實驗教學法在數控加工工藝教學中的應用

摘 要： 本文對實驗教學法的內涵、實施過程等進行了概述，將其用于數控加工工藝教學，以切削參數對零件加工表面質量的影響案例說明了實驗教學法的應用過程。實踐證明，實驗教學法可以提高學生的綜合實踐能力、創新能力，培養學生嚴謹的實驗作風和合作精神。

關鍵詞： 實驗教學法 數控加工工藝教學 實施步驟 實施過程

1.引言

隨著現代制造業的迅猛發展，培養具有相應專業的業務基礎、較寬領域的基礎知識、創新設計與實踐能力，具備較高綜合素質的機械類人才，更好地服務于地方經濟發展，是高職院校機械類專業的人才培養方向[1][2][3]。

實驗教學法是教學中經常采用的理論與實踐一體化教學方式。通過實驗手段，得到規律與定律，使學生掌握本專業的有關理論知識、實驗方法和實驗技術。在職業教育教學活動中具有非常重要的意義[4][5]。

2.實驗教學法概述[4][5]

2.1實驗教學法的內涵

實驗教學法是借助與教學內容相關的專業設備和一定的技術手段，在一定的實驗條件下，驗證或探求一個技術或自然科學現象的真偽，參與者在實驗過程中提出問題或假設，樹立研究目標，提出實驗方案，觀察實驗現象，并根據實驗數據和實驗現象來解釋和驗證其問題或假說。

2.2實驗教學法的實施步驟

一個完整的實驗法教學活動過程包括六個部分：對問題的定位和闡明；提出假設；制訂實驗計劃；完成實驗；驗證/證偽假設；將關系/規律歸納成理論。

2.2.1對問題的定位和闡明。問題切入：闡述問題現象或由學生自己提出和闡明問題；由學生介紹實驗目的，所需工具、條件和實驗過程；實驗結果很大程度上取決于此階段對問題的基礎定位。

2.2.2提出假設。分析問題現象，由此可能會讓存在的知識、問題變得清晰明了；列出可能存在的或需要解決的問題；把期待的結果描述成準備檢驗的假設。

2.2.3制訂實驗計劃。制訂實驗方案；探討應用哪些檢測或實驗方法能夠對假設進行驗證；計劃工作步驟，解釋并介紹實驗裝置，繪制結構草圖。

2.2.4完成實驗。按照計劃準備實驗設備、裝置；完成實驗并書寫實驗報告或者描述測量和檢測的順序。

2.2.5驗證/證偽假設。評估測量結果的目的是獲取有質有量的結論；計算測量：確定測量順序并繪制出數據圖表；口頭論述實驗結果；對照假設，目的是驗證或者證偽假設。

2.2.6將關系/規律歸納成理論。將所獲取的各種知識和關系歸納到更高一層的理論；獲得的部分結論將起到解釋和說明規律的作用；將實驗的范例性轉化為基本結論。

這六個階段并不是一條簡單直線的過程，而是不同層次間的相互交織、不斷反復的過程，是一個動態流程，而且不同流程之間的聯系眾多；行動與情境有關，在問題中得以具體化，在行動過程中得出行動目標，在實施過程中要進一步改進或重新制定行動目標，再次反饋到“對問題的定位和闡明”階段，就可以比之前更精確地獲取設定假說所必需的信息。

3.實驗教學法在數控加工工藝教學中的應用——切削參數對零件加工表面質量的影響

3.1確定教學內容及教學目標

3.1.1教學內容

重點：正確制定軸類零件的車削加工工藝及切削用量和刀具角度的選擇方法。

難點：根據設計要求合理選擇切削參數、刀具等。

3.1.2教學目標

3.1.2.1知識目標：明確加工需要進行的準備工作；能確定典型軸類零件的加工工藝過程，并學會填寫工藝卡；能掌握車削外圓，熟練、規范操作機床，按照圖樣上的技術要求，合理選擇刀具、材料等，加工出表面質量、尺寸精度合乎設計要求的合格零件。

