機械加工實踐與材料力學實驗互聯互通教學探討

彭志敏, 陸舒瑤, 謝 靈, 劉勇健

(廣東工業大學 a.實驗教學部,b.土木與交通工程學院，廣州 510006)

機械加工實踐與材料力學實驗互聯互通教學探討

彭志敏a, 陸舒瑤b, 謝 靈b, 劉勇健b

(廣東工業大學 a.實驗教學部,b.土木與交通工程學院，廣州 510006)

機械加工實踐與材料力學實驗原本是兩門獨立的教學課程。由于材料力學試樣必須先行機械加工，據此，提出將機械加工實踐與材料力學實驗教學變為互聯互通的一體化教學。在本實踐和實驗教學中，學生在老師的指導下自主地進行實踐和實驗設計、組織、實施和管理。這種教學方法，不但能節省實驗經費、提高學生的科研意識，而且能滿足學生必做的基礎實驗和基本操作，又可強化學生的實踐技能和實驗動手能力，此教學實踐對培養學生的綜合素質和創新能力效果明顯。

機械加工; 材料力學; 互聯互通； 實驗教學

0 引 言

機械加工實踐訓練是工科院校非常重要的實踐性教學環節，材料力學實驗又是工科院校必開的實驗項目，一直以來，這兩個教學環節各自獨立進行。但是材料力學實驗試件是來自機械加工，因此，這兩個教學環節其實有很大的關聯性。目前，材料力學性能的研究所用的“實驗試樣”是由企業加工好而購買得來的，每年需要幾萬元的材料消耗，如果利用學生在機械加工訓練這一實踐環節，讓學生自行設計加工“實驗試樣”來進行力學性能研究[1-7]，不但能節省經費、提高學生的科研意識，而且能滿足學生必做的基礎實驗和基本操作，又可強化學生的實踐技能和實驗動手能力。根據機械加工實踐與材料力學實驗的關聯性，結合作者的多年實踐，提出了機械加工實踐與材料力學實驗互聯互通[8-11]教學模式。

1 互聯互通教學的安排

1.1 教學程序安排

(1) 首先，材料力學實驗教學部門向機械加工工程訓練單位提供實驗教學信息，比如:材料力學性能實驗研究適用專業、班級、人數、實驗時間和實驗研究所用的材料型號(如低碳鋼、鑄鐵)等。

(2) 機械加工實踐部門根據提供的材料力學實驗教學信息，在機械加工實踐開啟前,網上交待實踐加工選擇的材料,引導學生查找相關資料(如材料力學等),根據材料力學實驗的要求自行設計出實驗材料的機加工圖紙，然后在教師的引導下，獨立、按時加工出“實驗試樣”產品。待老師對“實驗試樣”進行驗收和成績評定后，各小組或個人自行保管好自己的“實驗試樣”，以備材料力學實驗時使用。

(3) 在力學實驗研究前，學生根據實驗指導書，自主設計實驗方案，制定詳細的實驗步驟，并用自行加工出來的“實驗試樣”分別進行力學性能測試與結果分析，掌握材料力學性能的測試方法。

1.2 機械加工組合方案

機械加工組合方案見表1。

表1 機械加工組合方案

1.3 實踐小組的安排及任務

按試件的加工工藝方法，將學生分成若干實踐小組，考慮到每組都要完成低碳鋼和鑄鐵的力學性能測試，因此需3人一組，每人完成一個不同的加工組合。每一小組均需完成3種機械加工組合的內容及兩種材質試樣的力學性能(包括屈服極限、強度極限、彈性模量、延伸率、收縮率)測試,并比較鑄鐵和低碳鋼在拉、壓、扭的情況下力學性能有什么不同等。

1.4 實驗結果分析與成績評定

(1) 實驗結果分析：要求學生根據試樣的斷裂情況及所測得的數據進行誤差分析、討論，對試樣誤差大的，引導學生去查找產生誤差的原因。比如機加工或裝夾時產生的偏心、截面不均、表面粗糙度不均等都會使試樣產生應力集中，從而可能使試樣的斷裂面超出試件的實驗尺寸的范圍,即斷在裝夾或非試驗尺寸位置。

