特種加工技術的教學技法研究與實踐

張忠林+王進禮+安宏濤

[摘 要] 以《特種加工技術》在教學中出現的課時少、內容多、實踐環節弱的缺點，提出了三種基于常規教學方法的教學技術方法：科研項目促進教學法、雙語教學法、強化實踐教學法。在實際教學中的應用也證明所提教學技法的實用性，同時還探討了教學中的課程編制。

[關鍵詞] 特種加工技術；研究型大學；教學改革；教學技法

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 1005-4634（2015）04-0072-04

《特種加工技術》是機械制造及自動化的研究生選學課程[1]，其常規教學方法主要有啟發式講授法、論題討論法、加工制品案例教學法等。啟發式講授法直接、快速、精煉，是最基本的教學方法，但該方法建立在學生已經預習和掌握制造技術基本知識的基礎上教學效果才會更好。在研究生教學中常采用的教學方法是論題討論法，該方法是在課堂教學中準備多個論題，通過開展課堂討論，培養思維表達能力，進而激發學生學習重要理論知識的興趣。加工制品案例教學法是首先選定某個已加工的成品，對其進行有針對性的分析，發揮該產品的實踐作用，進而提高學生分析、判斷、決策應用等能力，全面提高學生的素質。在常規教學方法基礎上，為了滿足研究型大學實踐教學改革的目標，提出了三種有效的、可操作的教學技術方法，包括科研項目促進教學法、雙語教學法和強化實踐教學法，并已應用于《特種加工技術》實踐教學中。

1 科研項目促進教學法

需要強調的是，本文所說的科研項目促進教學法和常規的項目教學法[2，3]是不同的。項目教學法慣常的做法是在授課過程中以學生為主，著重強調學生的主觀能動性——即以關注和調動學生在學習上的自覺性和主動性為目的，教師和學生之間的活動是互動式的。而科研項目促進教學法是把已經承擔的科研項目的成果搬上課堂，將項目的創新點講給學生聽，大大提高了學生從事科研工作的興趣，收到了很好的教學效果。

比如，項目組承擔了國家教育部重點實驗室項目——微系統與微結構制造基金項目的子課題“各向同性微細加工表面三維粗糙度的測量與評定”和“電火花加工表面形貌及功能評價”，成果如圖1、2、3。在課堂上主要講述了該項目的完成過程和創新點的實現，結合微細電火花機床的性能，對加工質量的影響參數進行分析，把均勻設計試驗方法應用到微細電火花線切割加工試驗的設計上，在加工原理上與電火花、激光加工方法進行對比，用掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡等手段對電火花加工、激光切割加工的表面進行觀察，總結出了加工表面的谷、峰及其分布規律等的形貌特征，采用數值仿真模擬與實際加工測量相互驗證的方式，建立了電火花和激光加工的各向同性表面形貌的數學模型，推導出其微觀結構尺寸和表面評定參數關系。同時加工表面三維粗糙度評定參數體系也制定出來。

通過對承擔科研項目的講解，使得學生了解了微細加工表面形貌研究及其功能評定為當前微細加工的研究方向，培養了學生從事科研的興趣。

項目取得的成果是通過均勻設計實驗法，對數據進行整理，深入分析微細電火花線切割和激光打孔加工表面形貌特征及功能特性，總結出表征參數之間變化的規律及加工參數與表征參數之間的工藝規律，并對該項目的評價體系進行合理的設計。

2 雙語教學法

為提高學生的能力，雙語教學法在《特種加工技術》課堂上的應用是一種嘗試。對于適應新時代的培養目標，同世界先進國家接軌，同時把握國外先進技術，跟蹤和趕超國外先進水平具有重要意義。

比如在學習激光加工技術應用時，學習了有代表性的一段專業英語。

“Fabricationofscaffoldsfortissueengineeringapplicationsbecomesaveryimportantresearchtopicinpresentdays.Hybridstructureswerefabricatedusingrapidprototypingandelectro-spinningmethods.Electro-spunnanofibrousmatswereincorporatedbetweenthemicro-fibrouslayersproducedbyRPtechnology.BasedonusingRPtechnologyandelectro-spinningmethod，itispossibletofabricatebiocompatiblescaffoldswithcontrollablegeometricalparametersandgoodmechanicalproperties”[4].

這是摘自一篇SCI文章的內容，通過與學生討論與學習，教學相長，既提高了學生的專業英語能力，也提高了老師的專業英語水平。

3 強化實踐教學法

在整個學期安排了兩次實驗教學，一次是電火花成型和線切割技術實驗教學，一次是激光加工的快速原型技術實驗教學。

通過對電火花成型和切割實驗的講解與操作，使學生了解《特種加工技術》中電火花加工技術的機理和難點，掌握機械制造中難加工材料、特殊結構零件的加工以及多種精微制造技術的基本原理及方法，使學生懂得要對問題進行綜合分析，研究、探索新規律。

