機(jī)械專業(yè)學(xué)生批判性思維培養(yǎng)中的問(wèn)題設(shè)計(jì)與啟發(fā)規(guī)律

侯寧 尚曉峰 孔憲俊 王奔 李躍中

摘 ?要：批判性思維對(duì)培養(yǎng)機(jī)械專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要作用，文章以金屬切削技術(shù)課為例，提出批判性思維訓(xùn)練中的問(wèn)題設(shè)計(jì)與啟發(fā)規(guī)律。其中，設(shè)計(jì)問(wèn)題的主要途徑為理論自身發(fā)展中的矛盾、不同理論之間的矛盾、理論與實(shí)踐之間的矛盾、實(shí)踐認(rèn)識(shí)過(guò)程中的矛盾及不同實(shí)踐之間的矛盾。結(jié)合機(jī)械專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)問(wèn)題有助于學(xué)生掌握提問(wèn)方法、養(yǎng)成提問(wèn)習(xí)慣，從而形成批判性思維。

關(guān)鍵詞：機(jī)械專業(yè);批判性思維;問(wèn)題設(shè)計(jì);金屬切削技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2022）15-0103-04

Abstract： Critical thinking plays an important role in cultivating the innovative ability of mechanical major students. Taking the course of "Metal Cutting Technology" as an example， this paper puts forward the rules of problem design and inspiration in the training of critical thinking. The main ways of design problems are as follows： first， the contradiction in the development of theory itself; second， the contradiction between different theories; third， the contradiction between theory and practice; fourth， the contradiction in the process of practical cognition; fifth， the contradiction between different practices. Combining with the teaching content of mechanical major courses， the scientific and reasonable design of questions is helpful for students to master questioning methods， develop questioning habits and form critical thinking.

Keywords： Mechanical specialty; Critical thinking; Problem design; Metal cutting Technology

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。“中國(guó)制造2025”規(guī)劃中指出：堅(jiān)持走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，以促進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，培育有中國(guó)特色的制造文化，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越，完善多層次多類型人才培養(yǎng)體系[1]。其中，機(jī)械制造業(yè)在服務(wù)與支撐“制造強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略中具有不可替代的作用，為其他行業(yè)（航空、航天、航海、汽車(chē)及能源等）提供重要的生產(chǎn)裝備。然而，隨著第四次工業(yè)革命的到來(lái)，制造業(yè)正朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向快速發(fā)展，新技術(shù)、新模式及新業(yè)態(tài)層出不窮。這對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力提出了更高要求，培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要途徑之一是學(xué)生接受批判性思維訓(xùn)練。目前，培養(yǎng)批判性思維能力的課程分為：獨(dú)立的批判性思維課程和滲透于專業(yè)學(xué)科課程的“融合課程”[2]。獨(dú)立的批判性思維課程重點(diǎn)訓(xùn)練批判性思維方法、態(tài)度和習(xí)慣。但是，這種模式不利于將一般化的批判性思維方法遷移到特定領(lǐng)域;如果產(chǎn)生遷移，則需要在相應(yīng)領(lǐng)域進(jìn)行有針對(duì)性的訓(xùn)練。因此，把批判性思維訓(xùn)練滲透于專業(yè)課教學(xué)中是一個(gè)有效的途徑。機(jī)械工程是研究設(shè)計(jì)制造理論和實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用學(xué)科，為開(kāi)展批判性思維訓(xùn)練提供了良好的載體。在批判性思維訓(xùn)練中如何提出問(wèn)題至關(guān)重要，而提出問(wèn)題離不開(kāi)具體的背景知識(shí)。所以，在機(jī)械專業(yè)課教學(xué)中科學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn)題并合理啟發(fā)是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)金屬切削技術(shù)課教學(xué)過(guò)程中學(xué)生批判性思維能力培養(yǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的分析、歸納和概括，進(jìn)而凝練出機(jī)械專業(yè)學(xué)生批判性思維培養(yǎng)中的問(wèn)題設(shè)計(jì)與啟發(fā)規(guī)律，希望對(duì)其他專業(yè)課程具有一定的參考意義。

