基于多元興趣驅動的機械制造技術基礎課程教學方法探討

黃為民 楊俊茹 楊通 王瑞 高麗 王桂杰 朱然

摘? 要：針對機械制造技術基礎課程內容繁多、課時數不斷壓縮、學生學習興趣不濃等問題，文章提出一種基于多元興趣驅動的新型課程教學方法。該教學方法秉持以學生為中心的理念，以生活、升學、就業和課程互聯為驅動源，通過深挖學生興趣點充分調動其學習積極性與主動性，不僅能強化學生知識點掌握的牢固程度，培養綜合利用所學知識分析問題和解決問題的能力，還能增強工程意識、創新意識與交流能力。總的來看，該教學方法有助于推動機械制造技術基礎課程的高質高效教學。

關鍵詞：機械制造技術基礎;多元興趣驅動;教學方法

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）35-0074-04

Abstract： Aiming at the problems of various contents， the continuous compression of class hours and the lack of learning interest of Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology， this paper proposes a new course teaching method driven by multiple interests. This teaching method adheres to the student-centered concept， takes life， further education， employment and curriculum interconnection as the driving source， and fully mobilizes students' learning enthusiasm and initiative by deeply excavating students' interest points. It can not only strengthen the firmness of students' mastery of knowledge points， cultivate the ability to comprehensively use their knowledge to analyze and solve problems， but also enhance their engineering consciousness， innovation consciousness and communication ability. On the whole， this teaching method is helpful to promote the high-quality and high-efficiency teaching of Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology.

Keywords： Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology; multiple interest driven; Teaching method

機械制造技術基礎是機械設計制造及其自動化專業的一門重要專業基礎課，旨在引導學生明確金屬切削基本原理及切削現象、熟悉典型切削加工方法及裝備、掌握機床夾具設計原理、學會制定機械加工工藝和機械裝配工藝規程，并能夠分析和控制機械加工質量。該課程不僅具有知識點繁多和交叉性強的特點，還兼具較強的理論性與實踐性[1]。然而，在教學過程中多以教師課堂講解、學生被動聽為主，以認識性實驗為輔，難以充分調動學生課程學習的主動性與積極性[2]，難以達到課程目標。此外，鑒于機械制造技術基礎的課程特點與課程性質，采用“課堂考勤+課后作業+期末考試”的傳統考核方式，不能有效評價學生課程知識掌握的牢固程度與運用能力，進而影響課程目標達成情況的準確性。

目前，隨著新技術的不斷涌現和產業變革的不斷加快，對具備強工程實踐能力、強創新能力、強團隊精神、強終身學習意識等素質的復合型人才的需求更加迫切[3-4]。如何在機械制造技術基礎課程的教學過程中盡可能提升學生的專業素養與文化素養，特別是在學生本科學習總學分不斷減少和課程學時數不斷壓縮的情況下，實現高質高效教學變得尤為重要。因此，很多研究人員提出采用項目驅動教學的方法[5]，鍛煉學生綜合利用課程知識去分析問題和解決問題的能力，或將思政教育融入課程教學[6-7]，從增強愛國情懷角度激發學生的學習動力，這些方法都取得了一定的效果。本文以充分調動學生學習主動性和準確評價學習效果為目標，重點討論基于多元興趣驅動的機械制造技術基礎課程新型教學方法。

一、多元興趣驅動教學方法的內涵

多元興趣驅動教學方法遵循以學生發展為中心的理念，旨在充分挖掘學生興趣點這一關鍵環節，并通過合理選取、深入分析與恰當修飾，將機械制造技術基礎課程各章節的具體教學內容與學生的興趣點進行深度融合，從而盡可能激發學生的主動求知欲，最終達到保證較好學習效果的目標。圖1為機械制造技術基礎課程多元興趣驅動教學方法的總體思路。具體來說，多元興趣驅動教學方法的驅動源主要包括生活、升學、就業和課程互聯四個方面。

