應用型本科高校《特種加工技術》課程教學改革
——基于銅陵學院機械設計制造及其自動化專業的實踐

王東生 王涇文

（銅陵學院，安徽 銅陵 244061）

一、引言

機械設計制造及其自動化專業以培養系統掌握機械設計與制造理論知識，受到現代工程師的良好訓練，能從事機械工程領域設計制造、應用研究、科技開發、管理營銷工作的高級應用型專門人才為目標[1]，而《特種加工技術》課程是該專業重要的一門專業方向課。現階段應用型本科高校的機械設計制造及其自動化專業，一方面存在難教，學生不愿意學的問題[2]，另一方面又面臨卓越工程師培養、新工科建設、工程教育專業認證及“一流專業、一流課程”雙萬計劃建設等諸多挑戰，原專業培養方案已不能滿足人才培養需求，急需進行課程教學改革并調動學生學習積極性[3]。文中以銅陵學院機械設計制造及其自動化專業開設的《特種加工技術》課程為例，在介紹其教材、師資、硬件等方面優勢的基礎上，深入探究了課堂教學改革和實踐創新等具體措施，并對教學效果進行了討論，以期給應用型本科高校課程教學改革提供一定的參考。

二、《特種加工技術》課程優勢

（一）教材

課程選用了北京大學出版社的《特種加工》(第2版)，該教材為高等院校機械類專業互聯網創新規劃教材，教材結合主編南京航空航天大學劉志東教授及其團隊在特種加工、精密加工及微細加工等領域近三十余年的教學、科研及生產經驗，系統闡述了特種加工工藝方法的基本原理、加工規律、設備構成、加工特點及主要應用[4]。教材主要用于高等工業院校機械專業特種加工課程教材，也可以供機械制造、精密儀器、機電一體化、模具設計與制造等專業的本科生和研究生選用，同時可供從事特種加工生產方面的工程技術人員及技術工人作為培訓和學習的參考。特別是該教材配套了100多段特種加工視頻，并以掃描二維碼形式呈現，可以利用移動設備掃描后在線觀看，視頻介紹了特種加工方法在生產中的新應用，方便學習教材時對特種加工有更感性的認識。

（二）師資

《特種加工技術》課程主講教師畢業于南京航空航天大學機電學院機械制造及其自動化專業，碩博連讀期間、博士后期間及到銅陵學院工作以后一直從事特種加工技術研究，其不僅對教材所涉及的特種加工技術內容熟悉，而且了解特種加工技術的研究現狀及發展趨勢，并跟蹤國內外相關研究團隊的最新進展。可以將個人的相關研究成果、課題組的相關研究成果及相關研究的最新進展融入到課程中，將教學和科研有機結合，充分發揮教學的言傳和科研的身教協同育人作用。

（三）硬件

依托工程液壓機器人安徽普通高校重點實驗室及銅陵市增材制造重點實驗室，優先采購教學與科研通用設備，重點建設了增材制造、特種加工等相關教學科研平臺。其中增材制造實驗室已采購選區激光熔化SLM裝備，微滴噴射3D打印機等增材制造設備；而特種加工實驗室配備了電火花線切割機床、電火花成型機床等。學校這些先進設備不僅可用于教師的科研，同時為《特種加工技術》課程實踐教學提供了硬件條件，另外也是學生創新訓練開放實驗室的依托平臺。

三、《特種加工技術》課程教學改革

（一）課堂教學改革

1.教學內容擴展

《特種加工技術》課程教學大綱只有32學時，教學課時少、內容多，但為了擴展學生知識面，培養學生學習課程和專業的興趣，在教材的基礎上，對教學內容進行了相當的擴展，注重學生創新思維的培養。對教材的內容，通過學生課前預習與課后自學相結合，采用核心內容重點講解和一般知識快速梳理的策略，解決課程內容與課時的矛盾。擴展知識主要包括任課教師在特種加工技術方面所做的具體科學研究和服務社會工作，教材主編及其團隊在特種加工技術方面的研究及應用，相關特種加工技術國內外最新研究進展等等，充分發揮科研提升教學的效果，如介紹教材主編及其團隊通過電火花線切割實現半導體晶體的定向切割，用于X射線標定裝置；突破了電火花超大厚度線切割，應用于超導托卡馬克聚變實驗堆中磁體加工；通過電沉積納米晶鎳制備破甲彈藥型罩，比常規破甲彈藥型罩射流提高10-15%，破甲能力提高20-30%等應用實例。

2.線上線下混合教學

相對與傳統的線下教學或單純的線上教學，線上線下混合教學模式是當前高校最關注的教學方式，其在激發學生的學習興趣、加強教學互動性、教學多元化等方面都有著明顯的先進性和優越性[5]。《特種加工技術》課程在傳統線下教學的同時，基于線上教學平臺建立線上課程，采用課堂線下學習為主并輔以線上教學平臺使用，課堂以外以線上教學為主的混合學習方式，深度融合現代信息技術與教育教學。在課堂教學中充分利用線上平臺的各種功能，如簽到、選人、投票、搶答、多屏互動、測驗等，增加與學生的互動。對課前預習、課后自習、作業等內容，按照教學計劃，提前在平臺上準備教學內容，并進行資料推送，通過設定任務時間節點督促學生按時完成線上學習任務。

