基于大工程意識的汽車“安全錘”實踐教學改革

摘要：北京7·21特大暴雨引起了人們對汽車逃生安全錘的關注，以此為契機培養學生“大工程意識”及參加實踐訓練的興趣，對金工實訓教學內容及方式進行了改革。設計了既實用又適合金工實訓教學的安全錘，并進行了產品的工藝過程設計、教學實施方案、教學方式改革等，大大提高了學生學習實踐的主動性、創新性及動手能力，初步搭建了專業知識架構，并形成了一定的“大工程”意識，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：實踐教學改革；安全錘；大工程意識

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）27-0075-03

黨的十八大報告對我國教育事業的發展提出了新的更高的要求，強調“全面實施素質教育，深化教育領域綜合改革，著力提高教育質量，培養學生創新精神”等。作為高等教育工作者，落實上述新要求，辦好人民滿意的高等教育，關鍵在于注重“高等教育內涵式發展”，培養大學生的實踐動手能力，使其能夠縮短從學校到工作的就業適應期，為社會輸送具有專業技能的應用創新型人才。

在本科教學中，金工實訓是一門非常重要的實踐基礎課程，其主要教學內容包括車削、銑削、刨削、磨削、鉗工、線切割、鑄造、焊接等。該課程主要針對大一、大二的學生開設，技術性、綜合性較強，它既是機械類各專業學生學習其他技術基礎課程和專業技術課程所必不可少的實踐環節，也是學生基本實踐能力和操作技能的主要訓練環節。通過該實習和訓練，可以使學生了解機械制造工藝基礎知識，建立機械制造生產感性認識，培養學生對機械設計、制造專業的興趣，熟悉金屬加工工藝方法及工藝過程，掌握各工種的基本操作技能，從而提高學生的實踐動手能力和綜合素質，培養其作為設計人員的理念和思路，為今后專業課程的學習奠定堅實的基礎，培養出滿足現代制造業需要的創新應用型工程師人才。[1-3]2012年7·21北京特大暴雨事件引起了社會各界的廣泛重視，也引起了大家對安全錘質量的關注。傳統的金工實習往往是各工種獨立實習，互不相干，難以培養學生對制造工藝的整體認識。[4，5]而安全錘的結構復雜程度適中，它的加工過程能夠涵蓋金工實習中大部分授課內容，僅僅錘頭的部分就需要涉及到車削加工的車外圓、車端面、車倒角、切槽、切斷；銑削加工中的銑平面、銑凹槽；鉗工的鋸削下料、挫六方、安裝孔及緊固銷孔的鉆鉸、銷孔封堵片的設計及線切割的編程切割過程。因此，決定將逃生“安全錘”作為金工實訓的教學內容。

大工程觀是將工程教育和科學教育比較后提出的一個概念。麻省理工學院院長喬爾·莫西斯提出，大工程觀是為工程實際服務的工程教育的一種回歸，而與研究導向的工程科學觀相對立。大工程教育觀要求培養學生的工程意識、質量意識、系統意識、責任意識、成本意識和環保意識，加強學生的理論基礎和工程實踐能力。在大工程觀的視野下，現代高等工程教育的主要任務有：一是培養學生的責任意識；二是培養學生的學習能力；三是指導學生構建工程所需的基礎知識和基本能力；四是培養學生的工程思維能力；五是指導學生建立基本的價值判斷能力；六是培養學生基本的社會活動能力。[6-9]本次實習教學內容改革以上述要求作為根本出發點，將以往單一加工工藝的分離實習轉變為注重制造工藝流程的整體實習，使金工實習從傳統實習中簡單基礎操作技能的重復訓練逐步發展到設計與加工并重的綜合訓練，發展為鍛煉學生綜合能力的一種工程教育，不僅要使學生對零件制造工藝過程中的某一道工序有一定的認識，更要有助于培養學生提高包括工藝流程、工藝方法、工藝設備等整個工藝過程的大工程意識，幫助學生建立機械設計及制造的專業知識結構。目前汽車作為代步工具已經走進了普通百姓的家庭，本次實訓的成品不僅可以帶走留作紀念，更具有實用功能，能夠提高學生的實習熱情和興趣。因此，本次金工實習教學改革對于培養學生對專業學習的興趣、工程意識、創新意識以及提高學生的實踐動手能力具有非常重要的意義。

一、教學內容設計

1.安全錘設計

安全錘的工作原理就是利用其尖銳的圓錐形尖端敲擊玻璃，其強大的壓強就可以使玻璃輕微裂開。現在的汽車玻璃基本上都使用鋼化玻璃，一點點裂開就意味著整塊玻璃內部的應力分布受到破壞，從而在瞬間產生裂痕，接下來再用安全錘敲幾下，就可以擊碎玻璃。在車輛發生意外時，車內處于密閉狀態，在強大的沖擊力下，車門扭曲打不開，使用安全錘擊碎車窗玻璃就可以逃生，實際上是一把“救命錘”，是車友的必備安全用品。應急安全錘應具備施力點集中、方便施力、便于握持、重量合適、體積小巧便攜、外形美觀等特點。而金屬工藝學實訓教學要求實訓內容應能夠更多地覆蓋金工實習所要傳授的知識點，包括各工種常用設備的操作訓練、主要金屬加工工藝方法，還應該使各工種工作量均衡、材料便于加工、便于各工種協調及教學實施等。結合以上兩方面的要求，對應急安全錘進行產品設計，并不斷討論、試制、改進、完善等，最后形成教學產品，效果如圖1中（a）所示。安全錘采用45#鋼錘頭，鋁合金錘柄，便于學生進行金屬材料的切削訓練，錘頭與錘柄采用過渡配合，并采用銷釘進行緊固。

