《激光加工》课程的教学改革研究与实践
2021-03-21王翔
王翔
摘 要：《激光加工》是工程专业特别是机械制造专业的一门专业基础课程，该课程对于制造行业人才培养具有重要作用。对于该课程教学中存在的问题，需要进行课程教学改革，提高学生的学习积极性，进而提高教学质量。基于此，本文就《激光加工》课程教学改革展开研究，首先阐述了其改革背景，其次对其中的问题进行简要分析，最后提出了改革措施，以供参考。
关键词：《激光加工》 教学现状 教学改革 实践 创新
Research and Practice on Teaching Reform of
WANG Xiang
（Chengdu University of Technology， Chengdu， Sichuan Province， 610001 China）
Abstract：
Key Words：
制造行业发展中，激光加工技术是基础技术，其在机械、印刷、冶金等行业发展中具有不可替代的作用。作为工科类学生实训课程，激光加工技术的实践性很强，学校要培养具有符合创性能力的人才就需要对课程进行初步改革。当前，大部分院校仍然以理论教学方式为主，但是激光加工技术是一门具有较强实践性的课程，这种传统教学方式已经无法满足人才培养要求，学生在课堂上不仅要获得理论知识，还需要具有实践操作经验，这是学校课程改革的重点[1]。
1 《激光加工》课程教学改革背景
高校工程教育的目的在于让学生学习工艺知识、了解制造过程、体验工程文化、培养工程素质，相关课程也需要与当前的工业技术做好衔接。在工程教育体系中，激光加工技术占据重要地位，其需要根据技术变化不断更新教学内容和设备，把握现代激光加工技术发展趋势及其在工业体系中的实践应用，进而提高激光加工实践教学水平。为了深入落实国务院关于高等院校创新创业的教育改革意见，创新产学合作协同育人机制，发挥相关企业的作用，为高校开展产学合作协同育人项目提供支持[2]。激光加工教学内容以及课程体系改革项目实施的载体是学校，企业则提供技术、经费、实践平台等支持，校企合作推进激光技术的发展，培养行业人才，在实践教学中融入新的理念和技术，共同开发优质教学资源，构建数字化教学体系，进而不断完善理论建设，建设理论、实践结合的激光加工技术课程教学新体系。
2 《激光加工》课程教学现状分析
我校对工科类学生在机械工程实训教学中开设了《激光加工》这门专业基础课程。该课程的重点在于激光加工基本原理和工艺技术的发展及其应用。激光加工是一种先进的制造技术，激光加工凭借着高效、节能环保的优势受到各国重视。该技术中涉及的激光加工方法比较多，要想取得良好教学效果并不容易。如何能够在有限的学时中让学生们了解激光加工方法，深入浅出教学，在短期内提高激光加工技术教学质量成为教学难点[3]。基于此，本人对该方面展开深入思考，对现有教学方法进行了改革思考。
3 《激光加工》课程教学改革实践
对于大部分学生而言，传统加工技术教材内容抽象、乏味，特别是专业课程基本都是理论内容，原理抽象、枯燥，缺乏实际操作和实际案例，学生本身对这类课程的兴趣较低，主动学习性差，缺乏学习动力。本文提出的教学模式改革先让学生主动关心前沿技术和新概念，并对课程所学、所用进行较为详细的介绍，提高学生的兴趣，最后让学生能够明确基础学习对后续应用和创新的重要性，逐步引导学生的兴趣和主动性。先进的激光加工技术是通过激光束和物质相互作用而实现对材料的精加工，该技术中涉及了光学、物理学、材料学、计算机技术、机械制造加工等多门学科，是现代制造业发展的前沿技术。本课程主要通过详细介绍激光加工技术力量、类型以及激光扫描、切割、打标、3D打印等等前沿技术，让学生能够了解激光加工技术及其應用，主动学习，进而提高教学质量。
3.1 教学内容改革实践
《激光加工》课程属于专业课，教学时需要明确课程任务和性质，培养学生的兴趣，激发学生的主动学习能力，充分了解激光和材料作用，明确关键参数作用，并把握常见工作原理，熟知激光材料加工理论和系统组成，认识到不同原理激光器、激光加工工艺，具备激光加工思维，主动寻找激光加工机理，发挥创造能力，挖掘学生潜能，激发其创新思维，为后续发展和应用奠定基础。
