面向工程思維的《精密與特種加工技術(shù)》的教學(xué)研究

張瑞平 李潤蓮 王衍

摘 要：針對(duì)機(jī)制專業(yè)《精密與特種加工技術(shù)》課程的教學(xué)改革，提出以工程思維的視角組織教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力，并結(jié)合課程特點(diǎn)，開展實(shí)踐教學(xué)，充分利用教學(xué)資源，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工程思維；特種加工；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）13-0107-03

Abstract： Aiming at the teaching reform of the precision and special processing technology course for mechanism specialty， this paper talks about the teaching approach of organizing the content from the perspective of engineering thinking in order to cultivate the students' engineering thinking ability， carry out practical teaching on the basis of the characteristics of the course， and make full use of teaching resources to improve the teaching effect.

Keywords： engineering thinking； special processing； practice teaching； teaching reform

一、概述

隨著科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我校正在進(jìn)行轉(zhuǎn)型發(fā)展的教改，為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械工程專業(yè)課程確定了培養(yǎng)“高級(jí)應(yīng)用型技術(shù)人才”的目標(biāo)，緊密地依靠市場(chǎng)需求設(shè)置專業(yè)方向，面向生產(chǎn)、管理和服務(wù)的第一線，積極主動(dòng)地與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)接軌，培養(yǎng)職業(yè)類綜合人才。而課程的教改，正是為了更好地配合學(xué)校的轉(zhuǎn)型發(fā)展。在機(jī)械行業(yè)，目前對(duì)高級(jí)應(yīng)用型、復(fù)合型人才的綜合能力要求越來越高，而學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力，是通過一系列課程的嚴(yán)格學(xué)習(xí)和訓(xùn)練來實(shí)現(xiàn)的。在強(qiáng)調(diào)個(gè)性發(fā)揮、提高職業(yè)技能的人才目標(biāo)發(fā)展趨勢(shì)下，在課時(shí)不斷壓縮的現(xiàn)實(shí)條件下，要保證良好的教學(xué)效果，選擇先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，對(duì)傳統(tǒng)課程體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，不斷探索、研究新的教學(xué)改革思想與對(duì)策已勢(shì)在必行。

精密與特種加工技術(shù)是我校機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課，作為傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝的延伸和補(bǔ)充，該技術(shù)主要用來解決各種難切削材料、各種特殊復(fù)雜表面、各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題，是先進(jìn)制造技術(shù)的一部分，其技術(shù)的先進(jìn)性體現(xiàn)了制造業(yè)的實(shí)力和工業(yè)現(xiàn)代化水平。

作為應(yīng)用型本科大學(xué)，培養(yǎng)目標(biāo)定位于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，以培養(yǎng)工程技術(shù)人員為主。課程目標(biāo)是要求學(xué)生掌握對(duì)于特殊材料加工、特種加工設(shè)備的專業(yè)知識(shí)，能夠勝任機(jī)械制造領(lǐng)域相關(guān)設(shè)計(jì)、制造、科研以及應(yīng)用等方面的工作，使學(xué)生在將來的生產(chǎn)實(shí)踐中，開拓加工方法的新思路，利用非傳統(tǒng)的加工方法來解決生產(chǎn)中遇到的加工難題，即培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

二、工程思維的特征

思維就是一種認(rèn)識(shí)活動(dòng)，所謂工程思維，就是指工程技術(shù)人員在處理工程技術(shù)問題時(shí)進(jìn)行的心智活動(dòng)模式，與之對(duì)應(yīng)的是科學(xué)思維模式。

工程思維與科學(xué)思維的不同：

第一：科學(xué)思維是真理定向的思維，是發(fā)現(xiàn)、探索、追求真理。工程思維是價(jià)值定向思維，是創(chuàng)造價(jià)值，滿足社會(huì)生活需要。

第二：科學(xué)思維以發(fā)現(xiàn)普遍的科學(xué)規(guī)律為目標(biāo)，工程思維往往是完成一個(gè)具體的工程活動(dòng)。

第三：科學(xué)思維超越時(shí)間距離和空間距離，工程思維是在特定的時(shí)間空間內(nèi)的具體活動(dòng)。

人的思維方式與實(shí)踐活動(dòng)緊密相連。工程思維是人們?cè)谶M(jìn)行工程研究活動(dòng)時(shí)形成的思維方式。反過來，工程思維模式也決定人的實(shí)踐活動(dòng)，因此工程思維是運(yùn)用各種知識(shí)解決工程實(shí)踐問題的核心。

