車床箱體拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐

【摘 要】為解決長春工業(yè)大學(xué)機(jī)械拆裝工程訓(xùn)練教學(xué)模塊實(shí)踐教學(xué)過程中存在的學(xué)生理解慢、操作難、設(shè)備損耗大等問題，我們開發(fā)了模擬車床箱體拆裝的教學(xué)軟件，讓學(xué)生先按照車床箱體正確的拆裝工藝進(jìn)行模擬拆裝。該方法對真實(shí)拆裝教學(xué)效果的幫助明顯，降低了箱體磨損、實(shí)訓(xùn)成本及危險(xiǎn)性，有助于探索出一條創(chuàng)新工程技術(shù)訓(xùn)練教學(xué)的道路。"

【關(guān)鍵詞】拆裝 " "工程訓(xùn)練 " "創(chuàng)新 " "教育技術(shù) " "車床箱體

0 引言

實(shí)踐教學(xué)作為高等院校培養(yǎng)工程類人才的重要環(huán)節(jié)，對學(xué)生學(xué)習(xí)工藝知識、開創(chuàng)創(chuàng)新思維、增強(qiáng)工程實(shí)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(xué)作為實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，有助于提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神、分析和解決工程問題的能力。拆裝教學(xué)是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，存在學(xué)生理解慢、操作難、設(shè)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(xué)理念和手段，并對此進(jìn)行了充分的可行性分析。

1 拆裝傳統(tǒng)教學(xué)模式分析

傳統(tǒng)拆裝實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容為：（1）基礎(chǔ)知識講解，實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)人員通過教學(xué)資料和實(shí)際零件的演示，講解機(jī)床各系統(tǒng)基本構(gòu)造與工作原理、拆裝順序和工具的使用方法等。（2）各傳動機(jī)構(gòu)的拆裝演示，各種零件的拆裝方法及注意事項(xiàng)等。（3）學(xué)生動手進(jìn)行實(shí)際拆裝練習(xí)。

為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力及創(chuàng)新思維，實(shí)踐教學(xué)中我們將傳統(tǒng)的教學(xué)模式作了進(jìn)一步的改革：（1）拆裝演示。實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)人員在現(xiàn)場進(jìn)行拆裝演示，目的是增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識和初步印象，指導(dǎo)人員完整地對主軸箱等進(jìn)行拆裝。在演示過程中，通常要求學(xué)生帶著疑問在演示過程中認(rèn)真觀察主軸箱等各機(jī)構(gòu)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(guān)系及指導(dǎo)人員在拆裝過程中使用的工具和具體拆裝順序。（2）基礎(chǔ)知識講解。實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)人員通過多媒體對主軸箱各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解，內(nèi)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(guān)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(xiàng)、安全操作規(guī)程等內(nèi)容進(jìn)行深入講解。（3）實(shí)踐操作。在指導(dǎo)人員對主軸箱等部件的拆裝原理系統(tǒng)進(jìn)行講解和部分演示后，學(xué)生分組根據(jù)指導(dǎo)人員講解的拆裝工藝對主軸箱等進(jìn)行拆裝實(shí)訓(xùn)，通過這個過程達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合。在整個實(shí)踐過程中，要求同學(xué)們有團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，首先根據(jù)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(chuàng)思維，在緊密合作的基礎(chǔ)上很好地完成拆裝任務(wù)。（4）拆裝討論。實(shí)踐結(jié)束后，對學(xué)生的實(shí)踐操作過程和結(jié)果進(jìn)行完整深入的分析，具體操作過程為每組同學(xué)首先在自己組內(nèi)進(jìn)行討論，然后分組互相交流，為了提高交流的效果，每名同學(xué)提出一個關(guān)于拆裝的問題并讓其他同學(xué)回答，找出在拆裝過程中普遍存在的問題，最后指導(dǎo)人員對普遍存在的問題進(jìn)行詳細(xì)剖析和講解。

