机械类师范生特种加工课程多元化教学方法研究

朱演 范晖

摘  要 以江苏师范大学机械类师范生为例，针对目前特种加工教学存在的模式单一、学时少、缺少实践环节等问题，基于学生角度提出案例—小组教学法、网络—多媒体教学法、项目—竞赛教学法等多种教学模式的多元化教学方法，最终达到提高特种加工教学质量，激发和培养学生创新能力的目标。

关键词 机械类师范生;特种加工;多元化教学方法;案例—小组教学法;网络—多媒体教学法;项目—竞赛教学法

中图分类号：G652    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）24-0077-03

Research on Diversified Teaching Methods of Non-Traditional Machining Course for Mechanical Normal Students//ZHU Yan， FAN Hui

Abstract Taking mechanical teacher students of Jiangsu Normal University as an example， in view of the current problems of single mode of special processing teaching， lack of teaching hours， lack of practical links， based on the students perspective， a case-group teaching method， network-multimedia teaching method， and project-competition teaching were proposed. The diversified teaching methods of various teaching modes achieve the goal of improving the teaching effect of special processing， stimulating and cultivating students innovative ability.

Key words mechanical normal school students; special processing; diversified teaching methods; case-group teaching method; network-multimedia teaching method; project-competition teaching

1 前言

特种加工亦称非传统加工，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法。因具有易于加工难切削材料以及各种复杂型面、型孔的高精度加工的特殊优势，特种加工被广泛应用于航空航天、国防、微电子等行业[1-3]。随着21世纪以来我国制造业的高速发展，与传统机械加工方法相比，特种加工作为一种高端制造中的先进制造技术，在国民经济建设中的地位愈发重要，培养大批熟悉特种加工基础理论并掌握相关技能的高层次应用型、创新型教育人才，以更好地促进、指导特种加工技术的发展，对于提升我国高端制造水平具有重要意义。

实际上，特种加工这一方法的产生，与培养具有创新思想的人才有着十分密切的关系。20世纪中叶，苏联莫斯科大学拉扎连科教授领导的师生研究团队通过观察物理现象，基于逆向思维独辟蹊径，将以往需要避免的电火花放电腐蚀现象巧妙用于难加工材料的去除加工，从而开启了特种加工的先河[4-5]。近十年来，随着世界环境、能源问题日益严重，人类更加关注空间、地球和海洋科技的探索，微小机械装置、微小尺寸零件的应用日趋广泛，功能、结构复杂度以及极端环境下的服役可靠性等要求也不断提高，具有一定形状、结构、精度、表面质量的微小零件的需求日益迫切。许多传统的机加工方法面对超硬材料加工、复杂异形等特殊零件成形的工程问题已无能为力，客观上促使研究人员另辟蹊径，将电、热、光等能量场组合创新，从而实现材料去除、变形、变性的特种加工方法。可以預见，随着科技的发展，创新思维在特种加工中的运用将日趋广泛，并起到更加重要的推动作用。

不过，相对于前沿特种加工技术的迅速发展，特种加工课程教学和人才培养过程中却仍存在一定不足。机械专业的师范生未来将担负特种加工技术的普及和教学工作，这些不足会严重制约未来特种加工人才的培养和教育。

首先，因目前针对机械专业师范生的课程设置较为陈旧，理论课程较多，为学生安排的实践课程学时不断被压缩，在先进制造领域飞速发展、新技术不断涌现的背景下，内容与学时的教学矛盾愈加突出。就目前来说，教学改革首要解决的问题是，怎么样在特定时间内让学生在掌握基础理论知识的同时，又能充分了解学科发展的前沿技术和研究进展。

其次，作为一门专业课程，特种加工涉及的知识、理论较为复杂抽象，多数学生理解、记忆、厘清抽象的加工原理存在较大难度，上课热情难以调动，学习积极性不高，导致目前课程学习仍以灌输性知识记忆为主，与培养创新型人才的目标极不适应。更新改进教学方法，强化学生学习的主观能动性，是培养创新型人才的重要保证。

最后，特种加工实验是理论教学的实践环节，不仅能加深学生对理论的认知，而且能提升学生的动手能力。但由于科研条件限制，目前的实验教学以演示和参观为主，实践环节常常流于形式，失去其应有的作用。

2 教学方法改革

针对特种加工课程存在的上述问题，提出案例—小组教学法、网络—多媒体教学法、项目—竞赛教学法等多种教学方式于一体的多元化教学方法。

案例—小组教学法  特种加工课程的传统教学模式主要为教师主导课堂，以知识传授和应试考核为主，学生不是为解决问题而学习，而是被动听课，学习主动性、独立性难以培养。采用案例—小组讨论教学法，可以充分调动学生的积极性，使学生置身于真实世界情境中，对知识的感知不是虚无缥缈的，而是具体形象的。这就引导他们运用课本知识来分析问题，讨论出一个较为合理的解决方法。在讨论开始，教师将首先提出面向特种加工领域的典型问题，该问题应构架良好，但未给出明确的解决方法。学生拿到案例后，以小组形式进行分析探讨，然后在教师指导下查阅各种资料和参考文献。课程当中会有小组讨论、小组代表报告和课堂辩论等多种教学形式，教师采用探索式和启发式教学方法，既高效地传授学生课程知识，又激发学生独立思考的能力和对事物的创新意识，增进学生间的合作以及师生间的交流、沟通。