一、批判性思維訓(xùn)練中問(wèn)題的作用與提出

批判性思維是對(duì)背景條件、相關(guān)因素、知識(shí)儲(chǔ)備及研究方法進(jìn)行合理運(yùn)用和思考，以便決定相信什么或者做什么的有目的、反思性的判斷過(guò)程，它的目的是利用推理來(lái)理解和解決問(wèn)題[3-4]。根據(jù)這個(gè)概念可知：?jiǎn)栴}是訓(xùn)練批判性思維的起點(diǎn)，只有提出問(wèn)題才能帶來(lái)深刻的邏輯思考。因此，在機(jī)械專業(yè)課教學(xué)過(guò)程中結(jié)合具體知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的問(wèn)題，是培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力與習(xí)慣的重要途徑。為了科學(xué)合理地設(shè)計(jì)問(wèn)題，需要掌握問(wèn)題的生成規(guī)律與策略。問(wèn)題是根據(jù)已經(jīng)掌握的事實(shí)或知識(shí)，探求未知尋求正確的答案。常見(jiàn)的問(wèn)題形式包括“什么”“為什么”“怎么”等，包含“什么”的提問(wèn)有助于弄清特定的事實(shí)資料，包含“為什么”的提問(wèn)有助于獲取現(xiàn)象背后的根本原因，包含“怎么”的提問(wèn)有助于描述事情的詳細(xì)經(jīng)過(guò)[5]。

問(wèn)題反映了目標(biāo)與行動(dòng)之間的矛盾，找到矛盾主體是提出問(wèn)題的依據(jù)。矛盾主體主要存在于以下方面：（1）理論發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的矛盾;（2）不同理論之間的矛盾;（3）理論與實(shí)踐之間的矛盾;（4）實(shí)踐認(rèn)識(shí)過(guò)程中產(chǎn)生的矛盾;（5）不同實(shí)踐之間的矛盾。在專業(yè)知識(shí)教學(xué)中找到這些矛盾主體可以提出有啟發(fā)價(jià)值的問(wèn)題，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力具有重要意義。

二、金屬切削技術(shù)課教學(xué)中的問(wèn)題設(shè)計(jì)與啟發(fā)

本文以金屬切削技術(shù)課為例進(jìn)一步討論批判性思維訓(xùn)練過(guò)程中的問(wèn)題設(shè)計(jì)與啟發(fā)規(guī)律。“金屬切削技術(shù)”是研究利用刀具將工件上多余材料去除，以獲得滿足設(shè)計(jì)要求的加工精度和表面質(zhì)量的一門(mén)技術(shù)科學(xué)[6]。該門(mén)課是專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)的金屬切削機(jī)床和機(jī)械制造工藝學(xué)課程以及專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)金屬切削技術(shù)課還涉及材料學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)等相關(guān)理論。所以，該門(mén)課既有一定的理論深度又有較強(qiáng)的應(yīng)用屬性，需要學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行批判性思考才能完成理解、掌握、使用的學(xué)習(xí)過(guò)程。為此，在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)老師主動(dòng)提出問(wèn)題，一方面向?qū)W生傳授提問(wèn)的方法，另一方面幫助學(xué)生養(yǎng)成提問(wèn)的習(xí)慣。在此基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生積極大膽地獨(dú)立提出問(wèn)題，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生批判性思維的目的。根據(jù)批判性思維訓(xùn)練中問(wèn)題的作用與提出規(guī)律，金屬切削技術(shù)教學(xué)中的問(wèn)題設(shè)計(jì)分為以下類型。

（一）從理論發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的矛盾方面設(shè)計(jì)問(wèn)題

理論的提出、完善、發(fā)展是不斷否定舊知識(shí)、創(chuàng)建新知識(shí)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中伴隨著問(wèn)題的提出與解決，因此在教學(xué)過(guò)程中對(duì)專業(yè)理論發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行梳理是設(shè)計(jì)問(wèn)題的主要途徑之一。

切削速度的范圍是多少？

切削速度是切削用量三要素之一，對(duì)加工質(zhì)量和效率具有重要影響。在講解切削速度的概念和計(jì)算公式后，提出切削速度范圍是多少的問(wèn)題。該問(wèn)題可以激發(fā)學(xué)生踴躍討論，學(xué)生們會(huì)提出切削速度的范圍從十幾米每分鐘到幾百米每分鐘。根據(jù)學(xué)生們的討論結(jié)果，對(duì)切削速度的范圍進(jìn)行分類引出高速切削技術(shù)。與傳統(tǒng)切削技術(shù)相比，高速切削技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，其單位功率的金屬切除率和刀具使用壽命大幅提高，切削力和切削熱明顯降低[7]，如圖1所示。通過(guò)講解切削速度從低到高的變化過(guò)程，使學(xué)生明白提出問(wèn)題在技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展中的重要作用。同時(shí)，啟發(fā)學(xué)生大膽猜想切削速度是否可以進(jìn)一步提高，提高到什么程度。

圖1 高速切削溫度變化規(guī)律

（二）從不同理論之間的矛盾方面設(shè)計(jì)問(wèn)題

理論的對(duì)立現(xiàn)象說(shuō)明理論的成立需要一定的前提條件。通過(guò)對(duì)不同理論進(jìn)行比較分析可以加深對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)、不斷擴(kuò)展理論的應(yīng)用范圍。

