《精密加工與特種加工》教育教學改革探索*

周圣軍

（武漢大學動力與機械學院 湖北武漢 430072）

一、背景

作為傳統機械加工技術的補充和拓展，《精密加工與特種加工》技術利用電能、熱能、光能、電化學、高能束、超聲波或其他能量等非傳統加工方式，來完成傳統加工方式難以實現的加工，如特殊材料、復雜曲面、精密零件的加工。精密及特種加工技術是衡量一個國家制造水平的重要標志之一，是我國在國際競爭中取得領先地位的關鍵技術。[1-3]但是，我國精密加工及特種加工技術起步晚，技術積累相對薄弱，與發達國家相比具有較大差距。而這些問題也約束著我國智能制造技術的發展，導致我國在關鍵核心技術上被“卡脖子”。由此可見，深入學習及研究精密加工及特種加工技術是發展智能制造的關鍵一步，也是解決關鍵核心技術“卡脖子”問題的有效方法之一。

在《精密加工與特種加工》課程教學中，為提高學生利用所學知識解決實際工程問題的能力，培養創新型、應用型人才，在課時不斷壓縮的現實條件下，對傳統課程體系和教學內容進行整合，結合學校與企業的優勢資源，結合理論教育與實踐，引入最新學術研究成果和工業界研發進展，使學生了解世界科技前沿和國家重大戰略需求，教育教學改革已勢在必行。

二、課程內容及教學目標

《精密加工與特種加工》課程詳細介紹了金剛石刀具精密切削加工、精密與超精密磨料加工、電火花線切割加工、電化學加工、激光加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工、超高壓水射流切割等加工技術的技術原理、加工方式、技術特點、所用設備、具體應用實例和發展趨勢。學生在掌握傳統切削及磨削加工的基礎上，進一步掌握利用機械、光、電、熱、化學、磁、原子能等能源進行加工的非傳統加工技術及多種加工方法復合作用的復合加工技術，從而能夠準確、熟練地確定機械零件的加工方案，并根據加工方案確定加工工藝路線。最終起到鍛煉學生解決實際復雜工程問題能力的作用，培養學生的創新意識、思維和動手能力。

為了培養應用型、創新型人才，本課程包含三個教學目標：

（一）介紹當前機械制造領域的先進制造工藝核心技術，包括金剛石刀具精密切削加工、精密與超精密磨料加工、電火花線切割加工、電化學加工、激光加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工、超高壓水射流切割等；學生通過本課程的學習能夠了解到這些加工方法的技術原理、加工方式、技術特點、所用設備、具體應用實例和發展趨勢，對精密加工及特種加工技術產生濃厚興趣，能夠針對高精度、復雜零件制定先進的加工路線，從而運用精密加工及特種加工技術解決傳統加工技術無法解決的技術難題。

（二）通過該課程的學習，學生能夠掌握所涉及的加工技術的基本原理和優缺點，掌握各種精密加工及特種加工技術基本的加工方法及工藝規律，鼓勵學生自己上網查閱有關精密加工及特種加工技術的英文文獻及技術資料。這樣不僅讓學生了解本專業領域的發展趨勢和前沿科技成果，而且鍛煉了他們閱讀英語文獻的能力。

（三）通過該課程的學習，學生能夠根據實際材料及零件需求，制定相應的加工工藝路線，并利用相關軟件編寫加工程序，能夠熟悉設備并進行簡單的操作。

三、課程存在的問題

（一）《精密加工與特種加工》這門課程涉及的內容多，包含了電、光、熱、聲、磁和化學等大量的物理、化學、材料學科的知識，對學生的知識面有一定要求，許多技術原理對學生而言難度很大，不容易理解，課程中教師傳授的知識量過大，學生不易融會貫通。同時，該課程的學時偏少，授課學時總共只有30 個，難以全面、深入地講解本課程涉及的金剛石刀具精密切削加工、精密與超精密磨料加工、電火花線切割加工、電化學加工、激光加工等十幾種工藝技術，經過本課程的學習后，學生僅僅只是簡單地了解工藝方法，不能熟練運用所學知識解決實際工程問題。

