特种加工技术的教学技法研究与实践

张忠林+王进礼+安宏涛

[摘 要] 以《特种加工技术》在教学中出现的课时少、内容多、实践环节弱的缺点，提出了三种基于常规教学方法的教学技术方法：科研项目促进教学法、双语教学法、强化实践教学法。在实际教学中的应用也证明所提教学技法的实用性，同时还探讨了教学中的课程编制。

[关键词] 特种加工技术；研究型大学；教学改革；教学技法

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1005-4634（2015）04-0072-04

《特种加工技术》是机械制造及自动化的研究生选学课程[1]，其常规教学方法主要有启发式讲授法、论题讨论法、加工制品案例教学法等。启发式讲授法直接、快速、精炼，是最基本的教学方法，但该方法建立在学生已经预习和掌握制造技术基本知识的基础上教学效果才会更好。在研究生教学中常采用的教学方法是论题讨论法，该方法是在课堂教学中准备多个论题，通过开展课堂讨论，培养思维表达能力，进而激发学生学习重要理论知识的兴趣。加工制品案例教学法是首先选定某个已加工的成品，对其进行有针对性的分析，发挥该产品的实践作用，进而提高学生分析、判断、决策应用等能力，全面提高学生的素质。在常规教学方法基础上，为了满足研究型大学实践教学改革的目标，提出了三种有效的、可操作的教学技术方法，包括科研项目促进教学法、双语教学法和强化实践教学法，并已应用于《特种加工技术》实践教学中。

1 科研项目促进教学法

需要强调的是，本文所说的科研项目促进教学法和常规的项目教学法[2，3]是不同的。项目教学法惯常的做法是在授课过程中以学生为主，着重强调学生的主观能动性——即以关注和调动学生在学习上的自觉性和主动性为目的，教师和学生之间的活动是互动式的。而科研项目促进教学法是把已经承担的科研项目的成果搬上课堂，将项目的创新点讲给学生听，大大提高了学生从事科研工作的兴趣，收到了很好的教学效果。

比如，项目组承担了国家教育部重点实验室项目——微系统与微结构制造基金项目的子课题“各向同性微细加工表面三维粗糙度的测量与评定”和“电火花加工表面形貌及功能评价”，成果如图1、2、3。在课堂上主要讲述了该项目的完成过程和创新点的实现，结合微细电火花机床的性能，对加工质量的影响参数进行分析，把均匀设计试验方法应用到微细电火花线切割加工试验的设计上，在加工原理上与电火花、激光加工方法进行对比，用扫描电子显微镜和原子力显微镜等手段对电火花加工、激光切割加工的表面进行观察，总结出了加工表面的谷、峰及其分布规律等的形貌特征，采用数值仿真模拟与实际加工测量相互验证的方式，建立了电火花和激光加工的各向同性表面形貌的数学模型，推导出其微观结构尺寸和表面评定参数关系。同时加工表面三维粗糙度评定参数体系也制定出来。

通过对承担科研项目的讲解，使得学生了解了微细加工表面形貌研究及其功能评定为当前微细加工的研究方向，培养了学生从事科研的兴趣。

项目取得的成果是通过均匀设计实验法，对数据进行整理，深入分析微细电火花线切割和激光打孔加工表面形貌特征及功能特性，总结出表征参数之间变化的规律及加工参数与表征参数之间的工艺规律，并对该项目的评价体系进行合理的设计。

2 双语教学法

为提高学生的能力，双语教学法在《特种加工技术》课堂上的应用是一种尝试。对于适应新时代的培养目标，同世界先进国家接轨，同时把握国外先进技术，跟踪和赶超国外先进水平具有重要意义。

比如在学习激光加工技术应用时，学习了有代表性的一段专业英语。

“Fabricationofscaffoldsfortissueengineeringapplicationsbecomesaveryimportantresearchtopicinpresentdays.Hybridstructureswerefabricatedusingrapidprototypingandelectro-spinningmethods.Electro-spunnanofibrousmatswereincorporatedbetweenthemicro-fibrouslayersproducedbyRPtechnology.BasedonusingRPtechnologyandelectro-spinningmethod，itispossibletofabricatebiocompatiblescaffoldswithcontrollablegeometricalparametersandgoodmechanicalproperties”[4].

