基于開放實驗項目美育教育在數控車教學中的創新實踐

摘 要：金工實習是高等院校的一門實踐性質的專業基礎課，是學生實踐教學的重要環節之一，目前金工實習過程中教學方式單一，缺失美育教育。本文基于開放實驗項目，拓展工程訓練教學內容，在金工實習過程中將工程實踐教育與美育教育相融合。深入挖掘數控車編程和加工的優勢，引領學生設計出具有趣味性和創新性的實訓內容，培養學生的動手創新能力和獨立思考、解決實際問題的能力以及發現美、實現美的美育能力，培養具有創新能力和工程意識的新時代大學生。

關鍵詞：美育教育；金工實習；工程實踐；數控車

中圖分類號：G642.0" 文獻標識碼：A

Abstract：Metalworking internship is a practical professional basic course in colleges and universities，and it is one of the important links of students' practical teaching.Based on the open experimental project，this paper expands the teaching content of engineering training，integrates engineering practice education and aesthetic education in the process of metalworking practice，deeply excavates the advantages of CNC lathe programming and machining，leads students to design interesting and innovative training content，cultivates students' handson innovation ability and independent thinking，solves practical problems，and discovers beauty to realize aesthetic education，and cultivates college students in the new era with innovation ability and engineering awareness.

Keywords：Aesthetic education；metalworking practice；engineering practice；CNC lathe

中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《關于全面加強和改進新時代學校美育工作的實施意見》和教育部印發的《關于全面實施學校美育浸潤行動的通知》中指出將美育融入教育教學活動各環節，潛移默化地彰顯育人實效，培養造就德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人［12］。美育一詞最早誕生于18世紀，由席勒在其創作的《美育書簡》一書中正式提出，其詳細論述了美育概念及核心內涵。新工科背景下，金工實習作為一門兼具實踐性和技術性的基礎課程，是應用型本科院校不可或缺的實踐環節，在培養學生的工程綜合創新實踐能力方面是理論教學環節不能替代的。目前，大學生更側重于將精力與時間投入專業文化知識及實踐技能的學習中，而相對忽略了美育教育［34］。燕山大學工程訓練中心以“工藝錘”為研究對象，通過將工程實踐教育與美育教育相融合，開展全新的工程實踐教學模式［4］。

本文依托北京信息科技大學開設的開放實驗項目，解決課堂教學內容深度不足的問題，引導學生在現實中挖掘適用于數控車的元素，將工程實踐教育與美育教育相融合，開展全新的工程實踐教學模式，增強金工實習的教學效果，提升學生的實踐動手能力的同時，培育深厚的民族情感，激發想象力和創新意識，使學生理解和形成基于美育教育的工程實踐價值觀，促進學生形成正確的世界觀、人生觀、價值觀和審美觀，成為全面發展的、具備正確價值觀念的綜合應用型人才［5］。

1 數控車教學存在的不足之處

1.1 學習實踐時長不足，學生水平難以提升

目前，北京信息科技大學數控車編程及加工的實訓時間比較短，根據不同專業可以分為三個學時段——6學時、12學時和18學時。受課時的限制，本工種教學內容有限。在教學時數不足的情況下，在保證學生安全的前提下，對金工實習內容進行相應的刪減，只能以演示性為主的教學模式來完成金工實習的實踐教學，這不利于對學生進行工程實踐意識的認識和培養，也不利于對學生工程能力的培養。

1.2 原有數控車實訓項目單一，難以提升學習興趣

目前，高等學校的實訓任務及教學模式單一，這既不利于學生全面掌握各模塊知識與技能，也不利于培養學生整體分析問題和解決問題的能力［67］。受實訓時間的限制，數控車授課內容僅限于簡單零件的編程和加工。編程所用的材料、刀具和加工工藝過程不能任由學生選擇，因此，參加數控車編程和操作的學生僅僅是為了完成實訓任務，不會主動思考及探索數控車在實際生產中的應用和優點，沒有強烈的意愿去探索和解決實際問題。

2 教學模式探索與實踐

2.1 開設開放實驗項目，拓展教學內容

近年來，北京信息科技大學為了提高學校實驗室現有資源利用率，鼓勵引導學生積極參與科學研究和實踐探索，提高學生的創新實踐能力，開設了實驗室開放項目。通過該項目將學校已有的教學資源進行整合，基于已有的實驗室、教師、設備、器材，拓展教學內容的深度和廣度，設計一定的實驗任務，或者提出一定要求引導學生設計可實施的實驗項目，以培養學生思考和解決問題的能力。該校工程訓練中心基于此項目，設置更加豐富的實踐教學內容，以解決金工實習課程學時不足的問題。

