河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 河北石家莊 050018

金工實(shí)習(xí)是一門(mén)獨(dú)立的實(shí)踐性技術(shù)基礎(chǔ)課，其教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)實(shí)習(xí)教學(xué)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)提供必要的實(shí)踐基礎(chǔ)和感性認(rèn)識(shí)[1]。傳統(tǒng)的金工實(shí)習(xí)內(nèi)容主要是車(chē)、銑、刨、鉆、磨、鉗、鑄、焊等工種，主要訓(xùn)練學(xué)生的工程實(shí)踐能力。為了加快獨(dú)立本科院校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型，培養(yǎng)高校學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，及時(shí)將新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備充實(shí)到實(shí)習(xí)教學(xué)中去，將成為高校金工實(shí)習(xí)改革的必然趨勢(shì)。

從20世紀(jì)末開(kāi)始，特種加工實(shí)習(xí)陸續(xù)進(jìn)入各高校的金工實(shí)習(xí)中。由于這是一個(gè)新的實(shí)習(xí)項(xiàng)目，如何搞好這一實(shí)習(xí)教學(xué)，各高校根據(jù)自身的特點(diǎn)不斷地進(jìn)行各種探索[2]。

特種加工是多學(xué)科交叉而成的一門(mén)新興技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用于難切削材料、低剛度零件、精細(xì)表面、復(fù)雜型面和模具加工中。特種加工方法包括：電火花加工、電子束加工、電化學(xué)加工、離子束加工、激光加工、等離子弧加工、化學(xué)加工、超聲加工、快速成型(增材法加工)等。在特種加工設(shè)備中，數(shù)控電火花線切割機(jī)床是機(jī)電一體化的加工設(shè)備，具有一定的先進(jìn)性和典型性，不僅價(jià)格低廉，而且教學(xué)內(nèi)容豐富，并同時(shí)具有特種加工和數(shù)控加工的特點(diǎn)，因此特別適合引入到金工實(shí)習(xí)中[3]。

1 特種加工實(shí)習(xí)的教學(xué)改革

河北科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心于2002年首次購(gòu)置了先進(jìn)的數(shù)控線切割機(jī)床用于金工實(shí)習(xí)，2007年又新購(gòu)置了4臺(tái)數(shù)控線切割機(jī)床。最初由于受金工實(shí)習(xí)時(shí)間的限制，線切割實(shí)習(xí)的教學(xué)模式如下：教師先講解線切割機(jī)床的工作原理、編程方法和操作方法，演示加工過(guò)程，然后學(xué)生在計(jì)算機(jī)上繪制圖形，最后由教師批改圖形決定線切割的成績(jī)。

在此種教學(xué)模式中，學(xué)生沒(méi)有親自用線切割機(jī)床加工零件，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)習(xí)興趣不高，不利于鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，也不利于學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)。

1.1 線切割實(shí)習(xí)教學(xué)改革

針對(duì)特種加工實(shí)習(xí)中存在的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行了改革，把教學(xué)中心從教師轉(zhuǎn)向?qū)W生，采用啟發(fā)式教學(xué)，將動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)教學(xué)實(shí)踐之中。

1.1.1 采用啟發(fā)式教學(xué)

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，特種加工實(shí)習(xí)時(shí)，利用學(xué)生的好奇心，逐步引入線切割加工。指導(dǎo)教師可先展示幾個(gè)有代表性的實(shí)物，如超硬材料金剛石及微小型孔等，讓學(xué)生思考如何加工，帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)。然后指導(dǎo)教師開(kāi)始講解線切割機(jī)床的工作原理、編程方法和操作方法，演示加工過(guò)程。

1.1.2 增加本工種的實(shí)習(xí)時(shí)間

改革前，特種加工部分只有半天時(shí)間，實(shí)習(xí)只能以講解、演示為主。改革后，把特種加工實(shí)習(xí)的時(shí)間調(diào)整為1.5天。延長(zhǎng)實(shí)習(xí)時(shí)間后，既能保證學(xué)生掌握實(shí)踐的基礎(chǔ)知識(shí)，又能加強(qiáng)學(xué)生培養(yǎng)實(shí)踐和動(dòng)手能力，以滿足新技術(shù)發(fā)展的需要[4]。

1.1.3 教學(xué)模式改革

延長(zhǎng)特種加工實(shí)習(xí)時(shí)間，是本工種教學(xué)模式改革的前提，讓學(xué)生更多地參與實(shí)習(xí)，變“被動(dòng)型”實(shí)習(xí)為“主動(dòng)型”實(shí)習(xí)，改革后的教學(xué)模式如圖1所示。

圖1 線切割教學(xué)模式流程圖

改革后的教學(xué)模式，使學(xué)生在掌握基本實(shí)習(xí)內(nèi)容的同時(shí)，又增強(qiáng)了動(dòng)手和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而且在實(shí)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生還可以有一個(gè)小作品作為實(shí)習(xí)紀(jì)念。

