創意雕刻在工程實踐教學中的探索與應用

武強強， 烏 蘭， 徐永勝， 沈 亮， 陳 響， 寇文軍

（西北民族大學實驗教學部，蘭州730030）

0 引 言

高校工程實訓是培養當代大學生工程實踐能力、工程素養和創新能力的重要實踐活動，是培養學生安全意識、工程意識、創新思維、創新能力、實踐動手能力的重要實踐教學活動［1-2］。但傳統的金工實習實訓項目已經滿足不了現在工業化大發展的時代需求，為緊跟時代步伐，各高校必須進行工程訓練實踐教學內容的改革［3-4］，以滿足時代的需求。以我校實驗教學部開設的金工實習為例，在近期的實訓中發現，學生的積極性不是很高，特別是參加實訓的非機專業的同學，可以體會到，現在的學生不象之前的學生，他們更希望學習自己感興趣的東西，并希望將自己的想法能夠添加進實習作品中。隨著受教育對象的改變，為適應學生學習要求的變化，我校實驗教學部工程訓練中心對實訓內容進行了教學改革與探索，新增開具有學生自主創新性的激光內雕及數控雕刻創意雕刻實訓項目。

1 創意雕刻應用于工程訓練的必要性

先進制造技術在機械行業領域有著重要的地位，代表著制造業的發展方向［5］。高校工程訓練也在從傳統金工實習向現代化工程訓練轉變；從傳統制造技術向先進制造技術轉變；先進制造技術可以促進學生學習工程知識、激發創新潛力、提高工程實踐能力和工程意識起到其他課程不可替代的作用［6-7］。當今大學生是隨著社會、科技、經濟高速發展的背景下成長起來的新一代大學生，接受新知識、新技術、新技能、新工藝的能力很強，在實訓過程中發現有很多學生有自己的一技之長，而且更關注各自的學習興趣愛好及對所學知識的實際應用［8-10］。

為此工程訓練中心在實訓項目上增設了激光內雕、數控雕刻等作為學生的創意雕刻實訓項目，學生可以根據自己的興趣愛好設計自己喜歡的作品并對其進行實體加工，這對提高學生創新意識、創新思維、創新技能培養及創新創業等方面有重要意義，既豐富了實踐教學課程體系內容，也能更好地引導學生從事自己喜歡的實訓項目，培養學生的創新創業能力，更好地適應制造業的大環境。

2 創意雕刻實訓課程建設

2.1 創意雕刻實踐教學課程改革

根據新時期民族高等教育和應用型人才培養要求，結合工程訓練中心實踐教學實際情況，以工程訓練為載體，不斷拓展和豐富實訓內容。建設富有特色的應用型人才培養公共實踐教學平臺，創建“夯實基本技能，提升綜合能力，激發創新精神”的實踐教學體系［11］，在原有數控車、銑、電火花線切割等實訓項目基礎之上，增加了數控雕刻、激光內雕等先進制造技術方面的實訓項目，作為學生的創意雕刻實訓項目，學生可以根據自己的興趣愛好設計自己喜歡的作品并對其進行實體加工，這對培養學生的創新意識、創新思維、創新技能培養及創新創業等方面有著重要意義；實訓項目豐富了工程訓練實訓內容及人才培養課程體系。

2.2 創意雕刻實訓的硬件保障

中心現有1臺三軸數控雕刻機床，1臺四軸數控雕刻機床，型號為Carver PMS16，2臺五軸聯動數控雕刻機，型號為SmartCNC450E_DRT，雕刻機X/Y/Z軸運動定位精度為8/6/6 μm，X/Y/Z軸重復定位精度為5/5/5 μm；該數控設備定位精度高，可實現復雜曲面零件產品、三維立體模型的精細化加工。并配置有ArtForm3.5及SurfMill8.0軟件，可以進行產品的建模及完成數控編程；實驗室有激光內雕機Argus Pro 1臺套，三維相機1臺，并配套有相應的設計軟件，同時實訓室有若干臺臺式機，可用于學生實習時的作品設計及數控編程。故該創意雕刻實訓項目所需要的軟硬件設備都已經具備，為實訓項目開展提供了設備保障。

