楊立平 趙立紅 黃雪梅

哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心 黑龍江哈爾濱 150001

工程素質(zhì)是工科院校學(xué)生培養(yǎng)的重要目標(biāo)[1]。如何在教學(xué)過程中較好地培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，使他們更好地在工作崗位上發(fā)揮作用，是工科院校教學(xué)必須考慮的重要課題。機(jī)械制造基礎(chǔ)課程作為工科院校的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其任務(wù)是幫助學(xué)生完成從書本學(xué)習(xí)模式向從工程實(shí)踐和書本中共同獲取知識(shí)的學(xué)習(xí)模式的過渡，而且讓他們能對(duì)機(jī)械制造全過程建立初步的認(rèn)識(shí)。如何更好地進(jìn)行機(jī)械制造基礎(chǔ)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)是機(jī)械制造基礎(chǔ)教學(xué)過程中必須考慮的問題。

本文分析了工程素質(zhì)的內(nèi)涵與培養(yǎng)方法，結(jié)合機(jī)械制造基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)，探討了數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用于機(jī)械制造基礎(chǔ)課程對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的影響。

1 工程素質(zhì)的內(nèi)涵及培養(yǎng)方法

工程素質(zhì)是工程技術(shù)人員知識(shí)、能力和工程理念的綜合體現(xiàn)，是一個(gè)通過知識(shí)的日積月累、工程理念的潛移默化到創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力不斷升華的過程。工程素質(zhì)內(nèi)涵包括工程知識(shí)、工程意識(shí)和工程實(shí)踐能力。掌握了豐厚的工程知識(shí)，工程意識(shí)才會(huì)自然形成，工程技術(shù)人員才會(huì)自覺運(yùn)用工程知識(shí)分析工程問題，并具備敏銳的觀察力，善于發(fā)現(xiàn)工程問題的關(guān)鍵所在，而工程實(shí)踐能力的含義除了動(dòng)手能力之外，還涵蓋了根據(jù)工程的具體情況提出問題并正確分析問題、解決問題的能力[2]。

將理論和實(shí)踐相結(jié)合是學(xué)習(xí)工程知識(shí)的最佳途徑，然而，實(shí)踐要求設(shè)備、場(chǎng)地、安全設(shè)施等，由于時(shí)間和地域限制，對(duì)于某些大型機(jī)器設(shè)備和復(fù)雜的制造工藝過程，學(xué)生是很難接觸到的，如果在課堂教學(xué)過程中引入數(shù)字化教學(xué)，充分利用數(shù)字化技術(shù)在視覺、聽覺等方面對(duì)學(xué)生的影響，將高深的工程理論知識(shí)具體化、簡(jiǎn)單化，將復(fù)雜的工藝過程生動(dòng)直觀地再現(xiàn)于課堂，必然會(huì)提高學(xué)生的工程知識(shí)學(xué)習(xí)能力，提升他們的工程意識(shí)，也更有利于培養(yǎng)他們的工程實(shí)踐能力。

2 機(jī)械制造基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程是關(guān)于零件常用材料及其加工方法的綜合性課程，囊括了從材料選擇、毛坯制造，到零件加工的整個(gè)零件制造工藝過程。它不但提供制造工程專業(yè)的理論知識(shí)，而且還提供將來的工程技術(shù)實(shí)踐所必要的工程材料及機(jī)械制造工藝原理、方法等方面的基礎(chǔ)知識(shí)[3]。本課程具有涵蓋內(nèi)容多、包含信息量大、與工程實(shí)際聯(lián)系緊密的特點(diǎn)。

作為訓(xùn)練制造工程師的必備專業(yè)課程，機(jī)械制造基礎(chǔ)課程要求學(xué)生掌握常用工程材料及零件加工工藝的知識(shí)，具備工藝分析的初步能力及創(chuàng)新意識(shí)?？墒?，由于學(xué)生大多缺乏必要的生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)，要想在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生在教室內(nèi)獲取包含鑄造、鍛造、焊接、金屬塑性成形、金屬切削刀具、金屬切削原理、機(jī)械加工方法、特種加工方法等大量實(shí)踐性強(qiáng)的知識(shí)，僅憑枯燥的講解很難取得良好的教學(xué)效果，而要培養(yǎng)學(xué)生的工藝分析能力則更加困難。

