數控電火花線切割加工實訓教學研究

摘要：現代化制造產業中，特種加工是尤為重要的加工工藝。針對高校實施實訓過程中，學生積極性不高、動手能力不強的情況，為了更大地激發學生的興趣、創新思維和提升動手能力，寓教于樂，對數控電火花線切割實訓方法進行探索研究，主要通過兩個層面改革探索，一是以趣味化編程的方式建設課程，趣味帶動學生的積極性；二是以課程教育穿插思政教育的方式，調動學生的思維，為其建立正確的人生觀和價值觀，增強課程的趣味性和啟發性。觀摩發現，改革后的教學方法能充分調動學生的積極性，教學效果得到顯著提升。

關鍵詞：教學改革；線切割；特種加工；思政教育；趣味編程

“新工科”時代背景下，要求高校培養學生在充分掌握理論知識的同時，還要掌握一定的發現問題、分析問題、解決問題的能力。在這種過程中，理工科院校的工程訓練占據教育實踐環節中較為重要的地位。

（1）在實踐的過程中加深學生對理論知識的理解，增強學生對實際生產工藝的了解。

（2）對于機械結構的運動方式有更進一步的認識。結構的分析并非紙上談兵，必須動手利用工具進行拆分，組合裝配才能真正了解內部結構，從而提升工程實踐的能力。

（3）未來規劃。通過工程實踐教育，讓學生掌握專業的發展前沿和有針對地做出職業規劃。

（4）培養學生舉一反三，勇于創新的精神。

在學生培養方案中，學生參與工程實訓［1］是一項尤為重要的教學內容，旨在培養工科類學生的動手實踐能力，同時也培養了非工科類學生對工科課程通識的能力。根據調研發現，傳統的工程實訓教學方式為：在規定的課時范圍內，對學生完成理論知識傳授、實操講解、動手實踐。該教學方式時間緊，任務重，不僅是教師的痛點，也是學生的難點。在這個過程中，學生處于被動的狀態下，課程處于被動灌輸知識的過程，實際的教學質量跟不上預期的效果。因此，如何在規定的課時范圍內均衡以上3個模塊的時間，達到教學效果的最優解，成為教師迫切需要解決的問題，也是課程打磨的核心出發點。

1課程痛點

主要的痛點包括以下幾點：

（1）實訓設備不足，技術與社會前沿脫軌。對于數控電火花線切割加工而言，該學科融合熱力學、數控編程技術、材料學等學科，較為綜合，且該加工工藝在許多重工業領域中應用廣泛。雖然說知識是不會過期的，但是隨著科技的迅速發展，許多實驗設備頻繁更新換代，甚至五年一小變，十年一大變，完全跟不上社會主流設備，學生如果在學校仍然學習十幾年前的設備，對于其走向社會會產生影響，讓學生感覺學校所學知識和一線企業有誤差。

（2）教學方式單一，教學素材老舊，教學內容抓不到重點。雖然目前教學也處于多媒體教學的狀態下，在理論教學過程的PPT中穿插圖片和視頻，但對于設備內部和工作原理都屬于理論層面，實踐中強調動手能力，在傳統的課堂中難以實現寬口徑人才培養。

（3）教學時長的合理分配。教學時長的分配至關重要，教學時長包括理論知識的講解（加工微觀原理、加工特點和數控編程教學），我們不能讓學生把操作技能停留在紙面上，要合理分配每個學生動手實操的時間。另外，針對學生不同的掌握能力，如何強化學生的自主學習能力也顯得尤為重要。

2教學改革

為了強化教學質量，緊跟社會發展潮流［2］，加速教學創新步伐，廣州城市理工學院機械工程學院工程訓練中心購置了3臺蘇州三光科技的數控電火花線切割機床HB400C，將社會生產環境與教學情境相結合。中心充分發揮硬件設備優勢，重點培養學生實操能力，加強學生的實驗課程專業素養。在滿足課程教學的情況下，對先進設備的更新迭代有助于培養先進技能和實踐技能的人才［3］，為產業升級和經濟發展提供有力的支撐。

課程主要通過兩個層面改革探索：一是以趣味化編程的方式建設課程，趣味帶動學生的積極性；二是以課程教育穿插思政教育的方式，調動學生的思維，為其建立正確的人生觀和價值觀。

線切割的主要完成內容為編程、加工，課程的評分標準如表1所示：

在技能操作環節之前融入信息化教育。安全教育是工程實訓中的重要環節，如果在每一個課程中都增加安全教育環節，會大大占用實際教學的時間。因此，在開展實訓生產活動前，中心會組織學生進行安全教育，通過視頻教育、事故案例分析以及安全問答的方式進行，最后在學習通完成線上安全考試，通過考試即可獲得實訓準入資格，該舉措可增加線下教學時長。

通過觀摩傳統的工程訓練實訓教學發現，編程講解和實操要求學生的動手能力較強，因此所分配的教學學時較長。

3課程組織實施

3.1任務導向

教學活動是圍繞學生開展的，教學主體中學生是主要的參與角色［4］，教師是引導者，也是課程的開發者。以課程標準為導向，引導學生掌握知識和技能。以任務為導向的教學模式（TaskOrientedInstructionalModel）是一種以學生為中心的教學方法，強調通過完成實際任務或項目來驅動學生的學習過程。在這種教學模式中，教師設計具有真實性和挑戰性的任務，讓學生在完成任務的過程中學習、應用新知識，發展技能，并培養解決問題的能力［5］。