我校定位于應(yīng)用型本科院校，其中工程類專業(yè)教育的目標(biāo)就是培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才，即工程類本科生能夠利用自然科學(xué)知識(shí)和工程基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際工程問題，如確定設(shè)計(jì)方案、完成工藝流程、滿足特定系統(tǒng)的要求，并且在整個(gè)環(huán)節(jié)體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，綜合考慮社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。這就要求教學(xué)過程中不僅傳授科學(xué)理論知識(shí)，同時(shí)必須加強(qiáng)工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，因此工科教學(xué)應(yīng)突出將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，其教學(xué)思路應(yīng)側(cè)重工程思維的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

三、該課程的教學(xué)現(xiàn)狀

精密與特種加工技術(shù)這門課程涉及的知識(shí)面比較前沿，內(nèi)容深?yuàn)W且多學(xué)科交叉，包含了數(shù)控、激光、超聲、電學(xué)、電化學(xué)、電磁學(xué)、計(jì)算機(jī)等理論知識(shí)，對(duì)學(xué)生的知識(shí)面有一定的要求，同時(shí)該課程又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生僅僅掌握理論知識(shí)是不夠的，還必須具有一定的實(shí)踐操作能力。

針對(duì)這門課程的教學(xué)，分析了目前存在的問題，主要集中在以下幾點(diǎn)：

（1）仍沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)方法，以課堂講授為主，以教師為主體，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，教學(xué)效果差；

（2）在理論教學(xué)中，由于課程知識(shí)點(diǎn)多，內(nèi)容枯燥，原理深?yuàn)W，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏積極性；

（3）教師上課僅僅局限教材內(nèi)容，不深挖，為迎合學(xué)生放棄難點(diǎn)，挑容易的專業(yè)常識(shí)和面上東西講，教學(xué)中無法體現(xiàn)工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)；

（4）實(shí)踐教學(xué)少，學(xué)生缺乏實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)。精密和特種加工，其設(shè)備昂貴，而且有些設(shè)備對(duì)其使用環(huán)境有較高的要求，因此從實(shí)訓(xùn)設(shè)備的種類上很難滿足教學(xué)要求；其次，實(shí)踐教學(xué)課時(shí)少，不能充分利用學(xué)?，F(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)設(shè)備，使教學(xué)資源不能發(fā)揮最大作用。

四、以工程思維為導(dǎo)向的課程體系的教學(xué)實(shí)踐

工程思維的培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，從課堂教學(xué)到實(shí)踐教學(xué)，逐步滲透，讓學(xué)生從中慢慢體會(huì)。

通常解決一項(xiàng)工程問題，需要進(jìn)行的步驟是：調(diào)研→制定方案→設(shè)計(jì)→分析和模擬→方案實(shí)施→結(jié)果的比較、評(píng)價(jià)。能夠完成這樣的一個(gè)工程問題，從人才培養(yǎng)方面來講，形成工程思維的習(xí)慣，需要一定的分析能力、研究能力、設(shè)計(jì)能力，在教學(xué)中突出學(xué)以致用，即：

科學(xué)原理——技術(shù)原理——專業(yè)能力

最基礎(chǔ)的科學(xué)原理是依據(jù)，轉(zhuǎn)化為具有操作性的技術(shù)原理，然后應(yīng)用到某一領(lǐng)域，解決專業(yè)問題。本著這樣的原則，在教學(xué)中，突出知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化，進(jìn)行了一些教學(xué)方面的嘗試。

（一）以工程思維為主線優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

精密與特種加工技術(shù)課程涉及到很多科學(xué)原理，如激光原理、電火花加工原理、超聲原理、電子束、離子束加工原理，電化學(xué)知識(shí)等。這些深?yuàn)W枯燥的科學(xué)原理轉(zhuǎn)化為技術(shù)原理，通過具體的設(shè)備、工藝在機(jī)械制造領(lǐng)域得到應(yīng)用，解決特殊材料、特殊結(jié)構(gòu)零件的加工問題，這是一個(gè)科學(xué)思維與工程思維的轉(zhuǎn)化過程。

在教學(xué)過程中，針對(duì)課時(shí)少、實(shí)踐少、知識(shí)點(diǎn)多等課程特點(diǎn)，為了取得較好的教學(xué)效果，進(jìn)行了一些有益的探索：