（一）生活驅動

機械制造業在國民經濟中占據重要地位，涵蓋軍事裝備、交通工具、農業機械、家用電器等多個社會功能面。因此，作為機械設計制造及其自動化專業的學生，必須掌握金屬切削原理及裝備、工藝規程制訂、表面質量評價等基本內容，且能夠綜合運用所學課程知識提出實際問題的解決方案。在機械制造技術基礎課程課堂授課過程中，設置課前提問環節，緊扣課程教學大綱中的具體任務要求，合理選擇生活中常用的工具或典型的機械零部件，提問學生其生產制造方法，進而引發學生對切削刀具、加工方法、加工工藝等內容的思考。設置課尾討論環節，討論課前提問環節中所述問題的解決方案，從而強化學生對課堂所學知識掌握的牢固程度，同時增強學生的溝通與交流能力。

再者，科技競賽是豐富大學生活的重要組成部分，將課程教學與科技競賽相結合，介紹與課程內容密切相關的機械創新設計大賽、工程訓練綜合能力大賽等比賽項目的獲獎作品，激發學生主動學習并綜合利用相關知識解決實際問題的能力，同時鼓勵具有參賽經歷的學生分享自己的參賽經歷與經驗，以增強學生創新意識、團隊合作意識與獲得感，活躍課堂氛圍。

（二）升學驅動

基于對省屬高校機械類專業學生的廣泛調研發現，在大三學年，有意向攻讀碩士研究生的學生已接近班級人數的一半，升學已成為學生的關注點之一，因而也是激發學生學習興趣的重要驅動源之一。機械制造技術基礎是機械設計制造及其自動化專業學生畢業要求的一門強支撐課程，因此結合課程的教學大綱要求，實現具體教學內容與學生考研關注點的有效互動至關重要。未來碩士階段的研究課題可能牽涉課程內容的某一個難點或某一個知識點的延伸或多個知識點的綜合應用。在實施教學過程中，介紹國內外刀具材料制備與刀具設計、切削原理與現象、高性能切削加工機床、表面質量評價與控制等方面的研究進展，并介紹國內外知名院校、研究機構相應的研究優勢，一來可以借此跟學生強調未來具體研究方向具有一定的不確定性，強調知識點學習扎實程度的重要性，二來可以提高學生的國際視野。

（三）就業驅動

就業驅動主要從實習發現和教師橫向科研課題兩個角度探索學生興趣點。機械制造技術基礎課程具有知識覆蓋面廣、理論性與實踐性強等特點，在教學實踐過程中，以實習發現的典型零件加工過程為例，分析從刀具選取-切削參數選擇-機床設備選取-工藝路線制訂-表面完整性評價這一系統性過程，進而強調制造高品質零件所需知識的廣泛性、課程知識點間的關聯性，使學生意識到具備綜合運用所學機械學科相關知識分析和解決工程實際問題的專業素質是保證良好就業的基本前提，也是傳承工匠精神的必要條件之一。另一方面，將橫向科研項目與課程教學相融合，通過課程具體知識點與實際工程問題的直接對應，以達到激發學生自主學習、強化知識記憶和增強工程意識的目的。

（四）課程互聯驅動

專業課程體系是支撐畢業要求的基本保障，專業課程知識點的掌握程度直接影響畢業要求相應指標點的達成度。專業課程體系是圍繞畢業要求而精心創建，其中，涉及的許多專業課程之間存在一定的互聯性，這種互聯性的主要表現是：同一知識點可能會在不同的專業課程中進行講授，其區別主要在于講授的側重點或詳盡程度。專業課程之間的聯系確實存在，而現階段各專業課程的授課教師主要是各講各的，或淺嘗輒止，缺乏課程間的針對性協同設計。多元興趣驅動教學方法基于互動強化的思路，將課程互聯現象作為一種重要的興趣驅動源，通過深挖這種關聯性與合理的教學設計，使相同或相近知識點在不同課程中進行有效互動，實現知識點的自然擴展，并避免重復講授而降低總體教學效率的問題。課程互聯驅動能夠直接增強知識獲得感和激發學習興趣，有助于強化學生知識記憶的牢固程度。

