激光加工工程训练在师范类工科创新训练中的探讨与实践

2020-07-20曹凤红秦朝辉

科教导刊 2020年16期

曹凤红蒋强秦朝辉

（[1]乐山师范学院物理与电子工程学院四川·乐山 614000；[2]重庆馨泓电力有限公司重庆 400039）

先进制造技术与工艺对国家工业发展至关重要，而工程能力综合训练是一门实现理论与实践现结合并体现跨学科综合技术性基础课，是机电、材料、汽服、艺术、工业设计等多学科复合型人才培养的必修实践课之一，是对本科生进行的初次工程实践训练和制造工艺锻炼与培养，也是对提高本科生综合素质，在培养高质量工程技术人才中起着关键作用。[1-2]为了推动师范类院校工科专业的发展，工程能力综合训练以基础性、创新性、实践性、趣味性和跨学科为特点，重视学生创新能力与实践动手能力的培养，2018 年乐山师范学院与北京正天激光签订了产学协同育人项目，学校以此为背景，构建了工程能力综合训练团队，同时以全国大学生工程能力综合训练大赛为主题，提出了创新创业教育的内容包含“创新意识的培养、创新能力的提升、工程环境的认识、工程实践的模拟”。[3]

近几年，激光加工训练课程在工科实践训练中起着越来越重要的作用。激光加工主要涉及外雕、内雕、切割、焊接等加工工艺，可根据需求任意成形，加工效率高，作品展现力丰富，适合材料、机械、艺术、工业设计等多专业训练；激光加工工程综合训练主要包括激光加工及相关专业的理论与实践、激光加工设备的结构及操作步骤，三维及工程制图软件的应用等，因此激光加工工程训练是对学生的一种全面的、综合的、系统的、创新性的综合工程训练。激光切割训练课程可针对全校各专业进行开课的创新实践课程，可实现交叉学科的学生进行现代工程素质综合训练教育，并为学生及教师创造了良好的绿色工程训练空间。通过前期产品的设计，经激光加工形成相应的零部件，然后再进行组装调试，既锻炼学生的创新设计意识及创新能力，又能使设计制作的作品具有一定的创新性、实践性、展示性。本文以激光切割训练课程为例，探讨师范类工科学生工程综合素质、大工程意识及创新思维的培养与锻炼培养思路，同时通过激光加工实训课程的训练加强学生的安全意识、提高工程综合素质、强化学生对工程问题进行解决与分析能力、团队合作能力，进而提高科学研实验研究的能力和企划能力。

1 激光加工训练课程创新教育理念的定位

激光加工训练课程主要以学科大赛为载体，以学科大赛作品为项目平台引导大学生工程思维，加强大学生的创新意识与实践能力，使学生学会如何用理论解决工程实际问题，以学科大赛作品设计要求及规则为基础，自我挖掘，完成作品中所需零部件的设计及加工，锻炼并培养学生工程意识与工程创新能力。

在进行激光加工工程训练过程中对学生首先要强调工程安全意识，加强学生安全观念，严格按照设备操作规程使用设备，了解实验室设备使用制度，其次了解并熟悉激光加工的基本原理，按照操作规程实现设备的操作与使用，同时加强学生创新自主学习的思维和工程综合素质及大工程意识。

在激光加工工程创新训练过程中，学生熟悉并了解激光加工的基本原理的同时实现对设备的操作和使用，同时加强学生对先进加工制造技术加工方法的实践训练，此外在实训课程中，结合学科竞赛作品的设计要求和任务，使学生更多的了解产品使用环境、设计过程、材料选择原则、工程成本分析，对培养学生的工程综合实践能力、拓展创新思维，提高创新意识，对学生创新及综合实践能力的培养有着重要的发展意义。