激光加工方法众多，包括激光切割、焊接、打标、热处理、微纳制造、弯曲成形以及快速成形等不同方法，涉及的内容多，但是教学学时有限，因此需要明确教学重点，合理安排教学内容，在保证学生能够利用所学知识实现实际生产需求的同时还需要确保专业基础和理论讲解结合。当前，激光切割和打标技术在工程实际中的应用较多，弯曲成形的研究应用较少，微纳制造在电子封装中的应用较多，在此基础上，本课程把授课重点集中在激光扫描、切割、雕刻等方面，对激光焊接、打标等作一般介绍[4]。
为保证教学质量，开课前需要熟记整个教学内容，因此，本人参考了不同激光制造行业专家观点及其书籍，例如史玉升《激光制造技术》、邵丹《激光先进制造技术与设备集成》等专业书籍，参考其中的观点、技术结合课程教材，根据我校专业人才培养方案整合授课内容，改革教学内容，形成系统的教学方法。此外，还需要注意及时更新知识，在教学环节中完善教学内容和知识体系，激发学习兴趣，开拓视野[5]。因此在准备教学内容时需要及时添加最新的激光加工技术，并在课程中引入实际案例，让学生能够及时了解新的激光加工技术的同时明确其具体应用，激发学生创新思维，提高学习兴趣，实现从课本到实践再到知识升华的目标。在保证教学内容不离开课本的同时能够做到与时俱进。例如，在教学激光切割知识时，用亚克力板模拟零件加工。亚克力是一种开发较早的重要可塑性高分子材料，切割后具有干净、精美的抛光边缘，切割和雕刻亚克力板精度极高[6]。用亚克力板切割齿轮、底板座等机械零件，先模拟加工，装配调试成功后再用真正的金属材料加工产品。这样将实际操作引入机械设计与制造创新教学中，极大地激发了学生的学习兴趣，提高教学效果。
3.2 教学方法和手段改革实践
3.2.1 教学方法改革
教学方法和手段作为课程建设重要部分，日常教学时需要不断改革教学方法。当前，大多数教师仍然采用传统的填鸭式教学方法，这种教学方法无法拓展学生知识面，也无法提高学生的积极性，甚至会使学生产生厌学心理。在教授激光加工技术课程时，本人提出建立围绕学生的教学环境，在教学活动中注重强调学生的主体地位，营造学习环境，发挥其积极主动性。例如，可以让学生提出在学习或比赛时需要的零件，让他们带着问题有目的地学习，在讲解时可以随时给学生们布置任务，把握重点，让学生建立属于自己的知识架构[7]。
3.2.2 教学方式改革
高校工程训练中心主要在于培养学生工程实践能力，在《激光加工》课程改革中，需要在理论教学改革基础上重点创新实践教学改革，加强实训教学，提高高校学生的激光技术应用能力。
（1）理论教学。激光加工技术课程具有较强的理论性和实践性，有效的教学方法能够让学生们加深记忆，采取板书+多媒体形式教学，可以提高教学信息传输量和内容完整性，通过板书归纳总结教学知识点，让学生能够更好掌握知识，通过多媒体可以让学生们克服传统教学特点，更容易理解抽象的教学内容，采用三维动画、视频、动画等方式将知识点形象、具体的展现给学生，加深学生印象[8]。例如，在讲解激光加工方法时，通过多媒体课件播放视频，让学生们观看实操现场，并对其重點操作进行理论讲解，结合三维立体动画演示，让学生们能够清楚激光加工原理以及过程，并向学生提问关于激光加工参数设置及其影响因素、选择等，让学生们能够主动参与其中，取得良好效果。
（2）实训教学。激光加工是工程实训课程，教学时需要设置更多的实践教学，而在实践教学时，要注意培养学生的创新意识，积极引导每位同学参与，自己设计实验，按照自己的加工方法和参数设计制造产品，激发学生的创新能力，让学生能够利用课堂知识进行实践操作，提高激光加工的实际应用能力。例如在激光切割中，学生可以自己设计图案作图，将相关参数导入至计算机中处理，最终加工出成品，深入体会激光加工技术。在具体的实践教学过程中，要结合具体案例详细指导学生，根据学生实际情况和项目完成情况对学生的需求进行研究、确定，教授学习方法，培养学生的创新思维以及聚合思维，激发其创新就业能力。
本研究提出采用模块化激光加工实训，学校建设专门实训场地，提供CAD/CAM实训室和相关软件和设备，激光加工实训室配置了金属激光切割机、金属激光打标机、非金属激光切割机、非金属激光内雕机等，激光加工实训室中，激光加工设备中包括了激光切割、标记、内调等技术。师资上，配置了模块化激光加工实训教学队伍，包括专职教师、工程师、高级技师和技师，为了满足不同年级实训要求，按照现有实训设备教学队伍制定了模块化激光加工实训课程，其中包括基础认知、强化实践、综合创新这3个体系，如图1所示。