作為本科教學的金工實習，需要讓學生在各個工種工作量均衡分配，且每個工種的實習內容應該盡可能多地涵蓋本工種的常用知識。因此，需要根據已經擬定好的安全錘效果圖進行不同工藝流程方案、不同尺寸的試制，比較各工種的工作量是否分配合理。同時，將試制品分別給多人試用，讓其感受是否便于握持、是否能夠很好地施力、外形是否美觀，最終確定安全錘的加工尺寸如圖1（b）所示。

2.安全錘加工工藝設計

安全錘的加工主要包括鋸削下料、車錘頭、銑四方、銑封堵槽、銼六方、鉆鉸安裝孔及銷孔、封堵片的切割設計，最后進行產品裝配。包括金屬工藝學實訓冷加工的所有工種，并且采用了常用的金屬加工工藝方法，涵蓋了所有金屬實訓車、鉗、銑、線切割、加工中心等各工種的教學內容。安全錘的加工工藝過程如表1所示。

二、教學實施

安全錘的生產工藝需要按照嚴格的順序，因為上一個工種的加工如果不完成，相應的尺寸沒有成型，是無法進行下一工種的加工的。如圖2所示，圖中除了線切割封堵片以外，其余加工內容都必須按照先后順序進行。而實踐教學要考慮學生實訓的班級數量、實踐時間安排、各工種的輪轉等問題。因此，該類產品在投入教學時，當同時進行實訓的班級超過3個班時就無法讓每個班同學按照工藝過程設計的順序進行實訓安排。有的班級從車工開始，有的只能從銑工或者線切割、鉗工開始，這就需要在學生實習前準備一個班的不同程度的半成品作為備件，包括下好的料、車好的錘頭及手把、銑好四方的錘頭、銑好封堵槽的錘頭等，當學生無法按照工藝過程的先后順序進行實訓時，可以先采用半成品的備件進行操作練習，以確保實訓順利進行。

三、教學方式的創新

傳統金工實習一般采用類似工廠里“師帶徒”的教學方式，簡單重復操作，不易吸引學生的興趣。本次教學改革從現代化制造、“大工程”設計加工理念出發，根據學生的專業特點進行教學，從整體上考慮各工種對學生實踐動手能力的培養，尤其是分析和解決實際問題能力的訓練，提高學生的知識應用能力和團隊協作意識。

雖然多媒體教學在高校理論課堂上的應用已經非常普遍，然而在金工實習教學中，大部分院校還是采用傳統的講授方式，這主要是由于車間特殊的工作環境所致。然而研究數據顯示，人們對于圖像的捕捉和接受能力大大高于語言與文字，因此本次教學改革，尤其注重在實習教學中加入多媒體輔助，借助多媒體教學光盤、PPT等視頻、圖像、動畫形式演示、講解零件的加工工藝、加工過程、數控程序編制方法等，從而使教學內容更加形象、生動。讓各種機床的加工方法與過程不再抽象，而是活靈活現地展示在同學們面前，使加工工藝學習起來更加簡單，也保證了同學們對所學內容記憶更深刻。

此外，為了避免學生在實踐中過于懶散，提高實踐效率，本次教學改革還實現了實訓內容的模塊化教學，過程化的管理與考核，[10-12]提高學生的綜合素質。圖3為數控車床教學中的考核過程，根據學生的實踐時間及模塊選擇，規定相應的進度及要求并進行考核。每個模塊完成后可以組織學生進行優秀作品評展，讓學生互相交流和學習，激發學生的積極性，增強其成就感，培養學生對專業的興趣和熱情。學生在實踐中有創新也記入考核項目，以激發學生的創新意識。在實踐中除了注重培養學生的安全生產意識外，還應該強調愛護及正確使用設備、工具、量具，在滿足工件要求的條件下盡量節約材料、廢料分類回收再利用等觀念，可以將錯誤操作導致的刀架碰撞、工具飛出、工件報廢、超差等計入操作考核范圍，以強化學生的責任感。

大工程意識需要從整體觀、系統觀出發分析工程技術方面的問題，因此，對學生的考核也需要從相應的角度出發來加強學生的工程實踐能力和意識。整個實習過程不僅需要針對當前正在實習的工種內容進行過程化考核，也要對該工種對后續工藝的影響因素，如公差、尺寸、表面精度、定位等方面制定詳細的要求，讓學生了解任何一步簡單的操作都會對整個工件的工藝產生影響，從而影響最后的成品質量，從而體會到整個安全錘的加工過程是一個整體的生產流程來掌控，而不是單一的模仿性操作。在整體的生產流程中，作為設計師、工程師，不僅要學會相應的知識，更要提高自身的責任意識，用全局性的眼光來審視每一步的工藝步驟，從而逐步形成完整的工程意識體系。

在教學中鼓勵學生對錘頭形狀、手把形狀、封堵片等在滿足裝配要求的前提下進行自由創新設計，增強了學生的實踐興趣，培養了學生的創新意識。同時將所有數控設備聯網，并采用網絡化、信息化管理手段，對學生及數控程序進行管理，從而使教學資源利用率最大化，真正做到資源共享，最大限度地發揮資源優勢，有效提高教學效率、教學質量。

四、結論

通過應急安全錘的制作實踐訓練，學生對現代制造技術產生了濃厚的興趣，大大提高了學習實踐的主動性、創新性及動手能力，并形成了良好的“大工程”意識，初步搭建了專業知識架構，為今后的專業學習、擇業就業打下了堅實的基礎。

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（責任編輯：王祝萍）