2 创新思维的培养

2.1 激光切割训练项目

创意源于生活，并在理性中发展，其本质是创新活动由感性认识到理性思维的飞跃。[4]激光切割训练课程为开放性课程，学生可根据自己的兴趣进行自由选题，然后进行作品总体方案设计，零部件结构及材料选择与确定，根据设计要求选择合理的激光加工工艺参数加工成形，最后将加工的零部件进行组装并调试。此训练既考查学生对生活中身边事物的观察与分析的能力，同时也考查学生的对实际问题的思考与解决能力，通过学生自己选定的创意作品为选题，在确定主题后，学生小组讨论、提出并确定创意设计方案，教师审核该方案，然后按照激光加工设备的操作步骤完成产品的设计加工。

利用CAD、UG、Pro/E等软件绘制出激光切割所需的DXF图纸。设计过程中须考虑材料选择及所选择的作品零部件间连接方式，一般可采用插接或者铰接等连接方式，若采用插接方式，需要材料的厚度与插口之间的配合；若采用铰接方式，需要注意孔孔之间的位置公差等要求，如秋千与手枪的板与板之间的连接及镂空结构利用CAD或者其他软件制图绘制切割路线，其中材料厚度为3mm，则连接插口宽度设计为3mm 并保存为DXF 格式，然后将转化好的DXF 格式文件传到激光切割设备上，同时选择相应尺寸的胶合板，按步骤进行加工，最后组装成自己预期的创意作品，如图1 所示。

在这一过程当中，使学生逐渐明白如何将想象的事物通过相关工艺与方法转化成实际作品，对产品的服役环境、使用对象、成本分析、材料选择等有一定工程认识与研究，有意识有目的的引导并培养学生工程实践创新思维与能力，使学生建立大工程意识与工程设计理念，提高学生创新及实践动手能力。

图1 秋千和手枪

2.2 激光加工工程训练中创新实践能力的培养实例

以工程综合能力训练大赛中S形避障无碳小车为例，首先确定小车的设计任务与要求，确定小车总体结构及零部件的设计方案，绘制所需加工零件工程图，确定小车主体结构及相关零部件尺寸；将选定的POM板放入激光切割机中，然后根据小车底板结构和尺寸绘制CAD 切割路线图并转化成DXF 格式后，导入与激光切割机相连的电脑中，用软件打开导入的文件，设置切割机功率及轨迹参数，在电脑界面上选定原点，确定切割范围，调整激光头与POM 板材的距离，一次性切出车轮6、7，底板3 以及侧板1 和2，齿轮3、4、5 后，按装配顺序和零件插接及铰接尺寸分别进行连接和组装，得到小车主体结构，如图2 所示。

图2 小车底盘组装

2.3 激光加工训练中创新创业能力的培养

以现代新型培养人才为目标，创新创业教育是新型人才培养重要部分，通过激光加工训练将创新创业思维延伸到课程的各个环节。

创新训练中选题要求具有一定的产品设计，具有一定的科学性、实用性、价值性及趣味性，基于此采用以项目作为载体进行激光加工训练时，以工程能力综合训练大赛项目s 型避障小为载体，在训练过程中，学生要对小车的设计要求做充分了解，然后对大赛中的作品进行创新设计，让学生充分体验到在玩中学，学中做，打开思维，将枯燥无味的理论，变成生动有趣的动手实践，真正实现以学生为主体的新型课堂模式，同时将创业理念融入激光加工工程训练课程中，对激光加工工程训练内容进行一定的延伸，展开对产品原料的选择、加工成本分析，用户需求等问题进行探讨，同时对作品的设计、加工及装配进行反思，以达到对产品的提升与完善。

通过激光加工工程训练使学生不仅熟悉设备的操作步骤，还激发了学生大工程创新理念，提高学生创新动手能力，同时了解了产品设计与开发的过程，更重要的是了解市场需求，有助于创业思维的形成与锻炼。先进性、系统性、综合性和开放性是激光加工工程及综合训练主要特点，因此，通过开展创新创业教育，更容易使学生更容易将创新与创业进行有机结合，以创新推动创业，以创业促进就业。