（二）沿用傳統的教學方式

教師上課以課堂講授為主，以教師為主體，學生只是被動接受知識，未主動思考，學到的知識未及時消化吸收，教學效果差。同時，缺乏有效的教育反饋渠道，教師難以掌握學生對知識點吸收、消化的程度以及平時學習所遇到的難題，導致教師不能及時調整教學方案。此外，由于課程知識點多，內容枯燥且難以理解，導致學生主觀能動性較差，往往放棄學習中的重難點內容，教學中無法實現對學生工程應用能力的培養。

（三）實踐教學少且難以實現。該課程所需設備多數為高精度尖端設備，如電火花成形加工機床、電火花線切割機床、電解加工機床、激光加工設備、超聲波加工設備、電子束加工設備、離子束加工設備及光刻機等，購買、使用這些設備需要的投資大、成本高，而且部分設備對環境要求高。如光刻機工作環境中的顆粒數量需嚴格限制，空氣中溫度及濕度也要維持在恒定值，為滿足這樣的加工環境，需建造專門的超凈間來放置光刻機，但是超凈間造價昂貴，難以承受。因此實訓設備種類上難以滿足教學要求，導致許多實踐教學不易實現，學生缺少實際操作加工設備的機會，操作技能難以得到提高。

（四）學生對這門課的了解程度和重視程度不夠。《精密加工與特種加工》這門課程的授課對象是機械相關專業的學生，他們往往對傳統的加工方法比較熟悉，如鑄造、鍛壓、焊接以及機械加工方法（車、銑、鏜、磨等），對精密加工和特種加工的任務性質和適用范圍不了解，導致學生在碰到加工特殊材料、特殊結構的加工零件時，無法實現加工要求。

四、教學改進措施

為解決本課程存在的問題，在教學工作中主要采取以下措施：

（一）針對本課程學時偏少的問題，在課堂教學中結合教師的科研工作著重講解重點、難點內容。較為簡單的內容安排學生預習、自學，同時也能夠鍛煉學生的自主學習能力。比如《電火花加工》一章中，重點介紹電火花加工的機理、特點以及基本的工藝規律，對關鍵技術進行重點講授，使得學生深入理解并掌握電火花加工的核心技術，從而為學生將來應用這些技術打下堅實的基礎。

（二）針對本課程涉及知識范圍廣、學習難度大的問題，教師會在每次課講授新知識之前，帶領學生對上次課的重難點內容進行回顧，進一步引出本次課的新內容。同時在本次課結束之前，對本次課的內容進行總結，而在每講完一章的內容后，對這章的重難點內容也進行及時的回顧。同時，針對每一章的內容，給學生布置相關的思考題，使得學生在思考的過程中加深對章節重難點的理解和記憶。比如，超硬磨料砂輪磨削有哪些特點？電火花加工的基本要求有哪些？電火花線切割與電火花成形加工有哪些相同點和不同點？光刻加工技術的基本過程包括哪些步驟？這樣，通過對課程重難點的回顧、總結和思考，使學生建立起完整的知識體系。

（三）采用講解應用案例為核心的授課模式。如芯片制造過程中，傳統的濕法腐蝕和干法刻蝕技術難以加工硬且脆的碳化硅材料，采用飛秒激光加工技術卻可以達到事半功倍的效果。講解這些案例可以有效地激發學生的求知欲，調動其主觀能動性，提高學生對加工技術理論的學習熱情。豐富的應用案例配合相關圖片、動畫、視頻、加工實物或模型，將抽象的技術理論形象具體化，讓學生更加容易理解，取得了更好的教學效果。

（四）舉辦講座、參觀工廠、小組討論、現場教學等多種教學模式。像高能電子束加工、超聲波加工等內容比較晦澀難懂，而且學生很少能接觸到這些尖端技術，所以可以邀請活躍在生產一線的專業人員以講座或專題的形式進行講解，讓學生更加清楚這些加工技術的關鍵細節和難點，了解其研究現狀和發展趨勢，明確其發展前景和應用范圍，拓展學生專業知識面，為未來從事研究和產業化工作打下堅實基礎。

