新工科背景下“光学零件加工技术”课程教学探索与实践——以凯里学院光电专业为例

杨永亮，张泓筠，李 娜

（凯里学院，贵州凯里 556011）

工科建设提出，问产业需求建专业，构建工科专业新结构；问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段.我国西部地区的地方本科院校多为师范类专升本院校，对工科专业学生的培养多沿用师范生的培养模式，教师在课堂讲授的授课内容限定在课本中，学生被动接受，课程考核又以卷面成绩为主.这种教学模式下，多数学生动手实践能力不足、基础不牢、知识面窄、学习兴趣不浓.造成该结果的原因很大程度上是因为许多教师缺乏企业生产及研发经验.教师的专业素质状态多呈理论强、实践弱的现状，他们的教学方式和重点亦局限在理论教学及师范类学生教学技能的培养方面，这样很难满足新工科建设的要求.为改变这种教学现状，进行教学模式的改革是必要趋势，我们以“光学零件加工技术”课程为例，对传统教学模式进行反思，结合教情学情探索与实践新的教学模式，尝试采用以课题牵引教学的理论-实践结构的模式进行教学，以期学生能够满足新工课建设的需求.

1 改变传统工科专业的教学观念

曾无意中看到这样一个视频，一只被喂习惯了的小鸟，一离开鸟巢见到面前爬行的小虫时，不会主动捉虫吃，只会张开嘴巴嘎嘎叫，它以为一张开嘴就可以吃到虫子.这不由得引起笔者深思，如何在新工科建设背景下将学生在课堂上的“被动学习”转换为“主动学习”，是值得每一位教师深思、实践并探索的课题.在光学零件加工技术的教学中，如何结合学生现状以及该课程的课程性质，改变传统的授课模式是笔者近年来一直思考的问题.笔者结合自己在企业中的学习和工作经历，尝试将课题牵引式教学模式［1］引入课堂.首先，要将课题牵引式教学模式引入课堂，必须改变传统课堂按章节授课的模式，根据各章节知识点的逻辑性和实操性，对《光学零件加工技术》教材进行重新整合并设计出与各章节知识点密切相关的实践课题，以课题的形式引出各章节的知识点及其学习目标，让学生明确学习目标，激发学生探索性的学习兴趣.其次，引导学生沿着“课题”这一主线，主动带着问题和学习目标到课堂和实践中去寻找答案，该过程既可以让学生主动参与到各个课题的探索和学习中来，也可以让学生根据自身情况找到自己的学习难点在实操中进行各个击破.课题牵引式教学模式可以激发学生的学习兴趣、培养学生的独立思考能力，进而能快速掌握专业技术操作技能，学生在完成课题的过程中，逐个击破设计在课题中的教学重难点，将课题中所涉及的各个知识点融会贯通、学以致用，化被动“投喂”式学习为主动探索式学习，让学生在实际课题实施的氛围中掌握专业知识，提升综合素质.要做到这一点，不论教师还是学生都要进行改变.

1.1 教师要主动思变

学校是人才培养的摇篮，教师作为学生的引路人，对学生将来的发展至关重要.传统工科专业要真正变革为新工科，首先要求教师改变思想观念和更新学科知识.常言道：“给学生一滴水，老师要准备一桶水”.光学零件加工技术，作为工科的专业方向课，实践性极强，该课程的学科性质要求教师不仅要有广博坚实的理论知识，更要有丰富的实践经验.在教学过程中，教师不能局限于教材的理论知识进行满堂灌式教学，必须注重知识的深度和广度的延伸.社会非一成不变，科技亦日新月异，要培养出适应社会发展需要的学生，教师本身要做到不与社会脱节，作为工科教师，更应该及时了解社会的需求，多去大中型企业或研究所调研，并参与企业的科研和生产中去，发现并解决生产中的实际问题，同时将这些问题引入课堂，寻找教学与生产实践的契合点，加强学校与企业的产学研合作［2］.教师要主动思变，了解自己所讲授的知识与社会应用的关系，勇于改革创新，适时改进教学设计，更新教学方法和手段，不断提高教学水平，这样培养出来的学生，才能让家长满意，让社会放心.

1.2 学生要改变学习态度

新的课程标准强调以学生为主体，学生应该知道，新工科背景下要求的个人技能水平直接关系毕业后自身的生存与发展，实操技能是同行竞争的一个先决性条件.学生到社会上各企业应聘，各企业对应聘人员首先进行考核的并非专业的理论知识，而是解决问题的能力和实操能力.而课题牵引式教学过程中，老师让学生带着课题中的疑问，主动深入到课堂、实验室及企业，通过实践来解决学习中遇到的问题，充分发挥学生自身主体性作用，无形中提高了学习效率.让学生带着课题进入课堂，再从课堂回到课题，如此往复，学生不仅学到了知识、提高了技能水平，而且因亲身参与了课题研究，获得了一定的满足感，提高了学习积极性.学生在课题引导式学习过程中，应当严格按照操作规程规范操作，注意培养自己科学严谨的研学态度，养成良好的工作习惯和学习习惯.