2 在實(shí)際教學(xué)活動中困擾教學(xué)指導(dǎo)人員的問題

長春工業(yè)大學(xué)開設(shè)機(jī)械拆裝工程訓(xùn)練教學(xué)模塊，目的是讓學(xué)生掌握機(jī)械拆裝的基本方法和常用工具的使用，同時了解機(jī)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(qiáng)學(xué)生的動手能力，也加強(qiáng)了學(xué)生對機(jī)械結(jié)構(gòu)的深入了解，為以后的工作及創(chuàng)新思維奠定一定的基礎(chǔ)，教學(xué)效果較好。國內(nèi)多數(shù)大學(xué)的工程訓(xùn)練中心都開設(shè)了這一教學(xué)模塊，只是具體拆裝的內(nèi)容有所不同，有的是飛機(jī)發(fā)動機(jī)，有的是自行車，不一而足。

經(jīng)過長時間的經(jīng)驗(yàn)積累和問題的匯總，在實(shí)際教學(xué)過程中，有一個問題始終困擾著從事這一教學(xué)工作的教學(xué)指導(dǎo)人員，就是配合零件的磨損問題。長期的拆卸與裝配，必然導(dǎo)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(xué)生體會到過盈配合、過渡配合、間隙配合的區(qū)別以及相應(yīng)的拆裝手段的區(qū)別。

為了保證實(shí)踐教學(xué)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(shù)是報(bào)廢，這樣的成本相當(dāng)高，有些精密零件的費(fèi)用可想而知是非常高的，而且想要達(dá)到很好的教學(xué)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(fèi)用的問題。這不是一般教學(xué)材料消耗費(fèi)用能夠承擔(dān)的，而且專項(xiàng)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(shí)訓(xùn)的危險(xiǎn)性同時增加。總之，這一問題密切關(guān)系到拆裝實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效果和拆裝實(shí)訓(xùn)的安全性。

3 改變教學(xué)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新教學(xué)方法

通過上述問題的總結(jié)，目前我們迫切需要想到好的辦法去解決上述問題。

經(jīng)過很多次的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和方法的測試，得出結(jié)論：常規(guī)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?yàn)閷W(xué)生對拆裝實(shí)訓(xùn)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(xué)設(shè)計(jì)的根源去思考破解之道。我們經(jīng)過分析認(rèn)為，配合件的磨損是必然的，但磨損程度是可控的，通過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)及采用適當(dāng)?shù)霓k法讓學(xué)生在實(shí)際操作之前能夠初步認(rèn)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(jìn)行實(shí)際操作的時候，因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)初步了解了整個拆裝過程，所以能注意操作要點(diǎn)及重點(diǎn)注意事項(xiàng)，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(jìn)而降低成本。同時，因?yàn)閷φ麄€過程的了解，安全操作規(guī)程已經(jīng)熟悉于心，這樣就大大地降低了實(shí)訓(xùn)的危險(xiǎn)性。所以我們認(rèn)為，探索和研究正確的教學(xué)方法是解決問題和創(chuàng)新的唯一出路。

