創(chuàng)意雕刻在工程實(shí)踐教學(xué)中的探索與應(yīng)用

武強(qiáng)強(qiáng)， 烏 蘭， 徐永勝， 沈 亮， 陳 響， 寇文軍

（西北民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部，蘭州730030）

0 引 言

高校工程實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生工程實(shí)踐能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐活動(dòng)，是培養(yǎng)學(xué)生安全意識(shí)、工程意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力的重要實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)［1-2］。但傳統(tǒng)的金工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在工業(yè)化大發(fā)展的時(shí)代需求，為緊跟時(shí)代步伐，各高校必須進(jìn)行工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革［3-4］，以滿足時(shí)代的需求。以我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)部開設(shè)的金工實(shí)習(xí)為例，在近期的實(shí)訓(xùn)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的積極性不是很高，特別是參加實(shí)訓(xùn)的非機(jī)專業(yè)的同學(xué)，可以體會(huì)到，現(xiàn)在的學(xué)生不象之前的學(xué)生，他們更希望學(xué)習(xí)自己感興趣的東西，并希望將自己的想法能夠添加進(jìn)實(shí)習(xí)作品中。隨著受教育對象的改變，為適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)要求的變化，我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)部工程訓(xùn)練中心對實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)改革與探索，新增開具有學(xué)生自主創(chuàng)新性的激光內(nèi)雕及數(shù)控雕刻創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

1 創(chuàng)意雕刻應(yīng)用于工程訓(xùn)練的必要性

先進(jìn)制造技術(shù)在機(jī)械行業(yè)領(lǐng)域有著重要的地位，代表著制造業(yè)的發(fā)展方向［5］。高校工程訓(xùn)練也在從傳統(tǒng)金工實(shí)習(xí)向現(xiàn)代化工程訓(xùn)練轉(zhuǎn)變；從傳統(tǒng)制造技術(shù)向先進(jìn)制造技術(shù)轉(zhuǎn)變；先進(jìn)制造技術(shù)可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)工程知識(shí)、激發(fā)創(chuàng)新潛力、提高工程實(shí)踐能力和工程意識(shí)起到其他課程不可替代的作用［6-7］。當(dāng)今大學(xué)生是隨著社會(huì)、科技、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下成長起來的新一代大學(xué)生，接受新知識(shí)、新技術(shù)、新技能、新工藝的能力很強(qiáng)，在實(shí)訓(xùn)過程中發(fā)現(xiàn)有很多學(xué)生有自己的一技之長，而且更關(guān)注各自的學(xué)習(xí)興趣愛好及對所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用［8-10］。

為此工程訓(xùn)練中心在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目上增設(shè)了激光內(nèi)雕、數(shù)控雕刻等作為學(xué)生的創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好設(shè)計(jì)自己喜歡的作品并對其進(jìn)行實(shí)體加工，這對提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能培養(yǎng)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面有重要意義，既豐富了實(shí)踐教學(xué)課程體系內(nèi)容，也能更好地引導(dǎo)學(xué)生從事自己喜歡的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，更好地適應(yīng)制造業(yè)的大環(huán)境。

2 創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)

2.1 創(chuàng)意雕刻實(shí)踐教學(xué)課程改革

根據(jù)新時(shí)期民族高等教育和應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求，結(jié)合工程訓(xùn)練中心實(shí)踐教學(xué)實(shí)際情況，以工程訓(xùn)練為載體，不斷拓展和豐富實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。建設(shè)富有特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)公共實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，創(chuàng)建“夯實(shí)基本技能，提升綜合能力，激發(fā)創(chuàng)新精神”的實(shí)踐教學(xué)體系［11］，在原有數(shù)控車、銑、電火花線切割等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目基礎(chǔ)之上，增加了數(shù)控雕刻、激光內(nèi)雕等先進(jìn)制造技術(shù)方面的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，作為學(xué)生的創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好設(shè)計(jì)自己喜歡的作品并對其進(jìn)行實(shí)體加工，這對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能培養(yǎng)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面有著重要意義；實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目豐富了工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及人才培養(yǎng)課程體系。

2.2 創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)的硬件保障

中心現(xiàn)有1臺(tái)三軸數(shù)控雕刻機(jī)床，1臺(tái)四軸數(shù)控雕刻機(jī)床，型號(hào)為Carver PMS16，2臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控雕刻機(jī)，型號(hào)為SmartCNC450E_DRT，雕刻機(jī)X/Y/Z軸運(yùn)動(dòng)定位精度為8/6/6 μm，X/Y/Z軸重復(fù)定位精度為5/5/5 μm；該數(shù)控設(shè)備定位精度高，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面零件產(chǎn)品、三維立體模型的精細(xì)化加工。并配置有ArtForm3.5及SurfMill8.0軟件，可以進(jìn)行產(chǎn)品的建模及完成數(shù)控編程；實(shí)驗(yàn)室有激光內(nèi)雕機(jī)Argus Pro 1臺(tái)套，三維相機(jī)1臺(tái)，并配套有相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件，同時(shí)實(shí)訓(xùn)室有若干臺(tái)臺(tái)式機(jī)，可用于學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)的作品設(shè)計(jì)及數(shù)控編程。故該創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目所需要的軟硬件設(shè)備都已經(jīng)具備，為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開展提供了設(shè)備保障。

