面向工程思维的《精密与特种加工技术》的教学研究

张瑞平 李润莲 王衍

摘 要：针对机制专业《精密与特种加工技术》课程的教学改革，提出以工程思维的视角组织教学内容，培养学生的工程思维能力，并结合课程特点，开展实践教学，充分利用教学资源，提高教学效果。

关键词：工程思维；特种加工；实践教学；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）13-0107-03

Abstract： Aiming at the teaching reform of the precision and special processing technology course for mechanism specialty， this paper talks about the teaching approach of organizing the content from the perspective of engineering thinking in order to cultivate the students' engineering thinking ability， carry out practical teaching on the basis of the characteristics of the course， and make full use of teaching resources to improve the teaching effect.

Keywords： engineering thinking； special processing； practice teaching； teaching reform

一、概述

随着科技进步和产业结构的调整，我校正在进行转型发展的教改，为适应这一发展趋势，机械工程专业课程确定了培养“高级应用型技术人才”的目标，紧密地依靠市场需求设置专业方向，面向生产、管理和服务的第一线，积极主动地与市场经济接轨，培养职业类综合人才。而课程的教改，正是为了更好地配合学校的转型发展。在机械行业，目前对高级应用型、复合型人才的综合能力要求越来越高，而学生掌握专业知识和实践能力，是通过一系列课程的严格学习和训练来实现的。在强调个性发挥、提高职业技能的人才目标发展趋势下，在课时不断压缩的现实条件下，要保证良好的教学效果，选择先进的教学方法和手段，对传统课程体系和教学内容进行整合，不断探索、研究新的教学改革思想与对策已势在必行。

精密与特种加工技术是我校机械制造及其自动化专业的一门专业课，作为传统机械加工工艺的延伸和补充，该技术主要用来解决各种难切削材料、各种特殊复杂表面、各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题，是先进制造技术的一部分，其技术的先进性体现了制造业的实力和工业现代化水平。

作为应用型本科大学，培养目标定位于应用型人才的培养，以培养工程技术人员为主。课程目标是要求学生掌握对于特殊材料加工、特种加工设备的专业知识，能够胜任机械制造领域相关设计、制造、科研以及应用等方面的工作，使学生在将来的生产实践中，开拓加工方法的新思路，利用非传统的加工方法来解决生产中遇到的加工难题，即培养学生解决问题的能力。

二、工程思维的特征

思维就是一种认识活动，所谓工程思维，就是指工程技术人员在处理工程技术问题时进行的心智活动模式，与之对应的是科学思维模式。

工程思维与科学思维的不同：

第一：科学思维是真理定向的思維，是发现、探索、追求真理。工程思维是价值定向思维，是创造价值，满足社会生活需要。

第二：科学思维以发现普遍的科学规律为目标，工程思维往往是完成一个具体的工程活动。

第三：科学思维超越时间距离和空间距离，工程思维是在特定的时间空间内的具体活动。

人的思维方式与实践活动紧密相连。工程思维是人们在进行工程研究活动时形成的思维方式。反过来，工程思维模式也决定人的实践活动，因此工程思维是运用各种知识解决工程实践问题的核心。

我校定位于应用型本科院校，其中工程类专业教育的目标就是培养应用型技术人才，即工程类本科生能够利用自然科学知识和工程基础知识解决实际工程问题，如确定设计方案、完成工艺流程、满足特定系统的要求，并且在整个环节体现创新意识，综合考虑社会效应和经济效应。这就要求教学过程中不仅传授科学理论知识，同时必须加强工程应用能力的培养，因此工科教学应突出将知识转化为能力，其教学思路应侧重工程思维的培养和训练。

三、该课程的教学现状

精密与特种加工技术这门课程涉及的知识面比较前沿，内容深奥且多学科交叉，包含了数控、激光、超声、电学、电化学、电磁学、计算机等理论知识，对学生的知识面有一定的要求，同时该课程又是一门实践性很强的课程，学生仅仅掌握理论知识是不够的，还必须具有一定的实践操作能力。

