“機械制造基礎”教學方法探討

潘日 馬春敏 陳迎春 昝濤

[摘? ? ? ? ? ?要]? 機械制造基礎是普通高等院校機械、測控專業學生的學科基礎必修課程，由于課程知識覆蓋面廣等原因，在教學中容易出現一些典型問題。基于此，對機械制造基礎課程教學存在的問題以及改革建議進行闡述。

[關? ? 鍵? ?詞]? 教育教學;機械制造;高等院校

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）20-0152-02

機械制造基礎課程知識覆蓋面廣[1-3]、難以理解，在學習的過程中對學生的要求比較高，所以在教學中就出現了一些典型問題[4-5]，這些問題降低了學生對課程學習的興趣，導致學生對機械制造基礎課程內容的理解和認識不深刻，最終影響課程教學目標的實現。

一、課程存在的問題

（一）課程內容覆蓋面廣，學習難度大

機械制造基礎課程的教學內容共12個章節，概括起來可分為工程材料學、熱加工及切削加工三大部分，課程知識面廣，涵蓋內容復雜且跨度大。大部分教學內容較抽象[6]，需通過背誦記憶，學習相對枯燥、難度大，容易降低學生學習本課程的積極性，造成學生厭學、缺乏學習興趣，無法達到課程的教學目的。

（二）教學內容相對陳舊

教學環節中的部分內容對應的設備相對陳舊，如“金屬切削加工機床的基本知識”章節中，以普通車床、銑床、鉆床等老式結構介紹為主[7]，重點講解了普車CA6140的主傳動鏈和進給傳動鏈的組成，以及“電動機+齒輪組”的普通機床變速實現方式。然而隨著現代制造技術的發展，數控機床在機械制造過程中正越來越多地替代普通機床，而上述變速方式也已由伺服電機取代，但上述內容在現有教學中課時較少。時代在進步，技術在發展，教材沒有完全同步，容易導致學生所學的知識點與參加工作時遇到的實際情況不符。

（三）課程教學與實踐脫節

機械制造基礎課程的許多知識點是從實際制造過程中總結出來的，具有較強的實踐性和應用性特征。然而在目前的教學中，由于課程覆蓋面廣、課時有限，加之相關管控更加嚴格，教學手段多以理論講解為主，學生參與課堂討論和實踐的機會少，盡管在課堂會穿插圖片、視頻等教學輔助材料，但更多是抽象的概念，不能使學生完全理解和感受機械制造的過程。對于學生而言，機械制造只是停留在書面上，不能生動形象地理解知識、切身感受機械制造技術，腦海中缺乏對應的加工場景，只是被動地接受，難以調動起他們的學習興趣。

以“金屬切削的基礎知識”章節為例，涉及的刀具角度標注的相關知識點主要停留在書本，理解該知識點在實際加工中的運用較困難，且對刀具角度的形成方法也未詳細介紹。此外，如金屬切削過程中存在的月牙洼刀具磨損形式及積屑瘤等切削現象，學生也很難有機會實際觀察到，無法將教材上的理論與實踐有機結合，幫助理解記憶。

二、解決的思路

（一）建立學習主線思維

圖1為機械產品制造的典型流程，包括“設計、選材（工程材料學）、毛坯成形（熱加工）、金屬切削加工（冷加工）和裝配檢驗”。以此為出發點，構建本課程學習的主線思維，首先明確本課程教學內容——工程選材、熱加工、冷加工在機械制造過程中的作用，突出教學重點。隨后將三大部分內容具體展開，由點及線，由線及面，由淺及深，循序漸進，使知識點間更加連貫、邏輯性更強，條理清晰，易于理解。加強學生對整個制造過程的認識，便于課前預習和課后復習，并能夠自主檢查對機械制造過程重要知識點的掌握程度，提高學習質量。

（二）知識點更新

隨著科技的不斷發展，機械制造技術也在不斷地進步，因此課程教學內容也應進行相應的調整。在機床方面，補充電主軸、伺服電機、加工中心、增減材復合機床、工業機器人、智能制造等機械制造領域的前沿知識，使教學內容緊隨科技發展潮流，使學生了解機械制造的發展方向以及應用，拓寬學生的視野，加深學生對知識點的理解。同時也可以圍繞知識點提供相關的視頻資料，使學生更直觀地認識加工過程，了解高精尖的加工設備及國內外機械制造的最新動態，豐富課堂內容，激發學生興趣，使學生保持學習的積極性。

（三）構建數字化虛擬實踐平臺

應用數字化技術、VR技術，將機械制造基礎課程的理論與實踐相結合，開發數字化虛擬實踐平臺[8-9]，使機械制造過程中的加工設備、加工工藝規劃、動態加工過程可以通過VR技術、數字化仿真技術直觀地呈現出來。學生可以通過電腦進行虛擬加工，按步驟開展“選材（工程材料學）、毛坯成形（熱加工）、金屬切削加工（冷加工）”等各階段的加工實踐，最終完成機械零件從選材到成品的整個制造過程，在實踐過程中，加深對各知識點的理解和融會貫通，使原來抽象、晦澀難懂的機械制造基礎知識點變得生動有趣。圖2所示為我校開發的“典型機械產品鑄造成形虛擬仿真平臺”，基于該平臺可實現典型機械產品毛坯成形階段的鑄造過程的虛擬仿真，包括鑄造工藝圖設計、真實鑄造車間場景內的鑄型制作及液體金屬澆注、液體金屬填充、凝固和冷卻過程的觀察及產品性能分析。上述虛擬平臺可以在一定程度上還原實際實踐過程，不僅可以彌補本課程中實踐環節的不足，還不受時間、空間的限制，在任意有網絡的地方即可完成學習，解決了實踐條件不具備、實驗成本高昂、熱加工現場面臨的高溫及危險性大等問題。同時顛覆了老師講、學生聽的傳統教學模式，讓抽象的理論立體化、形象化、直觀化，充分調動學生的主觀能動性和積極性，使學生主動學習、愛上學習，提高教學質量。