經(jīng)過我們的討論和總結(jié)，并結(jié)合目前教學(xué)手段的不斷更新，融入新技術(shù)和新手段，我們開發(fā)設(shè)計(jì)了一款《車床箱體拆裝訓(xùn)練仿真教學(xué)軟件》，提供了模擬的拆裝實(shí)訓(xùn)的工程背景。軟件涉及400多個零件、幾十種標(biāo)準(zhǔn)的和自制的工具，為學(xué)生拆裝訓(xùn)練提供了一個虛擬平臺，實(shí)現(xiàn)了CA616車床主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱拆裝教學(xué)的高逼真演示。軟件具有較逼真的仿真場景人機(jī)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(jìn)行展示，觀察細(xì)節(jié)，且軟件具有零件功能展示的作用，較詳細(xì)地對每個零件的功能和安裝位置進(jìn)行介紹，并附帶安裝和拆卸注意事項(xiàng)。軟件中每個零件都可以進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)，學(xué)生可以在任意角度觀看零件的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加強(qiáng)了學(xué)生對零件的了解和對其功能的認(rèn)識。軟件很好地模擬了拆裝教學(xué)實(shí)訓(xùn)過程，對各個機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分開詳細(xì)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(fù)進(jìn)行，配有相關(guān)說明和提示。同時，系統(tǒng)具有三維的人機(jī)交互、拆裝實(shí)訓(xùn)操作信息的實(shí)時反饋和實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程跟蹤記錄等功能。學(xué)生可以通過反復(fù)模擬訓(xùn)練，認(rèn)識和了解零件，模擬拆裝，自由控制過程，但軟件要求學(xué)生按照正確順序，選用正確工具進(jìn)行拆裝，達(dá)到認(rèn)識和熟練掌握實(shí)際操作要領(lǐng)的目的，同時兼顧學(xué)生自操自練，使課程不再枯燥，讓學(xué)生很好地參與進(jìn)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(fā)的仿真軟件，可以讓學(xué)生按照實(shí)際的拆裝順序選用合適的工具進(jìn)行模擬拆裝，熟悉整個拆裝過程，清楚掌握拆裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裝配關(guān)系和拆裝順序。熟練掌握內(nèi)部的裝配關(guān)系和順序、選用合適的工具，對下一步的實(shí)際拆裝幫助很大，因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)熟練掌握整個過程，認(rèn)識了各個零件和各裝配關(guān)系，這樣便減少了因?qū)W生對拆裝課程的不熟悉而導(dǎo)致的無謂的裝配磨損甚至破壞。并且，經(jīng)過熟悉之后學(xué)生加快了實(shí)際拆裝的速度，正確的操作自然會降低實(shí)訓(xùn)的危險(xiǎn)性。這也彌補(bǔ)了原來拆裝課教學(xué)的一些不足，例如，由于實(shí)訓(xùn)場地及教學(xué)用零件的局限性，必須分組進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，不是每個學(xué)生都能得到鍛煉。軟件最大的特點(diǎn)就是引導(dǎo)學(xué)生按照正確的順序選用合適的工具進(jìn)行拆裝。如果使用不正確則會提示失敗，這樣加深了同學(xué)們的印象，就避免了在實(shí)際拆裝中犯同樣的錯誤。軟件的使用讓學(xué)生更容易專注地掌握相關(guān)的知識，達(dá)到教學(xué)目的，符合現(xiàn)代教育、教學(xué)理念，提高了工程訓(xùn)練教學(xué)的實(shí)訓(xùn)效果。

我們的拆裝工程訓(xùn)練課經(jīng)過調(diào)整后，現(xiàn)在的教學(xué)過程如下：首先講授拆裝的基本知識和安全操作規(guī)程，再在電腦上利用仿真軟件進(jìn)行模擬拆裝，學(xué)生在老師的引導(dǎo)下學(xué)會使用該教學(xué)軟件，和老師一起認(rèn)識零件，了解傳動結(jié)構(gòu)及各個部分的配合關(guān)系，經(jīng)過一系列的熟悉和使用，最后進(jìn)行車床箱體的實(shí)際拆裝。

經(jīng)過模擬拆裝后，學(xué)生由認(rèn)識到熟悉再到掌握，由于熟練度的提高，學(xué)生實(shí)際拆裝的速度加快，但是整體教學(xué)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(xué)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(xué)人員的問題，如學(xué)生理解慢、操作難、設(shè)備損耗大，同時降低了實(shí)訓(xùn)的危險(xiǎn)性。軟件的設(shè)計(jì)目的是模擬拆裝，是一種輔助手段，為更好進(jìn)行拆裝實(shí)訓(xùn)打下基礎(chǔ)。有一點(diǎn)必須明確：工程訓(xùn)練中的實(shí)際操作是不可替代的。

4 為傳統(tǒng)常規(guī)工程技術(shù)訓(xùn)練教學(xué)進(jìn)行了有益的探索

通過創(chuàng)新教學(xué)方法，從教學(xué)設(shè)計(jì)開始思考，運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，我們找到了破解拆裝工程訓(xùn)練課教學(xué)瓶頸的辦法。更重要的是，這一實(shí)踐也為我們今后創(chuàng)新傳統(tǒng)常規(guī)工程技術(shù)訓(xùn)練教學(xué)進(jìn)行了有益的探索。長春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)委員會的專家對這一教學(xué)模塊的建設(shè)表示肯定。一些近機(jī)類學(xué)院的教學(xué)副院長紛紛表示本專業(yè)選修這一模塊，他們認(rèn)為，他們的學(xué)生都需要接觸相關(guān)設(shè)備，而這一模塊的教學(xué)能夠滿足他們的需要。

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