这是摘自一篇SCI文章的内容，通过与学生讨论与学习，教学相长，既提高了学生的专业英语能力，也提高了老师的专业英语水平。

3 强化实践教学法

在整个学期安排了两次实验教学，一次是电火花成型和线切割技术实验教学，一次是激光加工的快速原型技术实验教学。

通过对电火花成型和切割实验的讲解与操作，使学生了解《特种加工技术》中电火花加工技术的机理和难点，掌握机械制造中难加工材料、特殊结构零件的加工以及多种精微制造技术的基本原理及方法，使学生懂得要对问题进行综合分析，研究、探索新规律。

电火花成型加工的特点：加工能量不依靠机械能而是用其他形式的能量，使用能量密度高的脉冲放电手段。电火花成型加工适用于硬质合金、钛合金等硬度高、强度大、韧性好的金属材料及类似涡轮机叶片、喷油嘴、栅网、窄缝等复杂、特殊的表面和特殊零件表面的光整加工。在电火花加工时，工具与工件是不接触的，不靠切削力去除材料，在两者之间不存在明显的机械切削力。不像传统机械加工的“比硬度”，工具电极和加工材料间的硬度无直接关系，工具电极不需要特定制作，低硬度的刀具可以加工高硬度的工件材料。电火花线切割适用任何导电材料，如硬质合金、淬火钢等，对于钼、钨、半导体材料也适用。对各种冲模、塑料模等模具的精密零件及各种样板、硅钢冲片等的加工比较经济。图4是电火花成型加工的成品图。

通过快速原型加工实验，让学生对快速原型加工技术的基本原理、特点及应用有初步了解，并对快速原型加工技术的加工过程有一定的了解，掌握快速原型加工的基本操作，达到理论与实际结合，进而巩固快速原型加工方法与加工技术，并能将所学应用于工业与机械工程等实际生产中。图5是快速原型加工的实例。

传统的零件加工模式是“毛坯→切削加工→成品”，而快速原型技术的加工是非接触加工，不借助机床切削加工，则无刀具磨损及切削力的影响，在加工中不会有振动、噪声和切削废料等。对于小批生产、形状复杂的零部件制造有利，尤其在复杂曲面的加工上尤为显著。

4 课程的新型框架编制

目前，一般高校在课程编制中多偏重于理论教学，若想实现理论与实践相结合，就需在课程编制中向实践教学偏重些，使实践教学首先要在教学数量上与理论教学相配合，进而在教学质量上提高，从而实现理论教学和实践教学真正的相辅相成。

在高等教育中，首要思考的问题是教学质量问题，而课程的新型框架编制是在保证教学质量前提下，让学生获得更多、更全面的知识。该编制能够让学生了解理论知识，获得感性认识，在动手实践过程中增加对知识的理想认识。所以在课程的编制中要合理安排好理论教学课时和实践教学课时，使两者能互为补充、相互增强，同时完善教学评价体系。

当前我国高校实践教学中出现的问题是起步晚、起点低、基础薄、不重视等。我国的多数高校已对当前课程的编制进行了改革，增大了实践教学的学时，且取得一定的教学成果。与理论教学相比，在实践教学中仍然存在一些问题，教学质量还非常低下，对实践教学的改革仍需关注，并提出更多的教学方法。

针对新式技法的提出，适应研究型大学的需要，编制了《特种加工技术》课程新型基本框架，以第一章电火花加工技术为例，教学实践环节学时上可参考表1。

5 实践教学的跟踪与考核

通过制定基于信息反馈控制原理实践教学跟踪政策（见图6）来考核实践教学，为了充分发挥教学技术方法的运用，可以在期望的实践教学目标驱动下，通过实践教学管理系统来跟踪和考核教学效果，并产生相关实践教学管理条例，进而指导教学过程的运行。运行过程中伴随着教学过程的监察，监察所获得的实践教学过程信息及时反馈至管理系统，进而调整相关条例，或按照相关管理条例来指导和管理实践教学过程，使得实践教学效果不断提高和改善，进而达到最初的期望教学目标。

这种期望教学目标正是研究型大学的培养目标，并且会随着时代的发展而发展，不断地更新与进步。

6 结论与展望

本文在《特种加工技术》课程教学中对教学技法进行改革，着重研究适应于研究型大学的实践教学方法，并应用于实际教学中，收到了良好的教学效果。文中给出这三种教学方法，并付诸了新的教学内容，比如科研项目促进教学法中，科研项目的创新点内容就是新的教学内容，双语教学法和强化实践教学法也大大提高了学生的学习热情和兴趣。总之，通过综合运用教学技术方法，活跃了课堂气氛，使学生不但掌握了专业知识，也增强了从事科研的信心，这也符合了研究型大学培养计划的要求。

为了提高研究型大学的研究生课程教学，与时俱进，推陈出新，文中所提的教学方法可以推广到其他课程。

参考文献

[1]毛聪，郭克希，李旭宇，等.特种加工课程教学改革研究与实践[J].理工高教研究，2010，29（1）：134-136.

[2]王莉娜，张好强，贾晓鸣.特种加工课程项目教学法[J].河北联合大学学报（社会科学版），2013，13（2）：102-104.

[3]张新有，杨燕，袁霞.项目教学法在本科实践教学中的探索[J].实验科学与技术，2012，10（6）：265-268.

[4]OstrowskaB，JaroszewiczJ，ZaczynskaE.Evaluationof3Dhybridmicrofiber/nanofiberscaffoldsforbonetissueengineering[J].BULLETINOFTHEPOLISHACADEMYOFSCIENCES-TECHNICALSCIENCES，2014，62（3）：551-556.