(2) 實驗成績的評定：機械加工實踐成績的評定根據“實驗試樣”的加工質量和有否違反操作規程來評定；材料力學實驗成績的評定根據學生的操作和實驗報告來評定。

2 教學實踐情況及分析

2012年及2014年已分別對大學生創新實踐教學方案作了初步的嘗試。經過這2次的經驗總結和討論，2015年3月對2013級機電1-2班，2016年3月對2014級機電1-6班正式開啟了機械加工實踐與材料力學實驗互聯互通教學實踐探討，實踐教學效果如表2所示。

表2 機械加工實踐教學效果調查情況表 %

由表2可見,組合I比組合II能按時完成加工的百分比較低，是因為鑄鐵比較脆，容易斷裂加工稍難一點；組合III比組合I和組合II能按時完成加工的百分比都要低，成績也低一點，主要是因為組合III是六角加工，有鑄鐵又有低碳鋼內容稍多加工難度也稍大，但沒有絲毫影響學生對教學內容的興趣，興趣也高達96%，而且3種組合能按時完成的都達90%以上，遠超預期。

教學實踐結果超預期的原因分析：原先我校機械加工實踐是獨立教學的，學生加工出來的“產品”一般是留給學生自己當作紀念品，沒有用于下一教學環節。紀念品沒能真正體現出它的價值取向，因為知識只有在應用中才能體驗到它的作用，在應用中才有價值，因此留作紀念品并不一定能激發學生主動實踐的熱情。而機械加工實踐與材料力學實驗互聯互通后形成了一體化教學[12-13]，它是以一項任務為目標的教學過程，學生在進行機加工“產品”時，心里意識到自己加工的“產品”質量好壞,將會影響到后續材料力學試驗的成敗[14]，這種教學模式會改變學生的認知態度和觀念,從而大大提高學生的工作學習責任心，當這種潛能一旦發揮，會有效地激發學生主動汲取知識與掌握實驗技能的熱情，從而帶來最優或超預期的效果。

3 結 語

本教學實踐的特色是:學生要將機械加工實踐中加工的實驗試樣作為材料力學實驗研究的出發點,在老師的指導下，自主地進行實驗的設計、組織、實施和管理，運用所學的機械制圖知識和材料力學的理論獨立完成了實驗試樣的圖紙設計和試樣的加工,然后再將實驗試樣作進一步的力學性能實驗測試研究，經歷了從理論到實踐，從實踐再到理論的認識過程，是“知識的傳遞”向“知識的處理和轉換[15]”，實現了人的認識的兩個飛躍，是一項有效的實踐教學活動。兩項內容互聯互通后既能滿足學生必做的基礎實驗和基本操作，又可強化學生的實驗技能和實驗動手能力，因此教學實踐設置合理、科學并具有綜合性和創新性。

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Exploration on Experiment Teaching Reform by Interoperability of Mechanics of Materials Experiments

PENGZhimina,LUShuyaob,XIELingb,LIUYongjianb

(a. Experiment Teaching Department， b. School of Civil and Transportation Engineering, Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006, China)

This article discusses interoperability teaching approaches for subjects “Machining Practice” and “Experiment on Mechanics of Materials” which were separated before. The two experiments are replaced by an integrated interoperable teaching and learning. In this integrated approach, students independently organize, design and implement machining practice and mechanics experiment; teachers play only a guiding role. This teaching method can not only save machining and experimental cost, improve student’s awareness of scientific research and basic experimental skills, but also strengthen the students practical ability. Therefore, the discussed interoperable teaching method is comprehensive and innovative.

machining; mechanics of materials; interconnection and interoperability; experimental teaching

2016-07-07

廣東省自然科學基金項目(2016A030313692)，廣東省學位與研究生教育改革研究項目(2015JGXM-MS19)，廣東省大學生創新訓練計劃項目(201511845106,201611845154)，廣東工業大學創新創業訓練計劃項目(YJ201611845355)

彭志敏(1977-)，女，廣東梅州人，助理實驗師，從事機械制造及自動化研究.

Tel:15920388642。E-mail:390070843@qq.com

謝 靈(1965-)，男，廣東陽春人，高級實驗師，從事工程力學實驗教學與研究.

Tel:13189007628;Email:xieling@gdut.edu.cn

G 642.0

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1006-7167(2017)04-0215-03