1.1.4 改革金工實(shí)習(xí)的考核體系

實(shí)習(xí)考核不僅是對(duì)學(xué)生所掌握的實(shí)踐知識(shí)及動(dòng)手能力的檢驗(yàn)，也應(yīng)符合生產(chǎn)實(shí)踐的規(guī)律。線切割的實(shí)習(xí)內(nèi)容發(fā)生了變化，考核體系也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改革。工程訓(xùn)練的安全與紀(jì)律是保障學(xué)生安全順利完成實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)，為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)與責(zé)任心，安全與紀(jì)律也應(yīng)進(jìn)行考核。

改革前，線切割的成績(jī)考核僅包括繪圖設(shè)計(jì)(創(chuàng)意20%、美觀20%、復(fù)雜20%、尺寸20%、完成20%)，改革后，線切割成績(jī)考核包括繪圖設(shè)計(jì)(創(chuàng)意10%、美觀10%、復(fù)雜10%、尺寸10%、完成10%)、機(jī)床操作(規(guī)范10%、熟練10%、工件質(zhì)量20%)和實(shí)習(xí)表現(xiàn)(10%)三部分。并對(duì)實(shí)習(xí)表現(xiàn)制訂出詳細(xì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，適于各個(gè)工種，如表1所示。工程訓(xùn)練中心安排一名安全員，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)安全教育工作，對(duì)每個(gè)車(chē)間隨機(jī)進(jìn)行安全檢查。每個(gè)工種的實(shí)習(xí)表現(xiàn)分?jǐn)?shù)由指導(dǎo)教師和安全員共同給出。

表1 常見(jiàn)違反安全與紀(jì)律表現(xiàn)及處理方法

在實(shí)習(xí)開(kāi)始時(shí)，提前向?qū)W生公開(kāi)考核體系，在實(shí)習(xí)結(jié)束后，嚴(yán)格按考核體系公開(kāi)評(píng)定實(shí)習(xí)成績(jī)。

1.2 引進(jìn)3D打印技術(shù)

隨著3D打印技術(shù)的成熟，尤其是桌面級(jí)FDM打印機(jī)價(jià)格的降低，F(xiàn)DM3D打印實(shí)習(xí)項(xiàng)目受到各高校工程訓(xùn)練中心的青睞。

我校工程中心于2016年購(gòu)買(mǎi)了12臺(tái)3D打印機(jī)，設(shè)備如圖2所示。目前，利用實(shí)習(xí)的周末時(shí)間，對(duì)機(jī)械和材料學(xué)院學(xué)生開(kāi)展實(shí)習(xí)。

3D打印實(shí)習(xí)項(xiàng)目分為認(rèn)知和綜合創(chuàng)新兩部分，認(rèn)知部分教師占主導(dǎo)地位，以講授、演示為主，讓學(xué)生了解3D打印的技術(shù)特點(diǎn)、掌握設(shè)備操作的基本步驟；綜合創(chuàng)新部分以學(xué)生操作為主，教師負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)和工藝控制。由于3D打印加工時(shí)間比較長(zhǎng)，該部分4～5人為一組，共同完成一個(gè)工件的3D打印。

圖2 3D打印設(shè)備

這一先進(jìn)設(shè)備的引入，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)一步開(kāi)闊了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 教學(xué)改革取得的效果

經(jīng)過(guò)兩屆學(xué)生的線切割教學(xué)改革實(shí)踐，教學(xué)方法效果顯著。

2.1 學(xué)生安全意識(shí)增強(qiáng)

制訂嚴(yán)格的安全與紀(jì)律，使學(xué)生在思想上高度重視，操作中嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程。學(xué)生的安全意識(shí)與責(zé)任心進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)。

2.2 學(xué)生實(shí)踐能力增強(qiáng)、學(xué)習(xí)積極性大幅度提高

線切割改革后，增加了學(xué)生親自動(dòng)手的機(jī)會(huì)，不僅促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐能力的提高，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力；極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，提升了教學(xué)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

特種加工技術(shù)具有其他常規(guī)加工技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代加工技術(shù)中，占有越來(lái)越重要的地位。特種加工實(shí)習(xí)教學(xué)改革的順利進(jìn)行，使學(xué)生的工程素質(zhì)得到了較大的提高，同時(shí)我校工程訓(xùn)練中心引進(jìn)了3D打印技術(shù)，使學(xué)生能及時(shí)了解先進(jìn)的技術(shù)、工藝、材料和設(shè)備，開(kāi)闊了學(xué)生的視野，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。將有助于推進(jìn)獨(dú)立本科院校向應(yīng)用型高校的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

[1] 曾慶生,楊毅,李恒,麻勝榮.在金工實(shí)習(xí)中進(jìn)行創(chuàng)新教育的初探[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā),2008(1):185-186,188.

[2] 傅水根,李生錄.對(duì)我國(guó)工程實(shí)踐教學(xué)的弊利分析與發(fā)展方向探討[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2005(3):1-5.

[3] 劉曉微,梁建新,邢軍.用交叉學(xué)科知識(shí)來(lái)充實(shí)工程實(shí)習(xí)教學(xué):金工實(shí)習(xí)中線切割實(shí)習(xí)教學(xué)[J].河北工業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院學(xué)報(bào),2003(3):58-60.

[4] 楊毅,曾慶生,李恒.論金工實(shí)習(xí)的改革與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].裝備制造技術(shù),2007(7):146-148.