针对这门课程的教学，分析了目前存在的问题，主要集中在以下几点：

（1）仍沿袭传统的教学方法，以课堂讲授为主，以教师为主体，学生被动接受知识，教学效果差；

（2）在理论教学中，由于课程知识点多，内容枯燥，原理深奥，学生学习缺乏积极性；

（3）教师上课仅仅局限教材内容，不深挖，为迎合学生放弃难点，挑容易的专业常识和面上东西讲，教学中无法体现工程应用能力的培养；

（4）实践教学少，学生缺乏实训机会。精密和特种加工，其设备昂贵，而且有些设备对其使用环境有较高的要求，因此从实训设备的种类上很难满足教学要求；其次，实践教学课时少，不能充分利用学校现有的实践教学设备，使教学资源不能发挥最大作用。

四、以工程思维为导向的课程体系的教学实践

工程思维的培养是一个系统工程，从课堂教学到实践教学，逐步渗透，让学生从中慢慢体会。

通常解决一项工程问题，需要进行的步骤是：调研→制定方案→设计→分析和模拟→方案实施→结果的比较、评价。能够完成这样的一个工程问题，从人才培养方面来讲，形成工程思维的习惯，需要一定的分析能力、研究能力、设计能力，在教学中突出学以致用，即：

科学原理——技术原理——专业能力

最基础的科学原理是依据，转化为具有操作性的技术原理，然后应用到某一领域，解决专业问题。本着这样的原则，在教学中，突出知识向能力转化，进行了一些教学方面的尝试。

（一）以工程思维为主线优化教学内容

精密与特种加工技术课程涉及到很多科学原理，如激光原理、电火花加工原理、超声原理、电子束、离子束加工原理，电化学知识等。这些深奥枯燥的科学原理转化为技术原理，通过具体的设备、工艺在机械制造领域得到应用，解决特殊材料、特殊结构零件的加工问题，这是一个科学思维与工程思维的转化过程。

在教学过程中，针对课时少、实践少、知识点多等课程特点，为了取得较好的教学效果，进行了一些有益的探索：

（1）弱化了科学原理的教学内容，每一种加工方法围绕技术原理、设备组成、结构特点、工艺规律、应用范围等几点来进行教学；

（2）采取多种教学手段，激发学生的学习兴趣，利用动画、视频等教学资料生动直观地展示工作原理和设备特点；

（3）教学模式多样化。授课不再是单纯的老师讲、学生听，通过讲座、参观、讨论、现场教学等多种教学模式授课。

（4）采用目标教学法，每次上课当作一件工作任务来完成，具体教学安排如表1。

（二）引入案例教学形成工程思维习惯

案例教学是将工程实例用到教学中，课程内容与实例相结合，从解決工程问题的角度出发，讲授基本知识、加工方法和工艺，让学生直观地感受工程这一概念，培养工程意识。在案例教学中，教师从工程需求出发，确定任务目标，列出待解决的问题，组织学生通过讨论，或者调研、查阅文献资料，提出若干方案，经过分析论证，最终确定解决问题的思路和方法。通过这样的方式，潜移默化地接受工程训练，培养工程思维习惯，提升分析问题、解决问题的能力。

如电火花数控线切割加工，其工作原理是利用火花放电产生的能量去除材料进行成型切割。利用这一原理实现零件的加工，需要一些技术条件，如工具电极、脉冲电源、工作液、机床、控制系统等。在教学过程中，除了基本原理、机床结构和加工工艺的讲述，应详细介绍该加工方法的应用范围，并与传统加工方法比较。然后，提出一个加工案例。例如：加工一个齿数z=10、模数m=1.5的直齿圆柱齿轮，该如何加工呢？引导同学讨论加工齿轮的方法，并逐一比较各种方法的可行性和优缺点，如果齿数小于17，常规的滚齿和插齿会产生根切；如果分度圆直径特别小，本例分度圆直径d=15mm，铣齿对铣刀的要求也很高；如果用数控电火花线切割的方法来加工，只要画好零件的CAD图，导入数控电火花线切割机床，系统会根据零件图自动编程，切割出所要求的形状、尺寸，并达到一定的精度要求。这样就可以很好的解决这个齿轮的加工问题。通过引入这个例子，学生可以较好掌握数控电火花线切割方法的原理、特点和适用范围，同时拓展学生的思路，运用工程知识解决实际问题。