首先，开展基础任职实训课程。全校各学生在认知实训中，一年级课程中加入了4课时基础认知实训，共分成2部分文成，其中2课时为金属激光打标演示实训以及2课时非金属激光切割演示实训，主要让学生观摩，教师在场地讲解打标机和切割机结构、原理和防护知识，之后根据操作手册对打标机和切割机进行演示、操作，最后得到实际加工操作。基础认知激光加工实训经过示范教学能够拓展学生视野，让学生能够了解激光加工等手段，激发其学习热情。基础认知激光加工实训工件如图2所示。
其次，开展强化实训课程。在二三年级带领学生集中开展强化实践课程，共12课时，其中6课时为非激光切割课程，6课时为激光切割课程，主要让学生动手实践操作，鸡儿提高学生的竞赛能力和实操能力。
在强化实训中，学生通过不断实践动手操作能够激发参赛积极性和主动性。对此，实训教师需要先将激光和非激光切割机结构、原理和防护知识进行详细讲解，之后根据操作手册将二者操作流程分别演示出来，再进行实际加工。学生在了解流程后按照加工零件选择适当加工设备开展实操作业。强化训练工件如图3所示。
最后，开展综合实训课程。在四年级和研究生阶段开展综合创新实训课程，共24课时，其中8课时为金属激光切割和打标综合实训，重点教授薄板类金属工艺品制作，8个课时为非激光切割和雕刻综合实训，重点教授薄板类费金属工艺品制作，8个课时为3D设计与激光内雕刻综合实训，重点教授透明水晶玻璃类工艺品制作。通过综合加工实训让学生了解激光加工制作方式，并学会学以致用。综合实训课程训练工件如图4所示。
3.3 考核方式改革实践
该课程主要是为了培养学生的理论素质和实践能力，因此对于学生的考核不仅需要理论知识考核，还需要结合平时表现进行实际操作考核。其中平时表现和理论占总成绩50%，包括课堂点名、出勤、课堂互动、创新能力、实习报告等;实际操作主要对激光加工软件的应用、工艺参数设置以及学生具体操作时完成的零件质量、操作的熟练程度等进行考核[9]，占总成绩50%。通过这种综合考核可以让学生们了解激光加工理论和实践内容，提高实践操作水平。
4 《激光加工》课程教学改革效果
《激光加工》课程教学改革后，學生的主动学习能力增强，利用模块化教学能够让学生及时发现问题、主动查阅资料，自主合作解决问题，提高学习主动性，同时也能够让学生掌握设备操作软件，具备创新思维，提高动手能力，强化沟通、合作能力。对于老师而言，课程改革后教师的角色发生变化，具有指导性，能够引导学生完成教学工作，提高教学主动性。对于企业而言，课程改革帮助企业培养了更具有实践技能的人才，企业无需付出额外的人才培养成本，既能够提高效率，也能够节约人才成本。
5 结语
综上所述，通过创新改革《激光加工》课程，可以改变以往的教学内容、方式、手段以及考核方式，提高学生的学习主动性和积极性，增加学生对于该课程的学习探究兴趣，使学生能够掌握激光加工技术，激发其创新能力，引导学生独立完成任务，适应企业和市场需求。
参考文献
[1]霍亚光，刘海明，郭海军，等.模块化激光加工实训的探索与实践[J].实验科学与技术，2020，18（4）：122-125，134.
[2]黄海龙，卢绣熔，敖祥.产学合作激光加工教学建设与实施探索[J].中国现代教育装备，2019，311（7）：107-109.
[3]黄晓萍，候俊.激光切割技术在高职专业课程中的应用实践[J].轻纺工业与技术，2019，48（7）：156-157.
[4]刘利，刘江丽，张海光，等.融合设计元素的激光加工实践课程的教学探析[J].实验科学与技术，2019，17（2）：125-128.
[5]桂芳马.高职院校信息技术课程分层教学改革研究与实践[J].教学方法创新与实践，2020，3（11）：88.
[6]龙丽嫦，高伟光著.激光切割与Laser Maker建模中国工信出版集团[M].北京：人民邮电出版社，2020.
[7]龙锦中.《数控加工技术》课程创新型教学改革探索与实践[J].轻工科技，2020，36（3）：128-129.
[8]冷星环，信丽华.工程实训创新教学激光切割典型案例分析[J].石油石化物资采购，2019（1）：119-119.
[9]冯爱新，周晨，曹宇，等.激光加工技术与装备的本科层次人才培养模式的探索——以温州大学为例[J].科教文汇，2019，450（2）：82-83.