前刀面磨損與后刀面磨損條件的區(qū)別是什么？

前刀面磨損通常發(fā)生在切削塑性材料、切削厚度較大及切削速度較高時(shí);后刀面磨損發(fā)生在切削塑性材料及鑄鐵、切削厚度較小及切削速度較低時(shí)[6]。在講授該知識(shí)點(diǎn)的過(guò)程中，可以通過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生思考前刀面磨損與后刀面磨損條件不同的原因是什么。為了回答該問(wèn)題，學(xué)生需要回憶起切削厚度的概念及切削速度對(duì)切削溫度的影響。例如，當(dāng)切削厚度和切削速度較小時(shí)，刀具的切削作用變?nèi)酰饕詳D壓摩擦為主，容易引起后刀面磨損。在理解了前刀面和后刀面磨損條件不同的原因之后，學(xué)生將明白如何控制切削用量減小刀具磨損。

（三）從理論與實(shí)踐之間的矛盾方面設(shè)計(jì)問(wèn)題

實(shí)踐對(duì)理論具有決定作用，理論對(duì)實(shí)踐具有指導(dǎo)作用，理論和實(shí)踐是相輔相成的、辯證統(tǒng)一的關(guān)系。客觀事物處于不斷的發(fā)展變化之中，理論也要隨著實(shí)踐的發(fā)展而發(fā)展，做到理論和實(shí)踐的統(tǒng)一。

為什么理論粗糙度不等于測(cè)量粗糙度？

表面粗糙度是指加工表面的微觀幾何形狀誤差，對(duì)零件的配合性質(zhì)、耐腐蝕性、耐磨性和疲勞性能具有重要影響，因此需要掌握加工表面粗糙度的大小[6]。如果把切削刃看作幾何學(xué)的線，它相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)所形成的已加工表面的微觀不平度稱為理論粗糙度，如圖2所示。但是，理論計(jì)算的表面粗糙度并不等于實(shí)際測(cè)量的表面粗糙度，這時(shí)可以設(shè)計(jì)問(wèn)題關(guān)于理論與實(shí)際粗糙度不同的原因是什么。學(xué)生們經(jīng)過(guò)交流后提出不同原因，如切削振動(dòng)、工件材料缺陷、積屑瘤及鱗刺等因素。通過(guò)該問(wèn)題的討論，首先可以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力;其次可以使學(xué)生聯(lián)系以往學(xué)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)，做到學(xué)以致用;最后可以順其自然地引出后續(xù)知識(shí)點(diǎn)，如何減小表面粗糙度，從而增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

圖2 理論粗糙度

（四）從實(shí)踐認(rèn)識(shí)過(guò)程中產(chǎn)生的矛盾方面設(shè)計(jì)問(wèn)題

認(rèn)識(shí)是以實(shí)踐為基礎(chǔ)的辯證發(fā)展過(guò)程，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的出發(fā)點(diǎn)、動(dòng)力、條件和歸宿，認(rèn)識(shí)開(kāi)始于實(shí)踐，在實(shí)踐中才能獲得認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)在實(shí)踐認(rèn)識(shí)過(guò)程中的矛盾處設(shè)計(jì)問(wèn)題有助于掌握本質(zhì)和規(guī)律。

1. 刀具材料組成元素的選用依據(jù)是什么？

刀具被喻為工業(yè)的牙齒，刀具材料的成分對(duì)其性能具有直接影響。例如，高速鋼是一種含鎢、鉬、鉻和釩等合金元素較高的合金工具鋼[6]。硬質(zhì)合金是以高硬度、難熔的金屬化合物微米級(jí)的粉末，用鈷、鎳等金屬做黏結(jié)劑在高溫高壓下燒結(jié)而成的粉末冶金制品[6]，如圖3所示。在講授不同刀具材料的組成元素時(shí)，可以設(shè)計(jì)問(wèn)題關(guān)于為什么含有這些元素、其主要作用是什么等。學(xué)生通過(guò)討論會(huì)發(fā)現(xiàn)鎢、鉬等合金元素具有硬度高、耐磨性好的特點(diǎn)，進(jìn)而加深對(duì)刀具材料性能的理解和掌握。在此處設(shè)計(jì)問(wèn)題的好處是：首先，有助于使學(xué)生理解控制刀具材料性能的本質(zhì)是什么，進(jìn)而明白從哪個(gè)角度改進(jìn)刀具性能;其次，在使用刀具時(shí)提前預(yù)判與哪些工件材料產(chǎn)生反應(yīng)進(jìn)而避免刀具磨損，如YT類硬質(zhì)合金不適合切削鈦合金;最后，有助于分析刀具磨損機(jī)理，優(yōu)選刀具材料。