（1）弱化了科學(xué)原理的教學(xué)內(nèi)容，每一種加工方法圍繞技術(shù)原理、設(shè)備組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝規(guī)律、應(yīng)用范圍等幾點(diǎn)來進(jìn)行教學(xué)；

（2）采取多種教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利用動(dòng)畫、視頻等教學(xué)資料生動(dòng)直觀地展示工作原理和設(shè)備特點(diǎn)；

（3）教學(xué)模式多樣化。授課不再是單純的老師講、學(xué)生聽，通過講座、參觀、討論、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等多種教學(xué)模式授課。

（4）采用目標(biāo)教學(xué)法，每次上課當(dāng)作一件工作任務(wù)來完成，具體教學(xué)安排如表1。

（二）引入案例教學(xué)形成工程思維習(xí)慣

案例教學(xué)是將工程實(shí)例用到教學(xué)中，課程內(nèi)容與實(shí)例相結(jié)合，從解決工程問題的角度出發(fā)，講授基本知識(shí)、加工方法和工藝，讓學(xué)生直觀地感受工程這一概念，培養(yǎng)工程意識(shí)。在案例教學(xué)中，教師從工程需求出發(fā)，確定任務(wù)目標(biāo)，列出待解決的問題，組織學(xué)生通過討論，或者調(diào)研、查閱文獻(xiàn)資料，提出若干方案，經(jīng)過分析論證，最終確定解決問題的思路和方法。通過這樣的方式，潛移默化地接受工程訓(xùn)練，培養(yǎng)工程思維習(xí)慣，提升分析問題、解決問題的能力。

如電火花數(shù)控線切割加工，其工作原理是利用火花放電產(chǎn)生的能量去除材料進(jìn)行成型切割。利用這一原理實(shí)現(xiàn)零件的加工，需要一些技術(shù)條件，如工具電極、脈沖電源、工作液、機(jī)床、控制系統(tǒng)等。在教學(xué)過程中，除了基本原理、機(jī)床結(jié)構(gòu)和加工工藝的講述，應(yīng)詳細(xì)介紹該加工方法的應(yīng)用范圍，并與傳統(tǒng)加工方法比較。然后，提出一個(gè)加工案例。例如：加工一個(gè)齒數(shù)z=10、模數(shù)m=1.5的直齒圓柱齒輪，該如何加工呢？引導(dǎo)同學(xué)討論加工齒輪的方法，并逐一比較各種方法的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)，如果齒數(shù)小于17，常規(guī)的滾齒和插齒會(huì)產(chǎn)生根切；如果分度圓直徑特別小，本例分度圓直徑d=15mm，銑齒對(duì)銑刀的要求也很高；如果用數(shù)控電火花線切割的方法來加工，只要畫好零件的CAD圖，導(dǎo)入數(shù)控電火花線切割機(jī)床，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)零件圖自動(dòng)編程，切割出所要求的形狀、尺寸，并達(dá)到一定的精度要求。這樣就可以很好的解決這個(gè)齒輪的加工問題。通過引入這個(gè)例子，學(xué)生可以較好掌握數(shù)控電火花線切割方法的原理、特點(diǎn)和適用范圍，同時(shí)拓展學(xué)生的思路，運(yùn)用工程知識(shí)解決實(shí)際問題。

（三）在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)工程意識(shí)

精密與特種加工技術(shù)是一門應(yīng)用型學(xué)科，實(shí)踐性很強(qiáng)。但由于其設(shè)備的使用特點(diǎn)、工作環(huán)境以及價(jià)格因素，一般院校配備的實(shí)訓(xùn)資源有限。工程思維的培養(yǎng)不僅僅是在課堂上，更多是在實(shí)踐當(dāng)中，開展工程教育實(shí)踐的探索，進(jìn)行工程教育模式的教學(xué)改革，將工程實(shí)踐訓(xùn)練引入教學(xué)環(huán)節(jié)，注重對(duì)學(xué)生工程思維、分析和解決問題能力的培養(yǎng)。學(xué)生通過參與教師的科研課題、參加各種技能大賽、興趣小組，開發(fā)創(chuàng)造潛力，并獲得解決實(shí)際工程問題的經(jīng)驗(yàn)。