3.課程思政

在2016年的全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記要求堅持立德樹人，把思想政治工作作為教育的中心環節，要把全程育人、全方位育人貫穿教育教學的全過程，努力實現我國高等教育事業的新局面。高校思想政治工作不僅是思政課程的責任，更要融入專業課程教學過程中，從而實現“思政課程”向“課程思政”的轉變[6]。

在《特種加工技術》課程教學，積極將思想政治內容溶于應用實例中及時政中。如介紹電火花線切割用于X射線標定裝置的半導體晶體時，指出在國內攻克這個技術之前，所有的X射線標定裝置的半導體晶體都需要委托日本企業加工，不僅加工費極其高昂，一個半導體晶體加工費超過一百萬人民幣，而且幾天就可加工完成的半導體晶體，簽訂合同時都是半年甚至一年交貨，故意拖延交貨，嚴重影響到國內X射線標定裝置的生產。在光伏產業風口發展起來的太陽能硅片電火花線切割技術現在在定向電火花線切割半導體材料方面發光發熱，不僅突破了技術壁壘，實現了國內自主生產，加工成本遠低于日本企業，而且質量優于日本企業。這個技術起步于任課老師的同門同學，讓學生明白科研并沒有那么神秘、創新并沒有那么難，懂得處處是創造之地，天天是創造之時，人人是創造之人的道理。在介紹到某些技術國內與國外差距時，會結合時政講國外對中國技術的限制、美國與中國的貿易戰等等，從而激發學生的愛國情懷、學習熱情以及社會責任感。

（二）實踐創新

1.課程實驗改革

根據學校的實驗硬件條件，特別是工程液壓機器人安徽普通高校重點實驗室及銅陵市增材制造重點實驗室的建設，及時修訂了《特種加工技術》課程教學大綱，設置了電火花線切割和增材制造二個實驗。課程實踐完全棄用了常規的演示性實驗，而且將綜合性實驗與設計性實驗相結合，每個小組實驗對象需要自己設計，除課程知識外，另外需要結合專業相關的二維及三維軟件設計、優化設計、有限元分析等課程才能完成實驗過程，從而充分培養學生的理論結合實踐能力、動手操作能力及綜合應用知識能力。

電火花線切割實驗基于DK7720高速走絲電火花線切割機床，每個小組需要分別采用AutoCAD繪制線切割輪廓并存為DXF文件和在機床的X8系統上繪圖，并生成加工軌跡DFT文件，分別實現常規線切割，錐度切割和上下異面切割。增材制造實驗基于NCL-M2150T選區激光熔化SLM裝備，在軟件及設計方面，要求學生用三維軟件實現典型增材制造零件的建模，建模過程需要綜合優化設計及有限元結構分析，實現零件輕量化優化設計，并生成STL文件，然后用Materialise Magics及AutoFab軟件實現打印零件加支撐及切片（設置激光功率、掃描速度、成型厚度、掃描軌跡等工藝參數）過程；在具體成型階段，需要學生了解并掌握粉末除濕柜保存，成型前粉末真空干燥箱預熱，NCL-M2150T主設備成型，成型零件真空熱處理爐退火，線切割機床實現試樣與基板分離，萬能工具磨床實現基板磨平再使用，粉末篩分機收回粉末等全流程操作，如果采用復合粉末成型還需要采用實驗行星高能球磨儀球磨獲得待成型粉末。

2.行業實踐

機械工程學院已與國內特種加工技術行業相關的銅陵元一精工機械有限公司、安徽中科春谷激光產業技術研究院有限公司等建立了戰略合作關系，如銅陵元一精工機械有限公司為第四批安徽省重大新興產業工程：“高端裝備制造－－銅陵經濟開發區集成電路（半導體）智能化儀器儀表重大新興產業工程”承擔單位之一，其主要采用電火花線切割和電火花成型制造高密度半導體封裝模具，學院與公司聯合申報了銅陵市重點研究與開發計劃項目及銅陵市半導體封裝模具工程技術研究中心；而安徽中科春谷激光產業技術研究院有限公司是第五批安徽省重大新興產業專項：“高端裝備制造——蕪湖繁昌區增材制造（3D打印）重大新興產業專項”主承擔單位，學院與公司雙方基于資源共享與優勢互補、高校與地方融合與協同創新、互利共惠與攜手發展的合作原則，進行了全方位的合作。這些產學研基地不僅給機械設計制造及其自動化專業學生提供了良好的認識實習、生產實習、畢業實習機會，而且讓學生接觸到特種加工技術行業前端，獲得行業實踐機會，對學生增長見識、鞏固專業知識及進入相關行業工作提供了很好的條件。

四、結語

通過優選教材，配強師資，提升硬件，結合課堂教學改革和實踐創新，較大的提升了我校機械設計制造及其自動化專業學生對《特種加工技術》課程及至專業的學習興趣和效果。學生不僅很好的掌握了《特種加工技術》知識，而且通過綜合應用知識和動手能力訓練，大大提高了學生理論聯系實際能力，另外也培養了創新意識和科研興趣。該專業很多學生的大學生創新創業訓練計劃項目、銅陵學院大學生科研基金項目及學科競賽會結合特種加工技術選題，此外每年都有多個學生報考主講教師母校的研究生，已有多人就讀/畢業于南京航空航天大學的特種加工方向，并從事相關方向的教學及科研工作。