3 創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目內(nèi)容及教學(xué)效果

3.1 激光內(nèi)雕實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容

激光內(nèi)雕指的是利用激光對水晶等玻璃制品表面及體內(nèi)進(jìn)行文字、圖形、圖像的雕刻，是激光加工的一種形式［12-13］。

激光內(nèi)雕實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目內(nèi)容如表1所示，通過實(shí)訓(xùn)，要求學(xué)生能進(jìn)行簡單模型的設(shè)計(jì)，會(huì)進(jìn)行點(diǎn)云后置處理，并能將輸出的點(diǎn)云文件在實(shí)體雕刻機(jī)上進(jìn)行加工，最后完成浮雕作品加工。

表1 激光內(nèi)雕實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容

學(xué)生部分內(nèi)雕作品如圖1所示。

圖1 學(xué)生激光內(nèi)雕部分作品

3.2 數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容

數(shù)控雕刻技術(shù)CNC（Computer Numerical Control）是將傳統(tǒng)的手工雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的一種先進(jìn)制造技術(shù)，它不僅傳承了手工雕刻工匠的靈活、精細(xì)、自如的特點(diǎn)，同時(shí)又有數(shù)控技術(shù)的高效率及高精度；不僅可以改變傳統(tǒng)手工雕刻效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的弊端，而且可以提高模型加工精度和工作效率，特別對一些輪廓復(fù)雜、難以加工的產(chǎn)品通過數(shù)控雕刻機(jī)完美地加工出來，使產(chǎn)品的制作更加精致［14-15］。

數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容如表2所示，通過實(shí)訓(xùn)要求學(xué)生進(jìn)行簡單模型的建模設(shè)計(jì)、工藝分析、走刀路徑規(guī)劃、NC程序的生成、NC程序的輸出、實(shí)體機(jī)床的操作，并完成雕刻作品加工。

表2 數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容

學(xué)生部分雕刻作品如圖2所示。

圖2 學(xué)生數(shù)控雕刻部分作品

3.3 教學(xué)效果分析

實(shí)驗(yàn)教學(xué)部工程訓(xùn)練中心結(jié)合實(shí)際情況，對工程訓(xùn)練進(jìn)行實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的教學(xué)改革探索，開設(shè)激光內(nèi)雕及數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，在實(shí)訓(xùn)過程中學(xué)生可以自由選擇設(shè)計(jì)自己喜歡的作品，并能進(jìn)行實(shí)體操作加工，學(xué)生設(shè)計(jì)制作的產(chǎn)品可以帶走留作紀(jì)念。在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及實(shí)訓(xùn)過程中，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實(shí)行小班化教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、自主選擇、增加實(shí)訓(xùn)的趣味性，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手的欲望，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀創(chuàng)意，讓創(chuàng)意雕刻走進(jìn)課堂，豐富數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，最后在實(shí)體機(jī)床上進(jìn)行加工，使數(shù)控雕刻實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生自身的興趣結(jié)合起來，形成具有創(chuàng)意性的數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

教學(xué)上工程訓(xùn)練中心逐步形成了選修、必修、實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目等多層次、多學(xué)科多類型的工程訓(xùn)練人才培養(yǎng)體系。激光內(nèi)雕及數(shù)控雕刻創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)課程在必修及選修學(xué)生中同時(shí)開設(shè)，必修課程主要針對電氣工程學(xué)院、化工學(xué)院、土木工程學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院開設(shè)，必修學(xué)生主要是認(rèn)知性實(shí)訓(xùn)，感興趣的同學(xué)可以參加選修課進(jìn)行更為深入的學(xué)習(xí)，也可以參加實(shí)驗(yàn)室設(shè)置的開放項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)。圖3所示為近3年參加金工實(shí)習(xí)學(xué)生來源及人數(shù)分布，從圖可見，近年來參加實(shí)訓(xùn)的學(xué)生人數(shù)相對穩(wěn)定。

圖3 近3年參加實(shí)訓(xùn)學(xué)生來源分布圖

在實(shí)訓(xùn)中進(jìn)行小班化教學(xué)，原來每組3～4人的實(shí)習(xí)小組，現(xiàn)在改革為每組1或2人，大大提升了每位同學(xué)親自動(dòng)手實(shí)踐操作的實(shí)踐過程。參與動(dòng)手的機(jī)會(huì)大大增加，而且作品的設(shè)計(jì)可以根據(jù)各自的喜好來選擇，很大程度上調(diào)動(dòng)了學(xué)生的自主性，積極性。在實(shí)訓(xùn)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)熱情高漲，開設(shè)的創(chuàng)意雕刻項(xiàng)目在實(shí)踐教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，以教師輔導(dǎo)為輔，以學(xué)生自身興趣為動(dòng)力，通過興趣推動(dòng)學(xué)生去自主學(xué)習(xí)實(shí)踐，實(shí)踐證明取得了良好的教學(xué)效果。

4 結(jié) 語

實(shí)踐表明，將激光內(nèi)雕及數(shù)控雕刻創(chuàng)意雕刻新技術(shù)應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)踐，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，讓學(xué)生主動(dòng)參與到實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中來；主動(dòng)去獲取理論知識(shí)，積極投入作品設(shè)計(jì)中，分析、制定加工方案，最后按照工藝流程加工出自己設(shè)計(jì)的作品。開設(shè)的創(chuàng)意雕刻項(xiàng)目在實(shí)踐教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，以教師輔導(dǎo)為輔，以學(xué)生自身興趣為動(dòng)力，通過興趣推動(dòng)學(xué)生去自主學(xué)習(xí)實(shí)踐，實(shí)踐證明取得了良好的教學(xué)效果，對推動(dòng)工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)改革具有一定的借鑒作用。