產學合作激光加工教學建設與實施探索

黃海龍 盧繡熔 敖 祥

1.吉林大學工程訓練中心 吉林長春 130025

2.北京正天恒業數控技術有限公司 北京 102200

3.長春大學國際教育學院 吉林長春 130022

高校工程教育的宗旨是給學生以“工藝知識的學習，制造過程的了解，工程文化的體驗，工程素質的培養”，課程的開展必須與當前工業主流技術相銜接。激光加工作為工程教育教學體系的重要組成部分應不斷更新教學設備和教學內容，緊握現代激光加工技術、裝備的發展前沿和在工業體系中的應用，以提高激光加工實踐教學的教學質量[1]。

為貫徹落實《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》(國辦發〔2015〕36號)文件精神，創新產學合作協同育人機制，教育部高教司組織有關企業支持高校共同開展產學合作協同育人項目，這為工程教育實踐教學條件和課程體系改革提供了良好的契機。激光加工教學內容和課程體系改革項目的實施過程以學校教學平臺為載體，由企業提供經費、技術、平臺等方面的支持，校企雙方共同以激光產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求為切入點，將先進和前沿理念和技術融入工程教育實踐教學內容中，通過開發可共享的優質教學資源，搭建數字化教學平臺，從而推進相關理論課程的建設，構建理論和實踐相結合的激光加工新型課程體系[2,3]。本文對產學合作模式下的激光加工實踐教學體系構建、教學資源和在線教學平臺建設、創新共享平臺的構建和三段式教學實施過程進行了詳細的介紹，對產學合作協同育人機制在高等工程教育激光加工教學中的落實進行了積極的探索。

1 教學建設

1.1 教學體系構建

產學合作激光加工教學體系的構建將激光加工行業的先進發展理念和技術前沿融入高校工程訓練教學，共同豐富和推進激光加工教學課程建設，補充與完善激光加工實踐教學大綱，豐富12課時的實踐教學計劃，共同構建起以激光加工為主線的計算機技術、新材料和先進制造技術相融合的多學科交叉，基礎教學、綜合訓練和創新拓展相結合的多層次課程體系[4]，激光加工12課時教學體系如圖1所示。

圖1 激光加工12課時教學體系

1.2 教學內容建設

教學內容建設是激光加工12課時教學體系下知識的載體，支撐基礎教學部分的教學內容建設包括激光加工技術發展、工藝類型與特點、應用范圍、常見各種激光加工設備結構組成與工作原理、設備安全操作規程等內容講解的PPT制作和講稿編寫，激光切割機、雕刻機、焊接機等設備的操作方法講解視頻，以及4課時教案的編寫；綜合訓練教學部分的教學內容建設包括激光平面切割技術和水晶立體雕刻技術教學項目樣例的規劃，項目實施操作指導書的編寫以及4課時教案的編寫；創新拓展部分教學內容建設包括教學參考樣例的規劃和實施操作指導書的編寫[5]。

1.3 教學條件建設

激光加工實踐教學條件建設是提升人才培養質量的前提，是課程教學體系的重要支撐基礎，產學合作實踐教學條件建設通過校企聯合共建激光加工教學實驗室、硬件設備、教學平臺和各種實驗教學資源，支撐實踐教學活動的開展。以12課時教學體系為指導的教學硬件設備建設包括每種至少一臺套的非金屬激光切割機、金屬激光切割機、激光內雕機、激光打標機、激光焊接機、激光打孔機、激光劃片機、激光熱處理機等設備；教學平臺的建設是建設用于承載各種數字化教學資源開展在線教學的協同育人教學共享平臺；實驗教學資源建設包括支撐12課時教學體系教學內容講解、展示與創新拓展教學的各種微課視頻、操作過程錄像、項目實施操作指導書等教學素材的建設[6]。

1.4 協同育人教學共享平臺建設

產學合作協同育人激光加工教學共享平臺是集教學資源上傳與管理、課程發布與管理、班級與學生管理、教師管理、在線考核、在線交流于一體的在線學習平臺。在產學合作激光加工教學建設過程中，企業與合作的各個高校共同建設支撐激光加工實踐教學的各種數字化教學資源，企業展示行業發展前沿、最新設備應用、最新加工技術加工案例，高校建設支撐教學內容講解的教學資源，最終共同共享于同一在線平臺，形成激光加工在線教學資源庫，并支持在線交流學習，實現產學合作協同育人機制下的數字化教學資源共建共享[7]，協同育人教學共享平臺界面如圖2所示。

圖2 協同育人教學共享平臺

1.5 師資隊伍培訓

產學合作激光加工師資隊伍培訓與實踐教學條件建設、課程體系改革三者在教學建設中相輔相成，融為一體，良好的教學條件和與時俱進的課程體系需要優秀的師資隊伍將其貫徹到具體的教學活動中。產學合作師資隊伍培訓由合作企業聘請激光加工領域資深專家、教學名師和對激光加工教學內容有理論及實踐經驗的教師對高校的工程教育激光加工教學師資隊伍開展技術培訓，培訓教師如何利用激光加工技術和協同育人教學共享平臺培養學生的激光加工技能和創新意識，主要形式為專題報告、示范講課、研討會、實訓操作探究以及企業產品介紹等。并由企業牽頭組織定期召開校際間激光加工實踐教學、創新創業教學經驗交流會，以提升師資隊伍教學水平，以進一步推進師資隊伍建設在課程體系改革過程中的可持續發展[8]。