3 創意雕刻實訓項目內容及教學效果

3.1 激光內雕實訓項目及內容

激光內雕指的是利用激光對水晶等玻璃制品表面及體內進行文字、圖形、圖像的雕刻，是激光加工的一種形式［12-13］。

激光內雕實訓項目內容如表1所示，通過實訓，要求學生能進行簡單模型的設計，會進行點云后置處理，并能將輸出的點云文件在實體雕刻機上進行加工，最后完成浮雕作品加工。

表1 激光內雕實訓項目及內容

學生部分內雕作品如圖1所示。

圖1 學生激光內雕部分作品

3.2 數控雕刻實訓項目及內容

數控雕刻技術CNC（Computer Numerical Control）是將傳統的手工雕刻技術和現代數控技術相結合的一種先進制造技術，它不僅傳承了手工雕刻工匠的靈活、精細、自如的特點，同時又有數控技術的高效率及高精度；不僅可以改變傳統手工雕刻效率低、勞動強度大的弊端，而且可以提高模型加工精度和工作效率，特別對一些輪廓復雜、難以加工的產品通過數控雕刻機完美地加工出來，使產品的制作更加精致［14-15］。

數控雕刻實訓項目及內容如表2所示，通過實訓要求學生進行簡單模型的建模設計、工藝分析、走刀路徑規劃、NC程序的生成、NC程序的輸出、實體機床的操作，并完成雕刻作品加工。

表2 數控雕刻實訓項目及內容

學生部分雕刻作品如圖2所示。

圖2 學生數控雕刻部分作品

3.3 教學效果分析

實驗教學部工程訓練中心結合實際情況，對工程訓練進行實訓項目的教學改革探索，開設激光內雕及數控雕刻實訓項目，在實訓過程中學生可以自由選擇設計自己喜歡的作品，并能進行實體操作加工，學生設計制作的產品可以帶走留作紀念。在實訓項目及實訓過程中，改變傳統的教學模式，實行小班化教學，調動學生的積極性、自主選擇、增加實訓的趣味性，增強學生動手的欲望，充分發揮學生的主觀創意，讓創意雕刻走進課堂，豐富數控雕刻實訓內容，最后在實體機床上進行加工，使數控雕刻實踐教學內容與學生自身的興趣結合起來，形成具有創意性的數控雕刻實訓項目，培養學生的自主創新能力和實踐動手能力。

教學上工程訓練中心逐步形成了選修、必修、實驗室開放項目等多層次、多學科多類型的工程訓練人才培養體系。激光內雕及數控雕刻創意雕刻實訓課程在必修及選修學生中同時開設，必修課程主要針對電氣工程學院、化工學院、土木工程學院、生命科學學院開設，必修學生主要是認知性實訓，感興趣的同學可以參加選修課進行更為深入的學習，也可以參加實驗室設置的開放項目進行學習。圖3所示為近3年參加金工實習學生來源及人數分布，從圖可見，近年來參加實訓的學生人數相對穩定。

圖3 近3年參加實訓學生來源分布圖

在實訓中進行小班化教學，原來每組3～4人的實習小組，現在改革為每組1或2人，大大提升了每位同學親自動手實踐操作的實踐過程。參與動手的機會大大增加，而且作品的設計可以根據各自的喜好來選擇，很大程度上調動了學生的自主性，積極性。在實訓過程中發現學生的實訓熱情高漲，開設的創意雕刻項目在實踐教學過程中，以學生為中心，以教師輔導為輔，以學生自身興趣為動力，通過興趣推動學生去自主學習實踐，實踐證明取得了良好的教學效果。

4 結 語

實踐表明，將激光內雕及數控雕刻創意雕刻新技術應用于實訓項目的實踐，大大激發了學生的學習興趣，提高了學生學習的主動性和積極性，讓學生主動參與到實訓項目中來；主動去獲取理論知識，積極投入作品設計中，分析、制定加工方案，最后按照工藝流程加工出自己設計的作品。開設的創意雕刻項目在實踐教學過程中，以學生為中心，以教師輔導為輔，以學生自身興趣為動力，通過興趣推動學生去自主學習實踐，實踐證明取得了良好的教學效果，對推動工程訓練實踐教學改革具有一定的借鑒作用。