2 光学零件加工技术课程的教学探索与实践

2.1 光学零件加工技术课程的教学目标

光学零件加工技术课程的教学目标分为知识及能力层面和思想层面两个方面，在知识能力层面上必须实现以下目标：通过工艺流程的总体设计，理解团队合作的重要性；通过全程参与课题，认识到相邻工序之间配合的重要性，了解管理、协调、质量控制等方面的知识；生产中引入统计过程控制（SPC）对光学零件的批量生产过程进行分析评价，让学生熟悉生产中常用的监控手段；通过在课题研学过程中发现自身知识的不足，提高学习的积极性和主动性；了解企业及行业标准，熟悉工艺流程、管理制度及检测标准；培养学生应用所学知识分析和解决实际生产中实际问题的能力，提高学生的工程意识和专业素质.在思想态度目标上，教师必须在潜移默化中让学生明白作为光学零件加工的技术人员或工程师，要深知“细节决定成败”；切忌眼高手低；具备吃苦耐劳的精神；具备工匠精神；学会思考和解决实践问题的方法.

2.2 光学零件加工技术的教学方法

新工科背景下的《光学零件加工技术》将不再采用传统的“教师教、学生学”的教学方法，而是将学生主动探究、小组讨论、师生研讨三者有机结合，教师的讲授则起指导和引导作用.教师的引导事实上就是教师对学生解决问题的方法步骤进行引导.在开课前，教师先把课题按大小、难易、深浅、主次等分成多个小课题，再将学生分成若干小组，每个小组都按自己的兴趣爱好和实际情况认领课题.教师先让学生提前准备，引导学生运用现有知识、图书馆或网络资源等，提出自己解决问题的方案.学生在自学自研解疑过程中无法解决的问题，则可以由教师重点引导，利用讲解光学零件加工技术的事实性知识，让学生在课堂上或实践中找答案.针对学生在课题中遇到的问题，引导学生去思考问题产生的原因，进而去尝试解决问题，而不是代劳.指导学生解决企业生产中遇到的问题，让学生参与到课题、论文写作、专利申请中，提高学生的知识产权保护意识和论文的写作能力，并将论文成果推送给学生借鉴和参考.在整个学习过程中，小组间通力合作，完成课题任务并向大家汇报、演示.

学生带着课题中未解决的问题，主动到《光学零件加工技术》课堂中学习.为了达到课堂的最佳效果，教师针对课题中易错点巧妙设置“陷阱”，在策略实施过程中适时创设情境，营造学生讨论的学习氛围，实现师生间的思维互动，培养学生主动思考问题的能力，使学生的学习目标进一步明确.对表现突出的学生给予正向评价，同时多关注厌学的同学，注意引导的方式方法.

在课堂教学中，教师依旧强调以解决问题为主线，引导学生主动积极参与问题解决的全过程.对此，笔者在教学实践中，将教学过程分为课题引入、课题探索、课题问题解决、课题应用等四个过程；在课堂教学环节中，亦注重“引导式”教学，将教学环节具体分为引疑、质疑、讨论、反馈、归纳、自评、和运用等环节.此外，注重信息技术的融合，利用学校的在线教育平台、雨课堂、QQ、微信等工具，上传教学大纲、教案、PPT、企业生产中的视频、工作岗位要求及薪酬，企业的管理制度等，学生可在线学习.利用QQ群，微信群进行提问，组织同学进行讨论答疑，并将学生讨论的质量情况作为学生平时成绩.

2.3 光学零件加工技术教学内容设计

2.3.1针对企业需求的实训室建设

积极申请课题支持，加强校内实验及实训室的建设，针对企业需求筹建了针对中等精度光学零件加工的小试线，包含了铣磨机、上弧摆精磨抛光机、下弧摆精磨抛光机、机械定心磨边机、点胶机、单轴修模机、偏心仪、球心仪等加工设备.购买合适尺寸的毛坯后可完成光学零件的整套加工工艺.实验室对学生开放，学生可随时到实验室中完成相关课题.任课教师常驻实验室，可以随时对学生进行指导和引导，特别是对学生难以解决的问题，有针对性的指导或引导，能极大地提高学生技能.同时加强与企业的沟通和联系，了解企业的最新动向，邀请企业工程师或从事光学零件加工技术的毕业生，给在校生做讲座.给予学生一定的课题经费支配权，允许学生自行购买耗材及模具加工，使学生知道如何控制购买量，通过学生自主组建课题组和自主安排课题进度，提高学生的沟通能力，学会处理课题研发过程中涉及的各种问题，进而培养多方面的工程实践能力［3］.

