車床箱體拆裝實訓教學創新與實踐

【摘 要】為解決長春工業大學機械拆裝工程訓練教學模塊實踐教學過程中存在的學生理解慢、操作難、設備損耗大等問題，我們開發了模擬車床箱體拆裝的教學軟件，讓學生先按照車床箱體正確的拆裝工藝進行模擬拆裝。該方法對真實拆裝教學效果的幫助明顯，降低了箱體磨損、實訓成本及危險性，有助于探索出一條創新工程技術訓練教學的道路。"

【關鍵詞】拆裝 " "工程訓練 " "創新 " "教育技術 " "車床箱體

0 引言

實踐教學作為高等院校培養工程類人才的重要環節，對學生學習工藝知識、開創創新思維、增強工程實踐能力和意識、鞏固及加深理論知識具有重要作用。拆裝教學作為實踐教學環節中的重要組成部分，有助于提高學生實踐能力、創新精神、分析和解決工程問題的能力。拆裝教學是實踐性較強的課程，存在學生理解慢、操作難、設備損耗大等問題，為解決上述問題，本文提出了一些新的教學理念和手段，并對此進行了充分的可行性分析。

1 拆裝傳統教學模式分析

傳統拆裝實訓課程教學內容為：（1）基礎知識講解，實訓指導人員通過教學資料和實際零件的演示，講解機床各系統基本構造與工作原理、拆裝順序和工具的使用方法等。（2）各傳動機構的拆裝演示，各種零件的拆裝方法及注意事項等。（3）學生動手進行實際拆裝練習。

為了更好地培養學生的動手能力及創新思維，實踐教學中我們將傳統的教學模式作了進一步的改革：（1）拆裝演示。實訓指導人員在現場進行拆裝演示，目的是增強學生的感性認識和初步印象，指導人員完整地對主軸箱等進行拆裝。在演示過程中，通常要求學生帶著疑問在演示過程中認真觀察主軸箱等各機構的組成部分，了解這些部分在整體中的作用、確定各零部件之間的傳動關系及指導人員在拆裝過程中使用的工具和具體拆裝順序。（2）基礎知識講解。實訓指導人員通過多媒體對主軸箱各部分結構進行講解，內容包括各部件在整體中的作用及各傳動部件在整體傳動關系中所起到的作用和傳動原理，對其中涉及的拆裝工藝知識、工具的使用、注意事項、安全操作規程等內容進行深入講解。（3）實踐操作。在指導人員對主軸箱等部件的拆裝原理系統進行講解和部分演示后，學生分組根據指導人員講解的拆裝工藝對主軸箱等進行拆裝實訓，通過這個過程達到理論與實踐相結合。在整個實踐過程中，要求同學們有團隊協作精神，首先根據正確的拆裝工藝合理地確定拆裝方法、順序、所使用的工具等，遇到任何問題都能積極展開討論，開創思維，在緊密合作的基礎上很好地完成拆裝任務。（4）拆裝討論。實踐結束后，對學生的實踐操作過程和結果進行完整深入的分析，具體操作過程為每組同學首先在自己組內進行討論，然后分組互相交流，為了提高交流的效果，每名同學提出一個關于拆裝的問題并讓其他同學回答，找出在拆裝過程中普遍存在的問題，最后指導人員對普遍存在的問題進行詳細剖析和講解。

2 在實際教學活動中困擾教學指導人員的問題

長春工業大學開設機械拆裝工程訓練教學模塊，目的是讓學生掌握機械拆裝的基本方法和常用工具的使用，同時了解機械傳動的基本原理和配合的基本形式，分析并解決拆裝中遇到的問題，既增強學生的動手能力，也加強了學生對機械結構的深入了解，為以后的工作及創新思維奠定一定的基礎，教學效果較好。國內多數大學的工程訓練中心都開設了這一教學模塊，只是具體拆裝的內容有所不同，有的是飛機發動機，有的是自行車，不一而足。

經過長時間的經驗積累和問題的匯總，在實際教學過程中，有一個問題始終困擾著從事這一教學工作的教學指導人員，就是配合零件的磨損問題。長期的拆卸與裝配，必然導致配合零件的磨損，比如車床箱體的軸與齒輪。長期拆裝磨損后的配合件根本無法讓學生體會到過盈配合、過渡配合、間隙配合的區別以及相應的拆裝手段的區別。

為了保證實踐教學的效果，必須解決上述問題，這樣就必須更換破損的零件，而對于替換下來的零件，各個中心采用的方法多數是報廢，這樣的成本相當高，有些精密零件的費用可想而知是非常高的，而且想要達到很好的教學效果，就一定要保證更換磨損及破壞的零件的頻率，這就涉及費用的問題。這不是一般教學材料消耗費用能夠承擔的，而且專項支持有限。同時，破損零件由于配合不緊密，造成拆裝的困難，這樣拆裝實訓的危險性同時增加。總之，這一問題密切關系到拆裝實訓教學的效果和拆裝實訓的安全性。