（三）在实践教学环节培养工程意识

精密与特种加工技术是一门应用型学科，实践性很强。但由于其设备的使用特点、工作环境以及价格因素，一般院校配备的实训资源有限。工程思维的培养不仅仅是在课堂上，更多是在实践当中，开展工程教育实践的探索，进行工程教育模式的教学改革，将工程实践训练引入教学环节，注重对学生工程思维、分析和解决问题能力的培养。学生通过参与教师的科研课题、参加各种技能大赛、兴趣小组，开发创造潜力，并获得解决实际工程问题的经验。

1. 开展课程项目实践，注重工程意识的培养。

通常实训的重点在于特种加工技术理论知识的巩固，或简单将理论知识应用到实践中去，比较肤浅；或者仅仅是熟悉设备的结构、工作原理、工艺特点。而将工程思维融入教学中，采用具体项目进行实践训练，真正学以致用，通过理论知识来解决实际问题，形成适合课程特点的有效的实践教学。具体做法是：

教师从企业的实际生产中寻找课题项目，提出实际工程难题，要求学生解决。学生通过收集整理相关资料，提出方案，比较不同方案优劣，最终确定加工方式和工艺。该教学模式的关键点是项目选取与教学目标一致。要具有启发性、针对性、典型性，选择的课题符合两个条件：一是体现特种加工技术基本理论，二是有助于提高学生解决工程实际问题的能力。

2. 建立课外兴趣小组，培养学生的创新能力

为了实现学以致用，在教学实践环节中，依托大学实训中心的教学资源，构建平台，给学生提供实践机会，建立兴趣小组，给与学生最大的自由度，学生根据自己兴趣爱好，充分发挥自己的创造力，设计零件，并进行特种加工的数控编程，将设计的草图，变为实际的零件。在整个过程中，教师要随时关注学生的进展，进行引导、点评，通过案例分析，巩固和消化理论知识，运用理论知识解决实际问题，实现知识向技能的转化。兴趣小组的同学，利用特种加工设备，激光切割机、激光雕刻机、数控成型加工机床、数控线切割机床，设计加工了行星齿轮传动装置、间歇机构等机械传动装置，此外还有仿古建筑、艺术品等。

3. 通过参加专业竞赛提高学生综合应用能力，促进创新能力的培养。

组织校内设计大赛和技能操作大赛，并引导和鼓励学生积极参加各种比赛，以竞赛为载体，对所学知识进一步巩固、优化和运用。学生参加全国工程训练大赛、机器人大赛、创新设计大赛，这些竞赛项目都需要学生自己设计、加工相关的参赛作品，其中一部分零部件通过特种加工的方法来加工制造，达到所需要的精度和形尺寸。比如参加无碳小车竞赛的同学，需要加工的零件有的尺寸很小，最小的只有几毫米，精度要求较高，普通机床无法完成，学生在数控线切割机床上通过设计画图、编程，顺利完成了加工任务，达到使用要求。此外，在参赛过程中，因为有了特种加工技术支持，学生可以大胆设计，在材料选择、结构形状的设计上，有了更大的空间，有助于学生创新能力和应用能力的培养。

五、结束语

结合课程性质、内容，课程体系特点，充分利用我校的教学资源，通过优化教学内容、调整教学方式、增加实训机会，在课堂教学和实践教学环节导入工程思维的教学理念，培养学生的工程意识，突出应用型人才的培养，重视和考虑区域特点和院校优势，经过两年的教学实践，取得了较好的教学效果。

课程教改是整个教学改革中的一环，通过该课程教改实施，必然对其他课程的教学改革提供经验和借鉴，对培养具有创新精神和创新能力的“高级应用型”技术人才，具有非常重要的实际意义。

参考文献：

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