例如，在讲解3D打印的叠层制造原理以及零件成形精度控制这一重要知识点时，即安排实训学生首先观摩FDM3D打印设备，观察叠层制造的加工过程，现场绘制分层制造成形原理图，并通过控制设备参数进行计算机切片处理，打印出不同分层厚度的成形实体。学生在这一过程中亲身感受打印精度的变化规律，通过对成形过程的原理讲解和不同实体对比，逐渐感性认识到实体表面的纹路、细节、粗糙度等区别与切片厚度、扫描路径等参数设置之间的影响关系，从而深刻体会到快速成形时需要将复杂的三维加工转化为一系列简单的二维加工叠加这一核心思想，也会发现成形精度主要取决于二维（X、Y）平面上的加工精度以及高度（Z）方向上的叠加精度这一内在联系。此后，教师将继续下一个问题：改变切片厚度，加工质量和效率将出现何种变化？学生经过思考和实践，得出3D打印件的材料性能、精度和成形效率是影响3D打印应用的主要因素这一结论。

通过类似的多组案例分析，明显感觉到学生学习兴趣大大增加，注意力和思辨能力大大提高。指导教师要精心安排案例过程，注意引导和控制现场节奏、气氛，促进学生思考和主动学习的动力，可起到事半功倍的效果。

网络—多媒体教学法  如前所述，特种加工课程是一门与生产、科研紧密联系的前沿学科，科学性、工程性极强，要实现提高学生的认知能力和创新能力，仅仅依靠教材是远远不够的，更多更新的知识需要学生在课外主动学习中去获取。近年来，我国高校网络课程教育蓬勃兴起，网络课程普遍采用多媒体技术开展教学。在教学实践中，教师充分地利用多媒体教学的便利帮助求学者在交叉学习的狀态下高效地安排学习时间，促进学习积极性，充分提高学习效率，不断优化课堂教学效果。正是由于网络教学多媒体课件的运用具备上述优势，学生才能够最大限度地发挥主观能动性，投入到学习过程中去，从而有所发现、有所思考，培养了创造性思维。

基于特种加工网络教学平台和多媒体技术，通过视频，3D模拟等方式将真实特种加工案例的场景直观地呈现在学生面前，展示出各种复杂抽象的加工技术的加工原理及微观物理和化学过程，使抽象概念变得形象具体。而网络教学平台将为学生提供便于自学的各种各样的文字、视频、资料，内容包括：1）学科基础理论知识的文字呈现，相对应的练习题;2）技术加工原理的3D动画模拟、教师讲解视频、实际生产过程的视频等;3）业界内著名的研究团队、公司企业以及各大高校的详细介绍。通过这些将学生眼中较为枯燥、抽象的科学现象、加工机理等课程内容以图像、影视、声音、动画等形式展现出来，更加形象、生动，易于接受，为他们提供了更多自主学习的空间，加强了对理论知识的理解。

项目—竞赛教学法  特种加工是一门系统性、实践性较强的学科，真正掌握相关基础理论和实践技能需要一个漫长的过程，需要精力和时间的持续投入。因此，通过鼓励、促进学生参与某一课题，在做中学、在学中做，可以收到良好的培养效果。特种加工授课教师本身一般都在主持或参与某一特种加工领域的研究项目，如激光加工、电化学加工等，可在教学过程中发现对特种加工具有较强兴趣的学生，有目的性地指导成立兴趣小组，为将来的课题研究做好后备人才储备。

师范类高校一般设有本科生导师制，可依托开放实验室面向低年级本科生组成科研兴趣小组，开设特种加工技术、电化学制造等系列研讨课程，让学生熟悉设备操作，强化学生的感性认识;在培养一段时间后，筛选表现优异的学生进入在研课题，鼓励、指导有基础的学生自定研究方向，申报大学生创业创新训练计划;继而针对立项题目，指导学生初步掌握科研方法、手段、技巧，完成开题报告、中期检查、查阅资料、发表论文、撰写结题报告、答辩等各个项目环节。

以大学生学科竞赛为抓手促进特种加工教学效果也是一种有效方法。目前，面向本科生的各种学科竞赛已在高校中得到普遍重视和积极参与，包括传统的机械创新设计大赛、挑战杯大赛以及近年来广受重视的“互联网+”创业大赛。参加高水平竞赛时，本科生常需面对一些棘手的工程问题，因此往往需要通过非常规手段解决这些挑战。而运用特种加工等前沿技术手段则可有效帮助学生解决实际问题，激发深入研究问题的兴趣和创新欲望。如笔者指导的2018年全国机械创新设计大赛，参赛学生采用特种加工手段制作草莓采摘收集设备中的非标件——高硬度异形刀片，以电火花穿孔在硬质刀片表面加工安装孔，组合使用磨削/扩孔加工达到零件的特定外形，实现加工目的;对于复杂传动链条机构则通过熔丝3D打印装置加工出单元附件，插接而成。在特种加工手段的辅助下，学生加工出合格零部件，最终取得国赛二等奖的优异成绩。

3 结语

提高、强化机械类师范生的创新能力和实践能力，对于促进我国高端制造人才培养水平已具有重要意义和作用。本文通过对机械类师范生特种加工课程教学现状的调研和分析，提出针对教学方法、教学模式和实践教学的改革意见，创新性地提出案例—小组教学法、网络—多媒体教学法、项目—竞赛教学法等多种教学方式一体化的多元教学方法，以达到增强特种加工教学效果、培养具有创造性思维人才的目标。

参考文献

[1]温兆麟.创新思维与机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，2017.

[2]孙亮波.机械创新设计与实践[M].西安：西安电子科技大学出版社，2015.

[3]刘晋春，白基成，郭永丰.特种加工[M].北京：机械工业出版社，2008.

[4]白基成，李政凯.浅谈创新思维对创新人才培养和特种加工技术发展的重要性[M]//黑龙江省高等教育学会2016年学术年会暨理事工作会论文集（下册）.2016：494-499.

[5]张朝阳.特种加工教学中以哲学思想培养创新意识[J].新课程，2014（12）：48-49.