3 改變教學設計、創新教學方法

通過上述問題的總結，目前我們迫切需要想到好的辦法去解決上述問題。

經過很多次的實驗驗證和方法的測試，得出結論：常規的辦法難以解決零件磨損及損壞的問題，因此零件的磨損是不可避免的，同時因為學生對拆裝實訓手段和工具的選用是從初級階段開始的，所以不可避免地會造成零件的破壞，這是不可控的。這樣，我們就從教學設計的根源去思考破解之道。我們經過分析認為，配合件的磨損是必然的，但磨損程度是可控的，通過適當的改進及采用適當的辦法讓學生在實際操作之前能夠初步認識零件，熟練掌握拆裝順序、各個拆裝工具的使用方法，這樣，在進行實際操作的時候，因為學生已經初步了解了整個拆裝過程，所以能注意操作要點及重點注意事項，這樣將會有效地減少磨損、延長拆裝零件與箱體的使用壽命，進而降低成本。同時，因為對整個過程的了解，安全操作規程已經熟悉于心，這樣就大大地降低了實訓的危險性。所以我們認為，探索和研究正確的教學方法是解決問題和創新的唯一出路。

經過我們的討論和總結，并結合目前教學手段的不斷更新，融入新技術和新手段，我們開發設計了一款《車床箱體拆裝訓練仿真教學軟件》，提供了模擬的拆裝實訓的工程背景。軟件涉及400多個零件、幾十種標準的和自制的工具，為學生拆裝訓練提供了一個虛擬平臺，實現了CA616車床主軸箱、進給箱、溜板箱拆裝教學的高逼真演示。軟件具有較逼真的仿真場景人機互動界面，涉及的每個零件都有正確和形象的三維模型，形象地對零件進行展示，觀察細節，且軟件具有零件功能展示的作用，較詳細地對每個零件的功能和安裝位置進行介紹，并附帶安裝和拆卸注意事項。軟件中每個零件都可以進行三維旋轉，學生可以在任意角度觀看零件的結構，進一步加強了學生對零件的了解和對其功能的認識。軟件很好地模擬了拆裝教學實訓過程，對各個機構進行了分開詳細的講解和拆裝介紹以及對工具選用的介紹。拆和裝分開展示，過程可反復進行，配有相關說明和提示。同時，系統具有三維的人機交互、拆裝實訓操作信息的實時反饋和實訓教學過程跟蹤記錄等功能。學生可以通過反復模擬訓練，認識和了解零件，模擬拆裝，自由控制過程，但軟件要求學生按照正確順序，選用正確工具進行拆裝，達到認識和熟練掌握實際操作要領的目的，同時兼顧學生自操自練，使課程不再枯燥，讓學生很好地參與進來。

圖1就是該仿真軟件的交互界面。

圖1 仿真軟件的交互界面

使用這款自主開發的仿真軟件，可以讓學生按照實際的拆裝順序選用合適的工具進行模擬拆裝，熟悉整個拆裝過程，清楚掌握拆裝結構內部的裝配關系和拆裝順序。熟練掌握內部的裝配關系和順序、選用合適的工具，對下一步的實際拆裝幫助很大，因為學生已經熟練掌握整個過程，認識了各個零件和各裝配關系，這樣便減少了因學生對拆裝課程的不熟悉而導致的無謂的裝配磨損甚至破壞。并且，經過熟悉之后學生加快了實際拆裝的速度，正確的操作自然會降低實訓的危險性。這也彌補了原來拆裝課教學的一些不足，例如，由于實訓場地及教學用零件的局限性，必須分組進行實訓，不是每個學生都能得到鍛煉。軟件最大的特點就是引導學生按照正確的順序選用合適的工具進行拆裝。如果使用不正確則會提示失敗，這樣加深了同學們的印象，就避免了在實際拆裝中犯同樣的錯誤。軟件的使用讓學生更容易專注地掌握相關的知識，達到教學目的，符合現代教育、教學理念，提高了工程訓練教學的實訓效果。

我們的拆裝工程訓練課經過調整后，現在的教學過程如下：首先講授拆裝的基本知識和安全操作規程，再在電腦上利用仿真軟件進行模擬拆裝，學生在老師的引導下學會使用該教學軟件，和老師一起認識零件，了解傳動結構及各個部分的配合關系，經過一系列的熟悉和使用，最后進行車床箱體的實際拆裝。

經過模擬拆裝后，學生由認識到熟悉再到掌握，由于熟練度的提高，學生實際拆裝的速度加快，但是整體教學時間沒有改變，在很大程度上解決了局限我們的時間及教學效果的問題。同時，這很好地解決了我們上面提到過的一直困擾教學人員的問題，如學生理解慢、操作難、設備損耗大，同時降低了實訓的危險性。軟件的設計目的是模擬拆裝，是一種輔助手段，為更好進行拆裝實訓打下基礎。有一點必須明確：工程訓練中的實際操作是不可替代的。

4 為傳統常規工程技術訓練教學進行了有益的探索

通過創新教學方法，從教學設計開始思考，運用現代教育技術手段，我們找到了破解拆裝工程訓練課教學瓶頸的辦法。更重要的是，這一實踐也為我們今后創新傳統常規工程技術訓練教學進行了有益的探索。長春工業大學工程訓練教學委員會的專家對這一教學模塊的建設表示肯定。一些近機類學院的教學副院長紛紛表示本專業選修這一模塊，他們認為，他們的學生都需要接觸相關設備，而這一模塊的教學能夠滿足他們的需要。

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