面向校内生产实习的电火花成型加工技术在线示教系统探索和研究

2019-03-07马树军金铁铮

中国现代教育装备 2019年1期

马树军金铁铮

东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳 110000

东北大学机械工程与自动化学院于2015年采购了Sodick线切割放电加工机AQ327L(EDM/EDW)，旨在为全院本科生校内生产实习提供更好的实践条件，更深入学习电火花成型加工技术, 现已成为全院本科生校内生产实习的重点培训设备。从近几年暑假校内生产实习情况来看，学生在实践中对电火花成型加工技术的掌握尚停留在模仿照搬和了解仪器设备基本操作的学习阶段，实践只能有限地加深对电火花成型加工技术知识的理解和掌握，活学活用还无从谈起，改善目前的教学情况需认清当前实际现状。

1 生产实习教学情况现状

当前生产实习明显存在以下几个问题。

(1)重理论、轻实践，重知识、轻能力的教学模式使培养出来的大多数学生缺乏创造性、缺乏分析问题和解决问题的工作能力。在Sodick线切割放电加工机的生产实习实验教学中，受实践时间和教学模式的限制，学生的实践只是认真观察，照搬老师的标准操作，完成一次加工过程而已。而对仪器设备、线路连接、操作步骤的详细说明知之甚少。单纯的展示性操作和低水平的重复实践只能让学生在一定程度上了解仪器设备的基本操作。但是很难达到培养动手能力、分析与解决问题能力的目的，创新意识的培养更是无从谈起[1]。

(2)缺乏通俗易懂、由浅入深的设备操作教程及规范。Sodick线切割放电加工机操作专业性强，设备先进且不常见。实习教师也往往缺乏该设备的操作经验，大部分本科生亦是初次接触此类设备。在师生准备不够充足的情况下，很容易导致生产实习流于形式，过多依附于理论介绍，实验内容陈旧老化，不能体现现代科技发展水平。而由厂家提供的仪器设备说明书，强调设备工作原理而使用专业性术语过多，词句过于僵硬，语言晦涩难懂，让师生很难在生产实习前进行早期学习及预习，更加恶化了生产实习条件。厂家初期虽然安排专业人员对教师进行培训，但由于培训人员素质参差不齐、讲解过快以及人多空间小等因素，培训效果并不理想。培训期间有个别教师用手机等简易摄像设备对仪器操作进行了录制，但是零星的录制视频不够系统，录制效果也不够理想，因此，急需整合和总结全部的经验和知识，做一份通俗易懂、由浅入深的设备操作教程及规范。

(3)受实践时间的限制，每个学生不可能有足够的时间完全掌握包括仪器设备、线路连接、操作步骤等多方面、多角度的实践内容，无法有充裕的时间熟练操纵设备达到较高操作水平；受资金水平的限制和资金合理化利用的要求，设备的数量有限，不可能做到人手一台，在学生较多的情况下，势必无法给学生更充足的实践操作时间，在有限实践时间下提高学生的实践操作水平是我们面对的问题。随着互联网技术和计算机的发展，在电脑上搭建一个虚拟仿真平台为解决这个问题提供了方案，学生可以在计算机上进行仿真操作，既是学前预习学后复习的有效途径，也能减少初次操纵设备摸索浪费的时间[2]。

2 生产实习教学改革路径

随着科学技术的进步，特别是先进加工技术、智能制造系统、工业4.0技术等技术的快速发展，不少高校的机械工程专业本科生生产实习在内容和模式上都在进行改革探索，力求减少经典，增加现代，在有限的学时内使学生掌握的机械工程领域知识与技能与时代的发展同步。如清华大学、上海交通大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学等许多院校先后进行了机械学科生产实习实验教学体系改革，经过实践检验已经取得了不少成功经验。但各校的性质和特点不同，生产实习教学模式也不应完全相同，尤其对于本校的独特的校内生产实习教学体系的改革还未有成熟经验可供借鉴。

为了紧跟时代步伐和适应当前对创新人才的要求，现有的校内生产实习亟须进行教学改革，研究切合本院实际的生产实践教学模式并更新内容，使之适应创新人才的培养。提出打破现有校内生产实习教学培训体系，根据我校性质和专业特点，开发一套完整的电火花成型加工技术(EDM/EDW)在线虚拟仿真实验示教系统。