2. 切削變形的表示方法是什么？

金屬切削過(guò)程會(huì)產(chǎn)生三個(gè)變形區(qū)，如何表示切削變形程度是研究金屬加工的重要問(wèn)題。因此，在學(xué)習(xí)該知識(shí)點(diǎn)時(shí)可以向?qū)W生提出兩個(gè)問(wèn)題：一是為什么要學(xué)習(xí)切削變形的表示方法;二是用什么指標(biāo)評(píng)價(jià)切削變形。通過(guò)討論使學(xué)生明白切削變形的定量表示可以控制切屑形成過(guò)程、預(yù)測(cè)切削力的大小。利用觀察切屑形成過(guò)程視頻，啟發(fā)學(xué)生找到切削前后切屑形狀和尺寸的變化規(guī)律，進(jìn)而引出厚度變形系數(shù)和長(zhǎng)度變形系數(shù)。所以，在此處設(shè)計(jì)問(wèn)題可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索知識(shí)的能力，提高學(xué)習(xí)的樂(lè)趣與積極性。

圖3 不同刀具材料

（五）從不同實(shí)踐之間的矛盾方面設(shè)計(jì)問(wèn)題

通過(guò)對(duì)不同實(shí)踐情況進(jìn)行比較，可以找到事物之間的異同之處。在該處設(shè)計(jì)問(wèn)題可以訓(xùn)練學(xué)生的類比思維以及知識(shí)的遷移能力。

鏜削內(nèi)孔時(shí)刀尖安裝位置對(duì)工作角度的影響是什么？

在講授車(chē)刀的標(biāo)注角度時(shí)忽略了進(jìn)給量的影響，并將切削刃選定點(diǎn)安裝得與工件軸線等高[6]。然而，在實(shí)際車(chē)削外圓時(shí)，當(dāng)?shù)都飧哂诠ぜ剞D(zhuǎn)軸線時(shí)，切削平面與基面向逆時(shí)針?lè)较虬l(fā)生偏轉(zhuǎn)，刀具工作前角大于標(biāo)注前角，而工作后角小于標(biāo)注后角，如圖4所示。為了培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力，在講解完車(chē)削外圓刀尖安裝位置的影響后，提出問(wèn)題關(guān)于鏜削內(nèi)孔時(shí)刀尖安裝位置對(duì)刀具角度的影響是什么。車(chē)削外圓與鏜削內(nèi)孔是兩個(gè)正好相反的加工情況，在此處設(shè)計(jì)問(wèn)題既有一定的難度又可以考察學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。參考車(chē)削外圓的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生們討論了兩種答案：一種是與車(chē)削外圓類似;另一種是與車(chē)削外圓相反。通過(guò)討論，學(xué)生們加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，也培養(yǎng)其舉一反三解決不同問(wèn)題的能力。

以上關(guān)于金屬切削技術(shù)課程教學(xué)中的問(wèn)題設(shè)計(jì)與啟發(fā)規(guī)律在機(jī)械1705-1706班和機(jī)械1805-1806班得到了較好的實(shí)踐。通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中科學(xué)合理地設(shè)計(jì)問(wèn)題，首先使學(xué)生能夠把注意力集中到課堂內(nèi)容學(xué)習(xí)上;其次增加了學(xué)生主動(dòng)思考、獨(dú)立思考的積極性;最后提高了學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。金屬切削技術(shù)課程的教學(xué)實(shí)踐表明本文提出的問(wèn)題設(shè)計(jì)與啟發(fā)規(guī)律具有可行性，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維方法與習(xí)慣具有重要意義。在課堂教學(xué)中老師主動(dòng)提出問(wèn)題是訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立提問(wèn)的前提基礎(chǔ)，學(xué)生可以從老師設(shè)計(jì)的問(wèn)題中獲得提問(wèn)的方法與途徑。此外，還應(yīng)該營(yíng)造一種平等、自由、靈活的課堂氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生積極大膽地提問(wèn)，從而使學(xué)生養(yǎng)成愛(ài)提問(wèn)的習(xí)慣。

三、結(jié)束語(yǔ)

批判性思維對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力至關(guān)重要，為此本文以金屬切削技術(shù)課為例，提出了在培養(yǎng)學(xué)生批判性思維中的問(wèn)題設(shè)計(jì)與啟發(fā)規(guī)律。在專業(yè)課教學(xué)中設(shè)計(jì)問(wèn)題的途徑包括：（1）從理論自身發(fā)展中的矛盾方面;（2）從不同理論之間的矛盾方面;（3）從理論與實(shí)踐之間的矛盾方面;（4）從實(shí)踐認(rèn)識(shí)過(guò)程中的矛盾方面;（5）從不同實(shí)踐之間的矛盾方面。結(jié)合專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容，從這五個(gè)方面設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)啟發(fā)學(xué)生批判性思考、掌握提問(wèn)方法及養(yǎng)成提問(wèn)習(xí)慣具有積極的意義。

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