1. 開展課程項(xiàng)目實(shí)踐，注重工程意識(shí)的培養(yǎng)。

通常實(shí)訓(xùn)的重點(diǎn)在于特種加工技術(shù)理論知識(shí)的鞏固，或簡(jiǎn)單將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，比較膚淺；或者僅僅是熟悉設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、工藝特點(diǎn)。而將工程思維融入教學(xué)中，采用具體項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，真正學(xué)以致用，通過理論知識(shí)來解決實(shí)際問題，形成適合課程特點(diǎn)的有效的實(shí)踐教學(xué)。具體做法是：

教師從企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中尋找課題項(xiàng)目，提出實(shí)際工程難題，要求學(xué)生解決。學(xué)生通過收集整理相關(guān)資料，提出方案，比較不同方案優(yōu)劣，最終確定加工方式和工藝。該教學(xué)模式的關(guān)鍵點(diǎn)是項(xiàng)目選取與教學(xué)目標(biāo)一致。要具有啟發(fā)性、針對(duì)性、典型性，選擇的課題符合兩個(gè)條件：一是體現(xiàn)特種加工技術(shù)基本理論，二是有助于提高學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力。

2. 建立課外興趣小組，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

為了實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，在教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，依托大學(xué)實(shí)訓(xùn)中心的教學(xué)資源，構(gòu)建平臺(tái)，給學(xué)生提供實(shí)踐機(jī)會(huì)，建立興趣小組，給與學(xué)生最大的自由度，學(xué)生根據(jù)自己興趣愛好，充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)零件，并進(jìn)行特種加工的數(shù)控編程，將設(shè)計(jì)的草圖，變?yōu)閷?shí)際的零件。在整個(gè)過程中，教師要隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的進(jìn)展，進(jìn)行引導(dǎo)、點(diǎn)評(píng)，通過案例分析，鞏固和消化理論知識(shí)，運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向技能的轉(zhuǎn)化。興趣小組的同學(xué)，利用特種加工設(shè)備，激光切割機(jī)、激光雕刻機(jī)、數(shù)控成型加工機(jī)床、數(shù)控線切割機(jī)床，設(shè)計(jì)加工了行星齒輪傳動(dòng)裝置、間歇機(jī)構(gòu)等機(jī)械傳動(dòng)裝置，此外還有仿古建筑、藝術(shù)品等。

3. 通過參加專業(yè)競(jìng)賽提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力，促進(jìn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

組織校內(nèi)設(shè)計(jì)大賽和技能操作大賽，并引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各種比賽，以競(jìng)賽為載體，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步鞏固、優(yōu)化和運(yùn)用。學(xué)生參加全國工程訓(xùn)練大賽、機(jī)器人大賽、創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，這些競(jìng)賽項(xiàng)目都需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)、加工相關(guān)的參賽作品，其中一部分零部件通過特種加工的方法來加工制造，達(dá)到所需要的精度和形尺寸。比如參加無碳小車競(jìng)賽的同學(xué)，需要加工的零件有的尺寸很小，最小的只有幾毫米，精度要求較高，普通機(jī)床無法完成，學(xué)生在數(shù)控線切割機(jī)床上通過設(shè)計(jì)畫圖、編程，順利完成了加工任務(wù)，達(dá)到使用要求。此外，在參賽過程中，因?yàn)橛辛颂胤N加工技術(shù)支持，學(xué)生可以大膽設(shè)計(jì)，在材料選擇、結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)上，有了更大的空間，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

五、結(jié)束語

結(jié)合課程性質(zhì)、內(nèi)容，課程體系特點(diǎn)，充分利用我校的教學(xué)資源，通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)方式、增加實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)，在課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)導(dǎo)入工程思維的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，突出應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，重視和考慮區(qū)域特點(diǎn)和院校優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過兩年的教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。

課程教改是整個(gè)教學(xué)改革中的一環(huán)，通過該課程教改實(shí)施，必然對(duì)其他課程的教學(xué)改革提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒，對(duì)培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的“高級(jí)應(yīng)用型”技術(shù)人才，具有非常重要的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張忠林，王進(jìn)禮，安宏濤.特種加工技術(shù)的教學(xué)技法研究與實(shí)踐[J].教學(xué)研究，2015（7）.

[2]趙曉聞，劉寧.基于工程思維視角的我國卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃[J].現(xiàn)代教育管理，2013（2）.

[3]張建華.精密與特種加工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]王榮良.信息技術(shù)課程之工程思維辨析[J].中國教育技術(shù)裝備，2012（7）.

[5]邵永錄.“數(shù)控特種加工技術(shù)”理實(shí)一體化教學(xué)改革與實(shí)施[J].高教學(xué)刊，2015（01）：40-41.