電火花成型加工的特點：加工能量不依靠機械能而是用其他形式的能量，使用能量密度高的脈沖放電手段。電火花成型加工適用于硬質合金、鈦合金等硬度高、強度大、韌性好的金屬材料及類似渦輪機葉片、噴油嘴、柵網、窄縫等復雜、特殊的表面和特殊零件表面的光整加工。在電火花加工時，工具與工件是不接觸的，不靠切削力去除材料，在兩者之間不存在明顯的機械切削力。不像傳統機械加工的“比硬度”，工具電極和加工材料間的硬度無直接關系，工具電極不需要特定制作，低硬度的刀具可以加工高硬度的工件材料。電火花線切割適用任何導電材料，如硬質合金、淬火鋼等，對于鉬、鎢、半導體材料也適用。對各種沖模、塑料模等模具的精密零件及各種樣板、硅鋼沖片等的加工比較經濟。圖4是電火花成型加工的成品圖。

通過快速原型加工實驗，讓學生對快速原型加工技術的基本原理、特點及應用有初步了解，并對快速原型加工技術的加工過程有一定的了解，掌握快速原型加工的基本操作，達到理論與實際結合，進而鞏固快速原型加工方法與加工技術，并能將所學應用于工業與機械工程等實際生產中。圖5是快速原型加工的實例。

傳統的零件加工模式是“毛坯→切削加工→成品”，而快速原型技術的加工是非接觸加工，不借助機床切削加工，則無刀具磨損及切削力的影響，在加工中不會有振動、噪聲和切削廢料等。對于小批生產、形狀復雜的零部件制造有利，尤其在復雜曲面的加工上尤為顯著。

4 課程的新型框架編制

目前，一般高校在課程編制中多偏重于理論教學，若想實現理論與實踐相結合，就需在課程編制中向實踐教學偏重些，使實踐教學首先要在教學數量上與理論教學相配合，進而在教學質量上提高，從而實現理論教學和實踐教學真正的相輔相成。

在高等教育中，首要思考的問題是教學質量問題，而課程的新型框架編制是在保證教學質量前提下，讓學生獲得更多、更全面的知識。該編制能夠讓學生了解理論知識，獲得感性認識，在動手實踐過程中增加對知識的理想認識。所以在課程的編制中要合理安排好理論教學課時和實踐教學課時，使兩者能互為補充、相互增強，同時完善教學評價體系。

當前我國高校實踐教學中出現的問題是起步晚、起點低、基礎薄、不重視等。我國的多數高校已對當前課程的編制進行了改革，增大了實踐教學的學時，且取得一定的教學成果。與理論教學相比，在實踐教學中仍然存在一些問題，教學質量還非常低下，對實踐教學的改革仍需關注，并提出更多的教學方法。

針對新式技法的提出，適應研究型大學的需要，編制了《特種加工技術》課程新型基本框架，以第一章電火花加工技術為例，教學實踐環節學時上可參考表1。

5 實踐教學的跟蹤與考核

通過制定基于信息反饋控制原理實踐教學跟蹤政策（見圖6）來考核實踐教學，為了充分發揮教學技術方法的運用，可以在期望的實踐教學目標驅動下，通過實踐教學管理系統來跟蹤和考核教學效果，并產生相關實踐教學管理條例，進而指導教學過程的運行。運行過程中伴隨著教學過程的監察，監察所獲得的實踐教學過程信息及時反饋至管理系統，進而調整相關條例，或按照相關管理條例來指導和管理實踐教學過程，使得實踐教學效果不斷提高和改善，進而達到最初的期望教學目標。

這種期望教學目標正是研究型大學的培養目標，并且會隨著時代的發展而發展，不斷地更新與進步。

6 結論與展望

本文在《特種加工技術》課程教學中對教學技法進行改革，著重研究適應于研究型大學的實踐教學方法，并應用于實際教學中，收到了良好的教學效果。文中給出這三種教學方法，并付諸了新的教學內容，比如科研項目促進教學法中，科研項目的創新點內容就是新的教學內容，雙語教學法和強化實踐教學法也大大提高了學生的學習熱情和興趣。總之，通過綜合運用教學技術方法，活躍了課堂氣氛，使學生不但掌握了專業知識，也增強了從事科研的信心，這也符合了研究型大學培養計劃的要求。

為了提高研究型大學的研究生課程教學，與時俱進，推陳出新，文中所提的教學方法可以推廣到其他課程。

參考文獻

[1]毛聰，郭克希，李旭宇，等.特種加工課程教學改革研究與實踐[J].理工高教研究，2010，29（1）：134-136.

[2]王莉娜，張好強，賈曉鳴.特種加工課程項目教學法[J].河北聯合大學學報（社會科學版），2013，13（2）：102-104.

[3]張新有，楊燕，袁霞.項目教學法在本科實踐教學中的探索[J].實驗科學與技術，2012，10（6）：265-268.

[4]OstrowskaB，JaroszewiczJ，ZaczynskaE.Evaluationof3Dhybridmicrofiber/nanofiberscaffoldsforbonetissueengineering[J].BULLETINOFTHEPOLISHACADEMYOFSCIENCES-TECHNICALSCIENCES，2014，62（3）：551-556.