彭志敏, 陸舒瑤, 謝 靈, 劉勇健

(廣東工業(yè)大學(xué) a.實(shí)驗(yàn)教學(xué)部,b.土木與交通工程學(xué)院，廣州 510006)

機(jī)械加工實(shí)踐與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)互聯(lián)互通教學(xué)探討

彭志敏a, 陸舒瑤b, 謝 靈b, 劉勇健b

(廣東工業(yè)大學(xué) a.實(shí)驗(yàn)教學(xué)部,b.土木與交通工程學(xué)院，廣州 510006)

機(jī)械加工實(shí)踐與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)原本是兩門獨(dú)立的教學(xué)課程。由于材料力學(xué)試樣必須先行機(jī)械加工，據(jù)此，提出將機(jī)械加工實(shí)踐與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)變?yōu)榛ヂ?lián)互通的一體化教學(xué)。在本實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下自主地進(jìn)行實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、組織、實(shí)施和管理。這種教學(xué)方法，不但能節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、提高學(xué)生的科研意識(shí)，而且能滿足學(xué)生必做的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和基本操作，又可強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐技能和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，此教學(xué)實(shí)踐對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力效果明顯。

機(jī)械加工; 材料力學(xué); 互聯(lián)互通； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

0 引 言

機(jī)械加工實(shí)踐訓(xùn)練是工科院校非常重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)又是工科院校必開的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一直以來，這兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)各自獨(dú)立進(jìn)行。但是材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)試件是來自機(jī)械加工，因此，這兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)其實(shí)有很大的關(guān)聯(lián)性。目前，材料力學(xué)性能的研究所用的“實(shí)驗(yàn)試樣”是由企業(yè)加工好而購買得來的，每年需要幾萬元的材料消耗，如果利用學(xué)生在機(jī)械加工訓(xùn)練這一實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)加工“實(shí)驗(yàn)試樣”來進(jìn)行力學(xué)性能研究[1-7]，不但能節(jié)省經(jīng)費(fèi)、提高學(xué)生的科研意識(shí)，而且能滿足學(xué)生必做的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和基本操作，又可強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐技能和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。根據(jù)機(jī)械加工實(shí)踐與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性，結(jié)合作者的多年實(shí)踐，提出了機(jī)械加工實(shí)踐與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)互聯(lián)互通[8-11]教學(xué)模式。

1 互聯(lián)互通教學(xué)的安排

1.1 教學(xué)程序安排

(1) 首先，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部門向機(jī)械加工工程訓(xùn)練單位提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息，比如:材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究適用專業(yè)、班級(jí)、人數(shù)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)研究所用的材料型號(hào)(如低碳鋼、鑄鐵)等。

(2) 機(jī)械加工實(shí)踐部門根據(jù)提供的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息，在機(jī)械加工實(shí)踐開啟前,網(wǎng)上交待實(shí)踐加工選擇的材料,引導(dǎo)學(xué)生查找相關(guān)資料(如材料力學(xué)等),根據(jù)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求自行設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)材料的機(jī)加工圖紙，然后在教師的引導(dǎo)下，獨(dú)立、按時(shí)加工出“實(shí)驗(yàn)試樣”產(chǎn)品。待老師對(duì)“實(shí)驗(yàn)試樣”進(jìn)行驗(yàn)收和成績?cè)u(píng)定后，各小組或個(gè)人自行保管好自己的“實(shí)驗(yàn)試樣”，以備材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)使用。

(3) 在力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究前，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，并用自行加工出來的“實(shí)驗(yàn)試樣”分別進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試與結(jié)果分析，掌握材料力學(xué)性能的測(cè)試方法。

1.2 機(jī)械加工組合方案

機(jī)械加工組合方案見表1。

表1 機(jī)械加工組合方案

1.3 實(shí)踐小組的安排及任務(wù)

按試件的加工工藝方法，將學(xué)生分成若干實(shí)踐小組，考慮到每組都要完成低碳鋼和鑄鐵的力學(xué)性能測(cè)試，因此需3人一組，每人完成一個(gè)不同的加工組合。每一小組均需完成3種機(jī)械加工組合的內(nèi)容及兩種材質(zhì)試樣的力學(xué)性能(包括屈服極限、強(qiáng)度極限、彈性模量、延伸率、收縮率)測(cè)試,并比較鑄鐵和低碳鋼在拉、壓、扭的情況下力學(xué)性能有什么不同等。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與成績?cè)u(píng)定

(1) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：要求學(xué)生根據(jù)試樣的斷裂情況及所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析、討論，對(duì)試樣誤差大的，引導(dǎo)學(xué)生去查找產(chǎn)生誤差的原因。比如機(jī)加工或裝夾時(shí)產(chǎn)生的偏心、截面不均、表面粗糙度不均等都會(huì)使試樣產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而可能使試樣的斷裂面超出試件的實(shí)驗(yàn)尺寸的范圍,即斷在裝夾或非試驗(yàn)尺寸位置。

(2) 實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)定：機(jī)械加工實(shí)踐成績的評(píng)定根據(jù)“實(shí)驗(yàn)試樣”的加工質(zhì)量和有否違反操作規(guī)程來評(píng)定；材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)定根據(jù)學(xué)生的操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來評(píng)定。