3 機(jī)械制造基礎(chǔ)數(shù)字化教學(xué)對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的影響

數(shù)字化教學(xué)是教師遵循現(xiàn)代教育理論和教學(xué)規(guī)律，利用電腦、多媒體投影儀器等現(xiàn)代化多媒體載體進(jìn)行的教學(xué)[4]。有效地利用數(shù)字化教學(xué)資源，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升，以及問題意識(shí)的培養(yǎng)都具有重要意義。學(xué)生通過對(duì)數(shù)字化教學(xué)資源的利用，可以激發(fā)學(xué)習(xí)與思考的興趣，是培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)業(yè)能力極佳的路徑。將數(shù)字化教學(xué)資源運(yùn)用到機(jī)械制造基礎(chǔ)教學(xué)過程中，必然會(huì)提升學(xué)生工程知識(shí)的掌握能力，有利于培養(yǎng)其工程意識(shí)和提出問題、解決問題的能力。

3.1 制造過程錄像的運(yùn)用對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的影響

錄像展示的是事件發(fā)生的真實(shí)過程，給人以真實(shí)感，具有較強(qiáng)的可信性。對(duì)于缺乏工程實(shí)踐經(jīng)歷的學(xué)生，在課堂教學(xué)中適當(dāng)播放錄像，容易引起學(xué)生的興趣和求知欲。特別是一些不常見的加工方法或工藝過程，一般的小型車間里很難見到，將這類加工過程錄制下來，對(duì)開拓學(xué)生視野、增加他們對(duì)基本工藝知識(shí)的綜合理解能力有很大幫助。例如，在講解超聲波加工、激光加工等特種加工方法時(shí)，教材中只能給出原理示意圖和加工后零件的二維圖，學(xué)生很難理解為什么激光加工方法能那么高效地加工出小孔等微小結(jié)構(gòu)、超聲波加工又怎樣能加工脆硬的材料。如果在教學(xué)時(shí)插入各種激光加工、超聲波加工的短時(shí)錄像，學(xué)生必然會(huì)對(duì)激光加工、超聲波加工原理及應(yīng)用范圍有深刻的理解，有身臨其境的感覺，有些學(xué)生甚至?xí)锌胤N加工方法是如此神奇，圖1、圖2所示為激光切割和超聲波套料加工視頻畫面。

圖1 激光切割加工

圖2 超聲波套料加工

3.2 三維動(dòng)畫仿真的運(yùn)用對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的影響

機(jī)械制造過程中有很多存在于細(xì)微結(jié)構(gòu)或腔體內(nèi)部的問題，生產(chǎn)實(shí)踐中不便展現(xiàn)，相關(guān)知識(shí)也不容易理解。例如，學(xué)習(xí)定位基準(zhǔn)選擇時(shí)，一般選擇中心孔作為軸類零件的加工精基準(zhǔn)，以保證加工后多個(gè)外圓表面的同軸度等形位公差，但學(xué)生很難理解這樣選擇的真正作用。研究設(shè)計(jì)了軸類零件的偏心結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了三維裝配和動(dòng)畫仿真演示，偏心軸運(yùn)動(dòng)仿真如圖3所示。從圖中可知，當(dāng)偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，裝配在軸上的齒輪隨之震蕩旋轉(zhuǎn)。通過仿真動(dòng)畫展示，學(xué)生可以深刻領(lǐng)會(huì)加工時(shí)保證不了同軸度所帶來的危害，此類問題如果通過實(shí)際加工零件展示則要耗費(fèi)大量人力物力，而且難以展示局部放大效果。