機械制造技術基礎課程的教學目標由知識目標、能力目標和素養目標所構成，盡管傳統的“滿堂灌”教學模式能夠保證較好的知識目標達成度，但對于學生能力與素養的培養相對薄弱。基于多元興趣驅動教學方法，通過壓縮一些課堂理論教學時間，強化課堂提問與討論、課后交流與探討等過程環節，進而鍛煉學生的能力與素養，相較傳統考試方式其更加注重過程考核成績。同時，該方法從學生興趣角度出發，能夠提高學習積極性與主動性，有利于保證知識目標的有效達成。具體來說，多元興趣驅動教學方法采用期末考試成績、課堂提問與討論成績、課程作業成績、課后交流探討成績和實驗成績五部分對學生學習效果進行綜合評價，各部分分別占考核總成績的50%、20%、10%、10%和10%。課堂提問與討論成績主要由課堂回答和討論問題時的準確性、積極性與創新性確定;課后交流探討成績根據學生主動利用課堂所學內容與教師探討典型零部件的加工問題、裝配問題等確定。

二、多元興趣驅動教學方法應用舉例

在生活驅動方面，結合對機械制造技術基礎課程各章節內容的深入分析和影響學習主動性潛在因素的歸納思考發現，有關知識點抽象性較強、知識點用途或潛在應用對象不明確、學生默認知識點簡單而不作深入思考等因素是導致課程教學效果不夠理想的主要原因。圍繞學生日常生活，以調動其學習興趣為目標，通過優選生活中的典型案例，實現對影響教學效果的潛在因素的各個擊破。例如，課程第2章金屬切削過程及其控制中的刀具標注角度知識點存在參考平面多、角度類型多且抽象性強等特點。因此，可以選取日常廚房中常用的切菜刀為例，一方面，通過介紹影響切菜刀鋒利性的因素，加深學生對刀具前角、后角、刀楔角的概念及其作用的理解;另一方面，通過介紹不同食材切菜刀切割方法的差異，激發學生關于走刀方式和切削參數對切削性能影響的深入思考。在講授課程第6章機械加工質量分析與控制時，學生對耐磨性、耐腐蝕性、潤濕性、抗疲勞性能等典型使役性能的認識不足，難以建立切削加工與使役性能之間的聯系。在授課過程中，可結合荷葉仿生表面微結構，說明零件加工表面形貌對潤濕性的影響;結合蜣螂表面六邊形微結構，說明零件加工表面形貌對減摩性能的影響。

在升學驅動方面，介紹與課程內容直接相關的國內外研究熱點、高等院校和研究機構，特別是與課程教學難點與重點直接相關的，從而激發學生對課程內容的重視程度和學習動力。一方面，結合機械制造技術基礎課程內容體系，介紹先進刀具設計與制備、高速/超高速切削加工技術、切削顫振控制技術、難加工材料高效/高性能切削加工技術等研究熱點，鼓勵學生采用發散思維與創造性思維去積極深入思考課程內容。另一方面，結合對往屆畢業生升學高校的統計分析，介紹在切削加工領域或機械制造領域的高水平研究高校，如山東大學、天津大學、東北大學、上海交通大學、大連理工大學、西北工業大學等，將各高校在切削加工領域的主要研究特色與課程內容相對應，從而達到吸引學生注意力和增強求知欲的目的。

在就業驅動方面，金工實習、課程設計和生產實習是機械設計制造及其自動化專業學生重要的實踐環節。首先，以實習所見簡單軸類零件為例，介紹其從毛坯資源轉變為滿足生產要求的軸類零件產品需經歷工藝選取、工藝編制、成本核算、質量檢測等這一復雜過程，使學生意識到系統掌握課程各章節知識點的重要性。再者，機械制造技術基礎課程中刀具角度、切削用量等因素對切削現象、刀具磨損破損和表面質量的影響規律具有一定的抽象性與復雜性，也是該課程的一個難點，因此選取與某建筑公司簽訂的橫向研究課題為例以改善該知識點的教學效果。該課題旨在設計一套多組石膏板快速切槽裝置，研究發現刀具幾何參數、切削用量、工藝系統幾何誤差等因素對石膏板材加工質量與刀具使用壽命具有顯著的影響，通過展示不同角度與不同切削用量工況下刀片磨損形貌和溝槽表面切割質量的圖片，建立學生對該部分知識點的直觀認識，并培養學生的工程意識、終身學習意識以及團隊合作精神，為學生能夠適應未來發展做好準備。