2 教學(xué)實(shí)踐情況及分析

2012年及2014年已分別對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方案作了初步的嘗試。經(jīng)過這2次的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和討論，2015年3月對(duì)2013級(jí)機(jī)電1-2班，2016年3月對(duì)2014級(jí)機(jī)電1-6班正式開啟了機(jī)械加工實(shí)踐與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)互聯(lián)互通教學(xué)實(shí)踐探討，實(shí)踐教學(xué)效果如表2所示。

表2 機(jī)械加工實(shí)踐教學(xué)效果調(diào)查情況表 %

由表2可見,組合I比組合II能按時(shí)完成加工的百分比較低，是因?yàn)殍T鐵比較脆，容易斷裂加工稍難一點(diǎn)；組合III比組合I和組合II能按時(shí)完成加工的百分比都要低，成績也低一點(diǎn)，主要是因?yàn)榻M合III是六角加工，有鑄鐵又有低碳鋼內(nèi)容稍多加工難度也稍大，但沒有絲毫影響學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的興趣，興趣也高達(dá)96%，而且3種組合能按時(shí)完成的都達(dá)90%以上，遠(yuǎn)超預(yù)期。

教學(xué)實(shí)踐結(jié)果超預(yù)期的原因分析：原先我校機(jī)械加工實(shí)踐是獨(dú)立教學(xué)的，學(xué)生加工出來的“產(chǎn)品”一般是留給學(xué)生自己當(dāng)作紀(jì)念品，沒有用于下一教學(xué)環(huán)節(jié)。紀(jì)念品沒能真正體現(xiàn)出它的價(jià)值取向，因?yàn)橹R(shí)只有在應(yīng)用中才能體驗(yàn)到它的作用，在應(yīng)用中才有價(jià)值，因此留作紀(jì)念品并不一定能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐的熱情。而機(jī)械加工實(shí)踐與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)互聯(lián)互通后形成了一體化教學(xué)[12-13]，它是以一項(xiàng)任務(wù)為目標(biāo)的教學(xué)過程，學(xué)生在進(jìn)行機(jī)加工“產(chǎn)品”時(shí)，心里意識(shí)到自己加工的“產(chǎn)品”質(zhì)量好壞,將會(huì)影響到后續(xù)材料力學(xué)試驗(yàn)的成敗[14]，這種教學(xué)模式會(huì)改變學(xué)生的認(rèn)知態(tài)度和觀念,從而大大提高學(xué)生的工作學(xué)習(xí)責(zé)任心，當(dāng)這種潛能一旦發(fā)揮，會(huì)有效地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)汲取知識(shí)與掌握實(shí)驗(yàn)技能的熱情，從而帶來最優(yōu)或超預(yù)期的效果。

3 結(jié) 語

本教學(xué)實(shí)踐的特色是:學(xué)生要將機(jī)械加工實(shí)踐中加工的實(shí)驗(yàn)試樣作為材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的出發(fā)點(diǎn),在老師的指導(dǎo)下，自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、組織、實(shí)施和管理，運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械制圖知識(shí)和材料力學(xué)的理論獨(dú)立完成了實(shí)驗(yàn)試樣的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和試樣的加工,然后再將實(shí)驗(yàn)試樣作進(jìn)一步的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究，經(jīng)歷了從理論到實(shí)踐，從實(shí)踐再到理論的認(rèn)識(shí)過程，是“知識(shí)的傳遞”向“知識(shí)的處理和轉(zhuǎn)換[15]”，實(shí)現(xiàn)了人的認(rèn)識(shí)的兩個(gè)飛躍，是一項(xiàng)有效的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。兩項(xiàng)內(nèi)容互聯(lián)互通后既能滿足學(xué)生必做的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和基本操作，又可強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，因此教學(xué)實(shí)踐設(shè)置合理、科學(xué)并具有綜合性和創(chuàng)新性。

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Exploration on Experiment Teaching Reform by Interoperability of Mechanics of Materials Experiments

PENGZhimina,LUShuyaob,XIELingb,LIUYongjianb

(a. Experiment Teaching Department， b. School of Civil and Transportation Engineering, Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006, China)

This article discusses interoperability teaching approaches for subjects “Machining Practice” and “Experiment on Mechanics of Materials” which were separated before. The two experiments are replaced by an integrated interoperable teaching and learning. In this integrated approach, students independently organize, design and implement machining practice and mechanics experiment; teachers play only a guiding role. This teaching method can not only save machining and experimental cost, improve student’s awareness of scientific research and basic experimental skills, but also strengthen the students practical ability. Therefore, the discussed interoperable teaching method is comprehensive and innovative.

machining; mechanics of materials; interconnection and interoperability; experimental teaching

2016-07-07

廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016A030313692)，廣東省學(xué)位與研究生教育改革研究項(xiàng)目(2015JGXM-MS19)，廣東省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201511845106,201611845154)，廣東工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(YJ201611845355)

彭志敏(1977-)，女，廣東梅州人，助理實(shí)驗(yàn)師，從事機(jī)械制造及自動(dòng)化研究.

Tel:15920388642。E-mail:390070843@qq.com

謝 靈(1965-)，男，廣東陽春人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究.

Tel:13189007628;Email:xieling@gdut.edu.cn

G 642.0

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1006-7167(2017)04-0215-03