（五）充分利用學校資源，實施一體化教學。利用學校工程訓練中心的加工設備，將工藝分析、編程、機床操作培訓結合為一體，把課程學習中所需掌握的關鍵技術分解到現場教學之中，比如數控加工、激光加工、線切割加工等。通過師生互動教學，使學生掌握相關技術的理論知識，又能詳細了解精密加工和特種加工的加工步驟。而課本上的設備組成結構，在現場就能講解得明明白白，并且在保證安全的情況下，讓學生自己動手操作設備，同時老師巡回指導，及時解決學生在實際操作過程中提出的問題，這樣可以加深記憶，實現事半功倍的教學效果。

（六）開展課題項目實踐，注重培養實際應用能力。教師從企業的實際生產需求中尋找課題項目，提出實際生產加工中的難題，要求學生提出解決方案。學生通過收集整理相關資料，提出不同的方案，分析其優缺點和可行性，最后確定具體加工方式和工藝。課題項目選擇要和教學目標一致，具有典型性、啟發性、可行性，選擇的課題要符合兩個條件：一是包含《精密加工與特種加工》技術的基本理論，二是有利于增強學生實際應用所學知識的能力。例如，在碳鋼上加工50×40mm 的方孔，孔深為30mm，要求根據傳統加工方式和電解加工方式分別設計工藝，通過這個案例，引導學生討論加工方孔的方法，并比較采用傳統加工方式和電解加工方式各自的可行性和優缺點。傳統的機械加工方式不易形成方孔等異形孔，但是采用電解加工就很容易實現，而且能夠保證方孔的形狀和精度。通過引入這個案例，學生能夠較好掌握電解加工方法的原理、特點和適用范圍，同時拓展學生的思路，建立工程思維。

（七）組織課題項目匯報，鍛煉學生表達能力與項目匯報能力。教師組織專門的課題匯報課，要求學生將自己的課題項目加工方案、工藝路線以及對《精密加工與特種加工》技術的理解感悟匯總整理成PPT，在課題匯報課上進行展示。在課題匯報結束后，教師針對匯報內容與學生討論，探究加工方案、工藝路線的可行性，分析加工過程中可能出現的問題，根據問題討論解決方案，最后對加工方案和工藝路線進行優化。這個過程能很好地鍛煉學生的思考能力和表達能力，學生在做PPT 的過程中，需要厘清課題各部分內容之間的邏輯關系，思考如何用圖、表以及文字清晰地表達課題的加工方案、工藝路線，學生在思考的過程中也進一步加深了對《精密加工與特種加工》技術的理解和記憶。此外，在課題匯報結束后的討論過程中，教師學生思維碰撞，能有效開闊思路，激發靈感，有利于提出創新性的加工方案。教師也能通過討論了解學生掌握課程知識點的程度，在之后的教學環節中，加強相關知識點的講解。

（八）為了實現學以致用，在教學實踐環節中，要根據學校實訓中心的資源，給學生最大限度的自由。學生可以根據自己喜好，充分發揮想象力、創造力，設計出自己想要加工的零件，并在加工設備上進行數控編程，將設計圖稿變成實際零件。教師應隨時關注學生的實踐進展，進行引導、點評。學生通過實踐，消化和鞏固所學理論知識，并運用所學知識解決實際工程問題，實現理論知識向專業技能的轉化。要引導和鼓勵學生積極參與各種比賽，鍛煉學生運用精密加工和特種加工技術解決實際加工問題的能力，對所學知識進一步理解、鞏固和運用。

（九）優化課程考核體系，調動學生的學習熱情，培養學生的專業素質。精密加工和特種加工課程采用了試卷+思考題作業+課題報告+課題匯報+課堂問答+實踐的考核方式，通過采用多元化的考核方式，強化學生對所學專業知識的綜合應用能力，最大化發揮學生的主觀能動性，全面考核學生對精密加工和特種加工專業知識的掌握程度。

結語

結合課程內容、特點，并充分利用學校的實踐教學平臺，通過優化教學內容、調整教學方式、開展課題項目實踐、組織課題匯報、增加實訓機會與優化課程考核體系，突出創新型、應用型人才的培養，本課程實現了較大的教學進步。課程教改是整個教學改革中的重要一環，本課程的教改實施給其他課程的教學改革提供了經驗和借鑒，對培養具有創新思維和創新能力的應用型人才，具有非常重要的實際意義。