2.2 挖掘創意教學模式及要素

教師提出實訓要求，引導學生挖掘出一些具有趣味性、挑戰性且有一定欣賞價值的美的創意要素。在數控車削實訓教學中，學生只對一個簡單的階梯軸進行車削，對車削對象的設計、選材、切削三要素的理解，刀具選擇的意義，工序與工藝路線未能深入理解。因此，筆者在設計實驗室開放項目時，不設定具體加工對象，基于中華優秀傳統文化傳承發展讓學生從現實中發現具有對稱美、形態美、比例美的建筑或者景點提煉出回轉體模型作為可數控車加工的對象。這樣的實踐教學設計既與實訓教學內容緊密相關又有別于實訓教學內容，把多學科知識融合后自主設計并加工出一個作品的過程提高了大學生的成就感。

2.3 立足立德樹人傳遞新時代美育觀念

新時代環境下，金工實習教學不僅擔負著工程實踐能力培養的任務，而且承載著對學生價值觀的引導作用［810］。為了培養大學生健康成長，應以落實立德樹人任務、根植時代生活、傳承民族美育精神及遵循美育特征等為基準，在實訓教學過程中，通過將工程實踐教育與美育教育相融合，開展全新的工程實踐教學模式，正向引導學生認識、感知和欣賞美，著重培育其追求、創造和實踐美，借助美育教育推動大學生綜合發展，實現以美育人，為國家建設和實現民族復興提供人才支撐。

3 設計創意作品及編程加工

3.1 個性化設計數控車方案

不給學生設限，即不給固定的數控車加工對象，而是建議學生從現實生活中發現美，尋找適合數控車加工的回轉體，可以從中國的著名景點中尋找，如天壇公園的祈年殿、杭州西湖的三潭印月、上海外灘的明珠塔，這些景點的主體都可以提取出回轉體的模型。

3.2 建立以天壇公園的祈年殿為例的加工模型

祈年殿是天壇公園的主體建筑，主殿采用圓形單檐，殿頂覆蓋藍色琉璃瓦，最頂端是鎏金寶頂，造型別致優美，如圖1所示。

3.3 工藝分析

祈年殿呈回轉體，適合數控車加工。主要的加工輪廓為圓柱面和圓弧面。學生根據歷史文獻、考古資料以及現代測繪技術，獲取祈年殿的高度等數據，然后進行三維數字化建模，確保模型的比例、形態等與原物相符，最終祈年殿的外觀設計如圖2所示。根據棒料的尺寸，確定模型的最終尺寸。同時，考慮數控車加工的特點，設計時需要合理優化模型結構，以便于車削加工。

3.4 材料的選擇

對于數控車加工而言，要選擇易切削材料。學生通過查閱文獻得知，適合數控車的材料可以選擇硬度合適的金屬、木材、非金屬等，金屬材料中鋁合金、黃銅屬于易切削加工材料，最終確定選用更適合加工的鋁合金作為切削加工材料。

3.5 程序編寫與仿真加工

基于模型的尺寸和形態，編寫加工程序。程序中詳細設定刀具路徑、切削速度、進給量等參數。根據圖2結構進行分析，該零件先進行粗加工，選用90°外圓車刀，切除余料和端面，再用G73進行粗加工。應注意如圖3所示的圓圈所圈定的三個位置，如果選用90°外圓車刀，刀具的后刀面會與已加工表面發生干涉；如果選用車間已有93°V型車刀，在切削時，刀具的副后刀面是否會與已加工表面發生干涉呢？毫無疑問，還是會發生干涉。選用一次成型加工法時，根據零件的形狀選定副偏角較大的車刀，此副偏角要大于圖3a中圓圈圈定區域中的斜線與水平線的右側夾角。若選用93°V型刀進行加工，為了防止夾刀，則要改為如圖3b所示的形狀，然后通過切斷刀車削成圖2所示的工件。選擇93°V型刀的加工工藝路線如下表所示。

在正式加工前，進行程序仿真，模擬整個加工過程，檢查是否存在干涉、過切、空刀過多等問題，若有問題，則進行必要的調整優化，確保程序準確無誤。在粗、精車整個輪廓后，用切斷刀沿著圖3b中虛線進行加工，最終得到我們想要的祈年殿模型如圖4所示。

結語

依托開放實驗項目，拓展金工實習授課內容，將工程訓練與新時代美育相融合，引導學生發現美，利用慧眼選題。在數控車加工天壇公園祈年殿的過程中，通過金屬工藝理論、材料學、藝術設計等多學科專業知識融合，實現建模、選材、編程、仿真、調整優化程序、加工，實現美育教育。在金工實習實踐教學中，將工程實踐教育與美育教學相結合，全面提升學生的文化理解、審美感知、藝術表現、創意實踐等核心素養，實現樹德、增智、強體、美育的目的。

參考文獻：

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基金項目：北京信息科技大學課程思政項目：《金工實習》課程思政的教學改革與實踐（項目號：2022JGSZ04）

作者簡介：尹文紅（1976— ），女，漢族，博士研究生，高級實驗師，從事工程訓練金工教學理論研究以及金屬材料研究。