2.3.2加强相关课程教师之间的沟通

组织相关课程的教师进行集体备课，在制定教学大纲、写教案时加强沟通.例如在光学零件加工中，离不开模具及夹具的设计，要经常与机械制图老师沟通，将光学零件加工中模具及夹具的设计作为案例引入教学中，并针对标准化生产要求，对图纸进行优化，学生在模具设计中遇到的问题，可在机械制图课中找到答案.统计过程控制（SPC）是一种借助数理统计方法的过程控制工具，它对光学零件的批量生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的［4］，在零件的口径及中心厚度进行分析评价时，通常用到均值-极差图，在对零件表面疵病进行检测时，通常用到不良率P图，要经常与数学老师沟通，将均值-极差图及不良率P图用于生过程的分析评价的数学思想及数学过程进行深入的讲解，让学生理解数学与质量控制的关系.

2.3.3自编讲义

随着智能手机的普及以及无人驾驶技术的日益成熟，对中等精度光学零件的需求量日益增加，古典加工工艺无法满足批量生产的需求，而准球心加工工艺具有正压力恒定、摆架绕通过工件球心的轴线作弧线摆动、生产效率高等特点，适用于中等尺寸、中等精度光学零件的批量生产［5］，而现有教材内容多针对古典加工工艺，对准球心高效加工工艺的介绍很少.因此，有必要在自编讲义中加入弧摆机的工作原理及使用介绍、球心仪的原理及操作步骤、批量生产中模具的种类及作用、高速抛光工艺中抛光粉的种类及使用的玻璃型号、涂墨机的原理及涂墨夹具的设计、作业指导书及工艺流程卡的基本要求及规范、准球心加工工艺中的精磨模与传统精磨模的区别与联系.并在自编讲义中引入企业加工的最新案例，实时更新，供学生参考.

2.3.4将创新成果引入课堂

在铣磨工序中，可设计简易球径仪对铣磨后零件的曲率半径大小进行判断；通过对上摆机的施压装置进行改进，可实现上摆机代替下摆机对光学零件的面进行精磨和抛光，降低设备的成本［5］；可用多贴不胶盘夹具代替传统的刚性盘和弹性盘进行精磨和抛光，提高了生产效率，减少污染；通过对抛光和定心磨边先后顺序的调整，可有效避免磨边过程中在零件表面产生压痕和划痕；通过对涂墨夹具结构的改进，提高生产效率，降低劳动强度［6］.

2.3.5引导学生扩充自己的知识体系

新工科要求大学相关专业在加强创新思维教育和深化功能实践学习方面有所改革，以适应智能制造的需要，这要求学生根据智能科学和技术的发展，不断补充新内容、新知识，更新知识体系.教师鼓励学生学习并使用计算机软件，例如学习画零件图的Solidworks、AutoCAD 软件、进行数据处理的Excel 软件或Matlab 软件、膜系设计的TFCalc 软件等，这可以使数据的处理和分析变得更简单.

2.4 光学零件加工技术教学考核

教学考核是对教学效果的评估，是保证教学质量，改革教学方法以及调整教学内容的重要手段和依据.新工课背景下的光学零件加工技术课程教学考核，也必须要体现新工科对学生技能素质和创新实践能力的要求.工科人才职业素养以应用实干型为主，在态度和行动上要求创新、专注、心细，在技能上要求技术高、工艺新.工科专业的学生毕业后主要面向企业，企业主要看重学生的知识储备、解决实际问题的能力、是否具备吃苦耐劳的精神、人际交往能力、创新能力和组织协调能力，以考卷成绩来判定学生能力高低的传统考核方式已不能满足现实需求.在新工科背景下，教学考核应该针对社会需求考查学生的能力，具体需要考核理解能力、主动学习能力、分析和解决问题的能力、动手能力、沟通协调能力、设计能力、创新能力、学习态度、表达能力、守时等方面.［7］这些能力的考核又可具体分为课题实验实践小组成果考核、课题实验实践个人表现考核、课题课堂研讨小组成果、课题课堂研讨个人表现考核等几种形式的考核.

3 分析与总结

通过课题牵引式教学的实践，课堂气氛活跃，教学效果提高明显.学生能够提出关键性的问题，并主动参与到课堂讨论中，独立解决问题的能力明显提升，毕业设计指导量明显减少，毕业设计的优秀率提高.大部分学生利用自己的休息时间到实验室做课题，积极申请校级课题，设计的工艺规程质量较高，能够通过团队协作加工出合格的产品.通过课题牵引式教学探索与实践，教学内容、教学方法和考核方式等方面的革新使学生能通过课题参与的形式加深对理论知识的理解，避免了学生被动接受艰涩难懂理论知识的情况和对教师授课不知所云的情况，让整个教学过程更活泼生动；培养了学生观察、分析和解决问题的能力，促进了学生对专业知识的应用和创新，教师把以往的学习难点分散到课程的实施过程之中，学生更容易掌握，提升了学生综合能力，培养了学生的严谨工作作风，使其熟悉了未来工作岗位的要求，提高了就业认知度.教学改革是一项复杂的系统工程，需要完成的工作很多，尤其在培养学生的创新能力和实践能力方面仍需教师不断探索与实践.