在課程互聯方面，基于對專業課程間教學內容的互聯分析和教學方法的協同設計，實現各課程相關教學內容的互動強化。例如，在機械制造技術基礎課程的教學實踐中，由于缺乏工程實踐或相關實驗，金屬切削過程中的切削力、切削溫度、切屑形成、刀具磨損/破損等現象具有一定的抽象性，學生難以對該部分內容形成深入理解。有限元法是一門重要的技術提高課程，重點培養學生利用有限元仿真軟件對簡單工程問題進行建模和有限元分析的能力，其課堂教學學時與實踐（上機）教學學時各占50%。在實踐教學過程中，通過對簡支梁、軸類零件、盤類零件等對象進行有限元仿真分析，學生能夠熟練掌握分析步驟，但對于應力、應變、應變率的概念及其影響因素的思考不夠深入，且缺乏以解決具體實際工程問題為目的的仿真分析鍛煉，難以達到學以致用的效果。通過與有限元法課程任課老師的分析討論，確定在有限元法課程實踐教學過程中引入普通外圓車削仿真案例，要求學生明確金屬切削過程中的溫度場分布、應力場分布、切屑形成等內容，并學會基于有限元仿真分析切削速度、切削深度、進給速度等因素對應力、應變、應變率等內容的影響規律。同時，在機械制造技術基礎課程教學過程中，強調有限元仿真分析對于研究金屬切削過程中溫度、應力、應變、應變率等問題的高效性與重要性，從而達到促使學生積極學習并熟練掌握有限元仿真分析軟件的目的。

三、多元興趣驅動教學方法實施成效分析

將多元興趣驅動教學方法應用于2018級機械設計制造及其自動化專業的機械制造技術基礎課程教學實踐中，取得了較好的教學效果。一方面，學生對3D打印技術、汽車發動機曲軸加工方法、槍炮膛線加工方法、復雜模具曲面加工方法、航空發動機加工制造難題等問題，以及各相關高校和研究機構的研究特長，均產生了濃厚興趣，使得課堂氛圍顯著提高，課間與課后的交流討論更加豐富多樣。另一方面，2018級學生機械制造技術基礎課程的期末考試成績明顯優于2017級學生。圖2為2017級和2018級機械設計制造及其自動化專業學生的機械制造技術基礎課程期末考試成績對比。其中，對于2017級學生仍采用傳統授課方式，可以看出，2018級學生成績優良率達到41.9%，明顯高于2017級學生的19.3%;2018級學生中等分數段百分比（22.6%）為2017級學生的一半（45.2%）;2018級學生及格率高于2017級。由此推斷，基于興趣驅動的教學方法能夠顯著提升課程成績優良率，降低不及格率。將課程章節內容與學生多元興趣點相結合，這些內容不僅包括課程教學重點，如麻花鉆結構、六點定位原理、加工質量內容及影響因素，還包括課程教學難點，如刀具角度分析、齒面加工原理、機械工藝規程設計，實現學生在興趣驅動下學習課程內容的重點與難點，進而提高優良率。

四、結束語

基于多元興趣驅動的教學方法從學生角度出發，通過多點挖掘其興趣而激發學習主動性與積極性，不僅能快速增強學生課程學習的獲得感與知識點掌握的牢固程度，還能鍛煉學生的發散與聯想思維，培養其綜合利用所學知識分析問題和解決問題的工程實踐能力。此外，通過強化課堂討論、課后互動等環節，有利于增強學生的溝通與交流能力。總體來看，將多元興趣驅動教學方法應用于課程教學實踐，不僅能夠顯著改善課程內容枯燥、學生學習積極性不高的問題，還可以演變為因課時數壓縮而導致教學效果下降的應對方案，有利于推動實現機械制造技術基礎課程的高質高效教學。

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