擬零件加工。亞克力是一種開發較早的重要可塑性高分子材料，切割后具有干凈、精美的拋光邊緣，切割和雕刻亞克力板精度極高^[6]。用亞克力板切割齒輪、底板座等機械零件，先模擬加工，裝配調試成功后再用真正的金屬材料加工產品。這樣將實際操作引入機械設計與制造創新教學中，極大地激發了學生的學習興趣，提高教學效果。

3.2 教學方法和手段改革實踐

3.2.1 教學方法改革

教學方法和手段作為課程建設重要部分，日常教學時需要不斷改革教學方法。當前，大多數教師仍然采用傳統的填鴨式教學方法，這種教學方法無法拓展學生知識面，也無法提高學生的積極性，甚至會使學生產生厭學心理。在教授激光加工技術課程時，本人提出建立圍繞學生的教學環境，在教學活動中注重強調學生的主體地位，營造學習環境，發揮其積極主動性。例如，可以讓學生提出在學習或比賽時需要的零件，讓他們帶著問題有目的地學習，在講解時可以隨時給學生們布置任務，把握重點，讓學生建立屬于自己的知識架構^[7]。

3.2.2 教學方式改革

高校工程訓練中心主要在于培養學生工程實踐能力，在《激光加工》課程改革中，需要在理論教學改革基礎上重點創新實踐教學改革，加強實訓教學，提高高校學生的激光技術應用能力。

（1）理論教學。激光加工技術課程具有較強的理論性和實踐性，有效的教學方法能夠讓學生們加深記憶，采取板書+多媒體形式教學，可以提高教學信息傳輸量和內容完整性，通過板書歸納總結教學知識點，讓學生能夠更好掌握知識，通過多媒體可以讓學生們克服傳統教學特點，更容易理解抽象的教學內容，采用三維動畫、視頻、動畫等方式將知識點形象、具體的展現給學生，加深學生印象^[8]。例如，在講解激光加工方法時，通過多媒體課件播放視頻，讓學生們觀看實操現場，并對其重點操作進行理論講解，結合三維立體動畫演示，讓學生們能夠清楚激光加工原理以及過程，并向學生提問關于激光加工參數設置及其影響因素、選擇等，讓學生們能夠主動參與其中，取得良好效果。

（2）實訓教學。激光加工是工程實訓課程，教學時需要設置更多的實踐教學，而在實踐教學時，要注意培養學生的創新意識，積極引導每位同學參與，自己設計實驗，按照自己的加工方法和參數設計制造產品，激發學生的創新能力，讓學生能夠利用課堂知識進行實踐操作，提高激光加工的實際應用能力。例如在激光切割中，學生可以自己設計圖案作圖，將相關參數導入至計算機中處理，最終加工出成品，深入體會激光加工技術。在具體的實踐教學過程中，要結合具體案例詳細指導學生，根據學生實際情況和項目完成情況對學生的需求進行研究、確定，教授學習方法，培養學生的創新思維以及聚合思維，激發其創新就業能力。

本研究提出采用模塊化激光加工實訓，學校建設專門實訓場地，提供CAD/CAM實訓室和相關軟件和設備，激光加工實訓室配置了金屬激光切割機、金屬激光打標機、非金屬激光切割機、非金屬激光內雕機等，激光加工實訓室中，激光加工設備中包括了激光切割、標記、內調等技術。師資上，配置了模塊化激光加工實訓教學隊伍，包括專職教師、工程師、高級技師和技師，為了滿足不同年級實訓要求，按照現有實訓設備教學隊伍制定了模塊化激光加工實訓課程，其中包括基礎認知、強化實踐、綜合創新這3個體系，如圖1所示。

首先，開展基礎任職實訓課程。全校各學生在認知實訓中，一年級課程中加入了4課時基礎認知實訓，共分成2部分文成，其中2課時為金屬激光打標演示實訓以及2課時非金屬激光切割演示實訓，主要讓學生觀摩，教師在場地講解打標機和切割機結構、原理和防護知識，之后根據操作手冊對打標機和切割機進行演示、操作，最后得到實際加工操作?；A認知激光加工實訓經過示范教學能夠拓展學生視野，讓學生能夠了解激光加工等手段，激發其學習熱情。基礎認知激光加工實訓工件如圖2所示。

其次，開展強化實訓課程。在二三年級帶領學生集中開展強化實踐課程，共12課時，其中6課時為非激光切割課程，6課時為激光切割課程，主要讓學生動手實踐操作，雞兒提高學生的競賽能力和實操能力。

在強化實訓中，學生通過不斷實踐動手操作能夠激發參賽積極性和主動性。對此，實訓教師需要先將激光和非激光切割機結構、原理和防護知識進行詳細講解，之后根據操作手冊將二者操作流程分別演示出來，再進行實際加工。學生在了解流程后按照加工零件選擇適當加工設備開展實操作業。強化訓練工件如圖3所示。

最后，開展綜合實訓課程。在四年級和研究生階段開展綜合創新實訓課程，共24課時，其中8課時為金屬激光切割和打標綜合實訓，重點教授薄板類金屬工藝品制作，8個課時為非激光切割和雕刻綜合實訓，重點教授薄板類費金屬工藝品制作，8個課時為3D設計與激光內雕刻綜合實訓，重點教授透明水晶玻璃類工藝品制作。通過綜合加工實訓讓學生了解激光加工制作方式，并學會學以致用。綜合實訓課程訓練工件如圖4所示。

3.3 考核方式改革實踐

該課程主要是為了培養學生的理論素質和實踐能力，因此對于學生的考核不僅需要理論知識考核，還需要結合平時表現進行實際操作考核。其中平時表現和理論占總成績50%，包括課堂點名、出勤、課堂互動、創新能力、實習報告等;實際操作主要對激光加工軟件的應用、工藝參數設置以及學生具體操作時完成的零件質量、操作的熟練程度等進行考核^[9]，占總成績50%。通過這種綜合考核可以讓學生們了解激光加工理論和實踐內容，提高實踐操作水平。

4 《激光加工》課程教學改革效果

《激光加工》課程教學改革后，學生的主動學習能力增強，利用模塊化教學能夠讓學生及時發現問題、主動查閱資料，自主合作解決問題，提高學習主動性，同時也能夠讓學生掌握設備操作軟件，具備創新思維，提高動手能力，強化溝通、合作能力。對于老師而言，課程改革后教師的角色發生變化，具有指導性，能夠引導學生完成教學工作，提高教學主動性。對于企業而言，課程改革幫助企業培養了更具有實踐技能的人才，企業無需付出額外的人才培養成本，既能夠提高效率，也能夠節約人才成本。

5 結語

綜上所述，通過創新改革《激光加工》課程，可以改變以往的教學內容、方式、手段以及考核方式，提高學生的學習主動性和積極性，增加學生對于該課程的學習探究興趣，使學生能夠掌握激光加工技術，激發其創新能力，引導學生獨立完成任務，適應企業和市場需求。

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