圖3 偏心軸運(yùn)動(dòng)仿真

機(jī)械加工中零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果不合理，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)工藝性問題，這也是工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問題，但由于工藝過程復(fù)雜多樣，讓學(xué)生較好地理解零件結(jié)構(gòu)工藝性的好與差，是課堂教學(xué)中的棘手問題，如果能在課堂教學(xué)時(shí)將典型問題生動(dòng)展示，可提升學(xué)生的工程意識(shí)，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力。例如，需在箱體底板上鉆孔時(shí)，如果設(shè)計(jì)的孔與箱體側(cè)壁的距離太近，鉆頭向下引進(jìn)時(shí)，鉆床主軸會(huì)碰到側(cè)壁，無法鉆孔，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)工藝性差，因此需要加大孔到箱體內(nèi)壁間的距離才能實(shí)現(xiàn)鉆孔。傳統(tǒng)講解方法只是在黑板上繪制二維圖形，教師以語言描述講解問題原理，不但圖示不夠形象，而且學(xué)生也感覺枯燥乏味，很難留下深刻印象。筆者基于三維仿真軟件建立的鉆頭及帶側(cè)壁零件三維模型，進(jìn)行了與側(cè)壁距離不同的孔的鉆削動(dòng)畫模擬，如圖4、圖5所示，可見運(yùn)用三維仿真技術(shù)可使零件結(jié)構(gòu)工藝性問題更形象直觀，令學(xué)生耳目一新，印象深刻。

圖4 鉆削零件的結(jié)構(gòu)工藝性差

圖5 鉆削零件的結(jié)構(gòu)工藝性好

3.3 網(wǎng)絡(luò)資源利用對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的影響

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。如果在機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，自然有利于增強(qiáng)師生間的溝通，擴(kuò)大學(xué)生對(duì)先進(jìn)知識(shí)和復(fù)雜工藝的了解范圍，提升學(xué)習(xí)效率，增加學(xué)生工程知識(shí)的掌握范圍和深度，加強(qiáng)學(xué)生工程意識(shí)，提高學(xué)生工程素質(zhì)。網(wǎng)絡(luò)資源利用可從如下幾方面考慮。

第一，建立微信群或QQ群以便于學(xué)生交流。教師在課堂講解之后可隨時(shí)與學(xué)生進(jìn)行相關(guān)問題討論和溝通。這種交流無時(shí)間和場(chǎng)地限制，不僅節(jié)省了專門答疑時(shí)間，而且共享了學(xué)生的奇思妙想。

第二，進(jìn)行慕課建設(shè)。除在網(wǎng)站上設(shè)置教師微課錄像外，還設(shè)置課下練習(xí)環(huán)節(jié)，并對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)設(shè)置適當(dāng)類型的練習(xí)題。將慕課資源與課堂教學(xué)相結(jié)合，可使學(xué)生靈活利用業(yè)余時(shí)間，更有利于學(xué)生溫故知新。

第三，相關(guān)網(wǎng)站的利用，教學(xué)過程中可以利用國內(nèi)外相關(guān)網(wǎng)站鏈接，讓學(xué)生了解機(jī)械制造領(lǐng)域最新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，有利于學(xué)生理解機(jī)械制造相關(guān)理論，開闊視野，豐富教學(xué)內(nèi)容。

4 結(jié)語

本文基于對(duì)工程素質(zhì)內(nèi)涵與培養(yǎng)方法的理解與分析，結(jié)合機(jī)械制造基礎(chǔ)課程特點(diǎn)，從制造過程錄像、三維動(dòng)態(tài)仿真和網(wǎng)絡(luò)資源運(yùn)用三個(gè)方面，分析了機(jī)械制造基礎(chǔ)課程數(shù)字化教學(xué)對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的影響。分析表明，數(shù)字化教學(xué)應(yīng)用于機(jī)械制造基礎(chǔ)課程中，可以豐富學(xué)生工程知識(shí)，提升學(xué)生的工程意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)有較好地促進(jìn)作用。