电火花成型加工技术(EDM/EDW)在线虚拟仿真实验示教系统为师生提供一套简单明了的仪器设备操作手册和原理说明书；提供一个步骤清晰的、循序渐进的操作视频和一个在线的、可广泛用于师生的EDM/EDW技术虚拟仿真平台。通过师生在线反馈，不断优化设备操作教程，使其更加由浅入深，更加通俗易懂，不断积累实践经验成果，总结宝贵经验财富。

正确使用电火花成型加工技术在线虚拟仿真实验示教系统应做到实习前了解实习目的和目标，预习基本知识和操作，在虚拟仿真实验示教平台上参考操作流程大胆实践，熟悉操作；实习中熟悉EDM/EDW加工工艺，用实际操作印证虚拟操作中的疑点，对所学知识进行融会贯通，举一反三；实习后温故知新，在虚拟仿真实验示教平台上操作，回忆所学知识，巩固加深所学知识，对所学内容及时总结，从而改变重理论、轻实践、重知识、轻能力的教学模式[3]。

虚拟仿真实验示教平台的出现让师生可以在生产实习前后在线仿真操作，使每个学生都有足够的时间去探索实践，另一方面在虚拟仿真实验示教平台仿真操作也可以减少因操作不当造成的不必要损失。

电火花成型加工技术(EDM/EDW)在线虚拟仿真实验示教系统的开发使用对于学生综合素质的提高和创新能力的培养，对于本科教学水平和学科建设上新台阶都具有十分重要的意义。同时，对于推动其他课程体系的改革与创新也具有积极的促进作用。

3 建立EDM/EDW在线虚拟仿真实验示教系统

(1)通过深入研究电火花成型加工技术(EDM/EDW)理论，熟读和吃透Sodick厂家提供的繁杂而厚重的说明书，整理和精炼Sodick线切割放电加工机(EDM/EDW)工作原理和操作流程(如图1所示)。并反复在设备上实践和应用，使理论和实践得到真正的融合。然后按照生产实习的基本要求(基本知识与基本技能训练等)制订有独到之处的实习计划和大纲，编写详细的、循序渐进的实习教程，以适应生产实习培训的教学要求。同时不断丰富生产实习内容，注重学生的创新能力培养，开设新的EDM/EDW加工方案，拓宽学生知识面，教学内容更注重体现当今先进制造、智能制造等要素。坚持知识、能力、素质三位一体的全面教育和培养格局，融知识传授、能力培养、素质提高为一体，使学生全面、协调发展[4]。

图1 电火花线切割加工示意图

(2)采用专业视频录制和编辑设备，录制通俗易懂的、由浅入深的教学视频。在建设思路上，以翻转式课堂设计为切入点，深入了解当前流行的MOOC 理念，试行生产实习现场教学与MOOC相结合的教学模式，探索互动式的教学模式，推进以学习者为中心的教学改革。在视频录制开发上，关注网络学习者在线学习过程，开发符合碎片化学习特点的网络课程，给予学习者精细化思维的学习体验：每个重要操作流程录制时长为10～15分钟的小视频[5]。

(3)自主开发电火花成型加工技术(EDM/EDW)虚拟仿真实验平台。依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展电火花成型加工技术(EDM/EDW)的加工方案。该系统采用Java语言开发实现，人机交互界面友好，操作直观、方便。

(4)最后，自主设计在线网络平台，将编撰的实习计划、教程、视频及虚拟仿真软件在线发布，突破生产实习时间和空间的限制，使参加校内生产实习的本科生在实验室、教学楼和生活区可以随时进行实验，保证学生有充足的时间去研究探索和设计方案[6]。

图2 电火花成型加工技术(EDM/EDW)在线虚拟仿真实验示教系统整体框架

4 使用EDM/EDW在线虚拟仿真实验示教系统

实习前，登录EDM/EDW在线虚拟仿真实验示教系统，阅读实习计划和大纲，参照实习教程，初步了解生产实习的目标和电火花成型加工技术的工作原理，观看在线教学短视频，学习设备设置和操作方法，使用电火花成型加工技术(EDM/EDW)虚拟仿真实验平台进行仿真操作，对工作原理、操作流程等知识和仿真操作进行在线测试，学习中遇到的问题可在线提问与师生交流；实习后，登录EDM/EDW在线虚拟仿真实验示教系统，在线测试工作原理、操作流程等知识和仿真操作，在线交流和解答学习中遇到的疑点难点，针对疑难点，更新在线虚拟仿真实验示教系统，完善实习教程、教学视频和仿真平台等，以更好地帮助学生学习。