2 教學實施

2.1 基礎教學

工程訓練激光加工基礎教學部分采用線上、線下輔助的教學方式，線下教學4課時，在線教學平臺的教學資源輔助線下教學。教學要求：了解激光雕刻機、激光切割機及激光焊接機的組成、操作方法及應用范圍等；教學內容：2課時介紹激光加工技術的發展、工藝特點、技術種類、應用范圍，介紹金屬激光切割機、非金屬激光切割機、激光內雕機、激光焊接機的結構組成、加工特點、應用范圍及安全操作規程；2課時示范、講解激光切割機、激光焊接機、激光內雕機的操作步驟以及加工演示[9]。

2.2 綜合訓練

激光加工綜合訓練是在完成4課時基礎教學任務之后，通過4課時對激光切割技術和激光內雕技術的綜合應用訓練使學生親身體驗平面雕刻和立體雕刻兩種加工方法。采用課上、課下相結合的教學方式，課下進行平面金屬、非金屬作品和立體水晶內雕作品的創意，并盡可能完成作品的CAD設計，課上分別利用2課時對平面切割和立體雕刻的CAD創意作品進行修改完善，并完成作品的加工。

平面雕刻教學要求：掌握金屬、非金屬激光切割加工的工藝特點和機床的安全操作步驟，掌握文泰刻繪圖形處理軟件平面作品創新設計方法，能夠運用激光切割機進行產品制作。教學內容：2課時演示介紹文泰刻繪平面圖像處理軟件的使用，學生自主運用文泰刻繪軟件進行平面創新設計與修改，練習激光切割機的操作方法并進行產品加工。

立體雕刻教學要求：掌握激光內雕刻的工藝特點和機床的安全操作步驟，掌握CAXA機械制造工程師軟件立體作品創新設計方法，能夠運用激光內雕機進行產品制作。教學要求：2課時演示介紹CAXA軟件的使用，學生自主運用CAXA軟件進行立體作品創意設計與修改，練習激光內雕機的操作方法并進行水晶作品內雕刻加工[4,10]。

2.3 創新拓展

激光加工創新拓展教學部分是在8課時熟練掌握激光切割、焊接、雕刻加工工藝之后，將激光加工技術融入整個工業制造體系，進行多工藝相結合的綜合產品設計與制作的創新拓展訓練。教學內容：設置鈑金激光創新訓練和鈑金激光焊接創新訓練兩種教學項目，4課時內學生根據產品創意和實踐能力二選其一，在預定的范圍內進行產品創意設計、工藝設計與加工制造。鈑金激光創新訓練教學項目是將金屬板材的激光切割、激光焊接技術與傳統鈑金彎曲塑性成形相結合，加強學生對激光加工技術和金屬鈑金成型的掌握及綜合應用，如制作金屬盒、工具箱等。鈑金激光焊接創新訓練教學項目是將金屬板材的激光切割、激光焊接技術與傳統鈑金彎曲塑性成形、傳統電焊技術相結合，加強學生對激光加工技術、鈑金成型和傳統焊接技術的掌握及綜合應用，如各種創意工藝品的制作[11]。

3 創新共享平臺建設

激光加工創新共享平臺的建設是將產學合作激光加工教學協同育人建設成果面向全校師生開放共享，開設的、以激光加工技術為主線的、工程技術綜合創新應用的選修實驗課。是以12課時的激光加工基礎教學、綜合訓練、創新拓展課程為基礎，為創新實踐活動提供必要的技術指導，面向全校師生提供的創意作品制作的開放平臺，具體包括木板、金屬板、亞克力板的激光切割及雕刻，金屬的激光切割與激光焊接，水晶玻璃內雕、金屬鈑金彎曲、電焊、手工鉗工操作臺等制造環境，充分滿足以激光加工為主線的個性化的創意實現需求。如建筑專業學生建筑模型的制作、激光內雕水晶紀念品，工業設計專業學生創意原型的實現等[12]。

4 結語

產學合作協同育人機制下的教學內容和課程體系改革建設項目的實施，通過合理、有效利用企業技術、配套資金提升了工程教育激光加工實踐教學條件的建設水平，在企業豐富經驗、先進技術、配套資金的支撐下，進一步完善了工程訓練激光加工實踐教學體系；在企業技術能力支持下開發的支撐激光加工實踐教學課程體系的數字化教學資源豐富了現有教學內容；企業支持下的激光加工協同育人教學共享平臺的建設與應用實現了激光加工的在線學習、移動學習和數字化教學管理。在補充完善現有實踐教學條件的基礎上，搭建起的激光加工創新共享平臺，使激光加工的綜合訓練和創新拓展更具開放性和共享性。為產學合作激光加工教學內容和課程體系改革建設項目的實施開辟了一條以激光加工技術為主線的創新人才培養模式，拓寬了工程教育人才培養的渠道，同時也是對產學合作協同育人機制的有效探索。