在數控電火花線切割教學活動中，理論知識采取集中授課的方式，隨后要求個人獨立設計出一個個性化的二維圖形，并在線切割機床上完成加工，以此為任務導向開展。該模式有助于培養學生的自主學習能力、團隊協作精神、問題解決能力和創新精神［6］，同時，它也能夠激發學生的學習興趣和動力，提高他們的學習效率和效果。在任務完成的過程中，學生不僅能夠學習到知識，還能夠鍛煉自己的實踐能力和職業素養，為未來的工作和生活做好準備。

3.2案例分析

趣味任務為導向是指學生獨立設計出二維圖形，完成機床實操。圖2（a）為學生完成的案例之一，為學生仿真成功的頁面。在此之前要在圖形編制的頁面完成圖形的繪制、加工軌跡和加工參數的確定，如圖2（b）所示。

完成理論知識的學習和機床實操是課程中重要的一步，在滿足以上前提下，在評分標準中加入學生互評環節。互評環節是將課堂交給學生的一種行為，可以充分帶動課堂的活躍性。評分標準如表2所示。

通過課程效果反饋，學生的熱情被充分調動起來，渴望自己加工的工件得到別人的認可。將趣味編程的方式作為任務導向，從設計、編程和實操，學生全程處于主導地位，在動手的過程中逐漸加深對線切割加工的微觀原理和加工特點的理解，在設計的過程中思考，在思考的過程中加深對線切割知識的理解。

4課程思政元素教學設計

4.1課程與思政元素結合的重要性

課程與思政相結合是全面貫徹落實黨中央的教育方針的具體體現，也是推進教育事業科學發展的重要舉措。線切割作為一項先進的特種加工技術，該課程要求學生的實踐能力較強。對于學校層面而言，可以培養出更多具有社會責任感、公民意識、創新精神和實踐能力的人才，提高學校的綜合競爭力和社會影響力。對于學生而言，在課程開展的過程中融入思政元素，有助于培養學生的嚴謹、細致和精益求精的工匠精神，深入理解工匠精神的內涵和價值觀。強化工科學生的個人專業素養，為未來發展走向社會樹立正確的職業觀，進一步提升學生未來就業的競爭力。對于教師而言，除了需要具備較高的政治素養以外，還需在日常教學活動中不斷提高個人的教育觀念，在教書育人的同時不斷完善自身。

4.2強化學生工匠精神

工匠精神是個人養成的綜合素質且需要十分漫長的過程。數控電火花線切割加工屬于多學科融合，通常用于精密加工當中。要想在精密加工制造中實現自我價值，學生必須嚴格要求自己，強調每一個操作步驟。除此之外，學生還要加深理論知識的理解，了解各種加工工藝、材料工藝等，保持專注，對自己的工作保持高度的專注和耐心，不斷追求細節和完美的效果。線切割技術需要嚴謹的工作態度和精益求精的精神，這不僅是每個工科學生的專業素養，更是工匠精神的體現。在此過程中，倡導學生在學習生活中注重細節，追求卓越。

4.3強化學生創新意識

強調創新是推動技術發展和產業升級的關鍵動力。線切割機床最初都從國外引進，我國工業經過幾十年的發展打磨歷程，逐漸能夠自主生產并且外銷他國。我們需要結合歷史現實，培養學生樹立“為中華之崛起而讀書”的精神，加強其愛國主義精神、強化自身機械知識素養和科技創新、建設工業強國的熱情。

4.4強化學生團隊協作的精神

數控電火花線切割加工是一項精密且復雜的工作，需要多個環節的協同合作。通過團隊協作，可以將工作任務合理分配給團隊成員，確保每個環節都能得到及時有效的處理，從而提高整體工作效率。通過團隊協作，團隊成員可以共同討論和制訂工作方案，避免個人決策中的疏忽和錯誤。同時，及時的溝通和反饋也有助于及時糾正錯誤，降低錯誤率。對于加工中經常遇到的各種復雜問題，如材料選擇、工藝參數設置、設備維護等，通過團隊協作，可以集中團隊的智慧和經驗，共同研究解決問題的方法，提高解決問題的效率和準確性。

線切割設備集合了電子、機械、電氣等知識的應用，一項成熟的技術需要多項知識的支撐，倡導學生在生活中要領會團隊合作精神的重要性。

結語

觀摩學習傳統的工程實訓教學過程，發現教學質量與預期教學效果反差較大。因此，結合廣州城市理工學院機械工程學院工程訓練中心的教學資源，對特種加工（以線切割為例）進行課程改革，以學生的興趣愛好為導向，強化學生的動手能力和思考方式。除此，在課程中加入思政元素，在課程中引導學生樹立正確人生價值觀。

參考文獻：

［1］楊曉剛，姚艷.數控電火花線切割實訓項目化教學研究［J］.輕工科技，2020，36（12）：167168.

［2］孫倫業，張新，史德福，等.特種加工工程實訓教學模式改革與探索［J］.教育教學論壇，2020（51）：196197.

［3］吳曉芳，孫倫業，李毅華.理工科專業課程思政教學融合設計：以精密與特種加工課程為例［J］.現代商貿工業，2023，44（18）：231233.

［4］辛培防，向光波，樊利芳，等.《特種加工技術》課堂教學方法的思考［J］.時代汽車，2023（18）：3436.

［5］王雪梅.特種加工技術的層次化融合式實訓教學實踐［J］.電子技術，2022，51（11）：112114.

［6］王東生，王涇文.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［J］.銅陵學院學報，2022，21（05）：107109.

基金：2023年廣東省普通高校特色創新項目（自然科學2023KTSCX210）

作者簡介：梁磊（1995—），男，漢族，廣東茂名人，碩士，助理實驗師，研究方向：智能制造。