3.1.2.2能力目標：培養學生的觀察能力和動手操作能力；培養學生運用知識解決問題的能力。

3.1.2.3情感目標：通過“實驗教學法”的實施，讓學生養成規范的操作習慣和精益求精的工作作風。培養學生嚴肅認真、科學務實的工作態度和安全操作的良好作風。

3.2教學條件

鑄件、45#鋼和塑料棒等材料；數控車床、磨床等加工設備；900、350等外圓車刀；游標卡尺、外徑千分尺、粗糙度標準比較樣板等量具；《車工工藝與技能訓練》、《切削加工手冊》、《金屬切削刀具》等參考書目及網上資料等。

3.3具體實施過程

第一步，對問題的定位和闡述。本次實驗教學的內容是以影響機械零件加工表面質量的主要切削參數為重點內容。通過本次實驗活動，掌握影響零件的表面質量的不同加工方法、刀具、材料、切削參數選擇等綜合因素，加強對理論知識的形象化、綜合化掌握，培養學生的專業興趣。

第二步，提出假設。影響零件加工表面質量的因素很多，針對教學過程中存在的疑惑提出一些假設或偽證，如：切削速度越快工件表面越光滑；切削深度越小工件表面質量越高；不同材料的表面質量提高的方式都一樣；刀具類型和刀具角度選擇與材料沒有關系；在不同的加工階段為保證表面質量進給量的選擇關系不大等。

第三步，制訂實驗計劃。為順利完成實驗需要制訂實驗方案，明確工作步驟，各實驗小組對工作任務進行適當分工，做好充分的準備工作。

（1）教學組織。完成學生分組。組內對實驗的準備工作、數據記錄、實際操作等任務進行分工；因影響實驗結果的因素較為復雜，故組間工作重點要有所側重（如切削速度、進給量、刀具和材料等）。

（2）教學流程。復習軸類工件車削的常用加工方法及注意事項→制訂工作計劃→進行圖紙工藝分析→明確主要工作目標及加工要點→實際加工操作→成果檢測展示與小結→評價與總結。

第四步，完成實驗過程。實驗教學過程是按照計劃準備實驗設備或裝置，完成實驗并書寫實驗報告或描述測量和檢測的結果的過程；教師檢查審核每個小組的實施方案，對其出現的錯誤給以改正建議，由其小組討論后重新制訂方案再交給教師，檢查通過后方可投入使用。

第五步，驗證/證偽假設。各小組選派一名代表敘述其實驗方案并陳述其結論，回答教師和其他實驗組學生的提問，要求在規定時間內完成方案敘述、圖片資料的提供、產品展示等。

在匯報實驗結果的過程中，教師應引導學生針對實驗準備階段所提出的一些假設和設想等問題，來闡述在實驗過程中自己所做出的觀察和探索，實驗中記錄的實驗數據和計算結果之間的關系分析，展示支持結論的圖表、信息等。

第六步，將關系/規律歸納成理論。通過實驗結果的評價和總結，教師引導學生將所獲取的各種知識和關系歸納到更高一層的理論。

通過此次對影響零件表面質量的重要因素的多角度、多種形式的實驗活動，讓學生明白直接影響零件加工的表面質量的因素非常復雜多樣，如切削用量、刀具角度、刀具材料、零件自身的材質、切削液選用等。

第七步，評價內容與評分標準。影響零件加工表面質量的切削參數實驗評分標準及成績評定，如表1所示。

4.結語

通過影響零件加工表面質量的切削參數實驗的完成，學生學習了零件表面加工的一些理論知識及加工步驟，認識到零件表面質量是一個非常復雜的綜合性問題。將實驗教學法應用于數控加工工藝教學中，為學生提供了在“做”中“學”的機會，培養了學生的自我學習能力，提高了專業學習的興趣，調動了學習的積極性和主動性。

參考文獻：

[1]李勝武.機械加工實踐教學要以培養能力為主線[J].天津職業院校聯合學報，2007，（3）：74-75.

[2]黃建平.機械加工技術專業課程設置模式改革探討[J].職業技術研究，2008，（9）：143-144.

[3]徐美燕.以就業為導向培養學生職業能力[J].教育與職業，2005，（8）：65-67.

[4]Dr.Frank Buenning.行動導向教學理論基礎[M].同濟大學職業技術教育學院，2009，8.

[5]郭杰.大學專業課實驗教學法改革與效果分析[J].黑龍江教育，2009，（11）：74-76.

課題來源：河北科技示范學院教學研究項目：基于行動導向的高職機械設計與制造專業教學模式研究。q