［摘 要］ 以江蘇理工學(xué)院“金工實(shí)習(xí)”課程為研究對(duì)象，闡述了將以激光加工為代表的先進(jìn)制造技術(shù)納入“金工實(shí)習(xí)”實(shí)踐教學(xué)體系中的課程建設(shè)及實(shí)施效果。根據(jù)不同的人才培養(yǎng)需求構(gòu)建了“認(rèn)知—加工—?jiǎng)?chuàng)新制作”三種不同的課程內(nèi)容，滿足不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的培養(yǎng)需求，契合工程實(shí)踐教育改革發(fā)展方向。通過該教學(xué)模式，能夠開闊學(xué)生視野，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐能力，對(duì)推動(dòng)先進(jìn)制造技術(shù)融入高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)體系具有一定的借鑒意義。

［關(guān)鍵詞］ 金工實(shí)習(xí)；實(shí)踐教學(xué)；先進(jìn)制造技術(shù)；激光加工

［基金項(xiàng)目］ 2022年度江蘇理工學(xué)院教學(xué)改革與研究項(xiàng)目“先進(jìn)制造視角下的實(shí)踐教學(xué)改革——以‘金工實(shí)習(xí)’課程為例”（11613412303）；2022年度江蘇理工學(xué)院“課程思政”示范課程項(xiàng)目“金工實(shí)習(xí)”（11211342301）

［作者簡(jiǎn)介］ 陳國(guó)炎（1984—），男，江蘇鹽城人，學(xué)士，江蘇理工學(xué)院工程實(shí)訓(xùn)中心實(shí)驗(yàn)師，主要從事復(fù)雜機(jī)械裝備設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）33-0111-04 ［收稿日期］ 2023-06-26

引言

“金工實(shí)習(xí)”課程作為工程教育的精髓，是培養(yǎng)工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維不可或缺的一環(huán)，其不僅是工程教育的載體，更是應(yīng)用型本科教育體系的骨架與脊梁，是理論聯(lián)系實(shí)際、教育回歸工程、教學(xué)扎根實(shí)踐的生動(dòng)體現(xiàn)［1-3］。在新工科建設(shè)大背景下，“金工實(shí)習(xí)”的重要性愈發(fā)凸顯，對(duì)于鍛造學(xué)生的實(shí)踐技能、激發(fā)創(chuàng)新思維、提升綜合素質(zhì)具有重要意義。工程教育的發(fā)展應(yīng)與制造業(yè)的發(fā)展前沿保持緊密對(duì)接，這意味著我們必須不斷將新興技術(shù)融入教學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生在校園內(nèi)就能領(lǐng)略到先進(jìn)制造技術(shù)的魅力［4-5］，先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)踐教學(xué)成為高校工程教育課程中不可或缺的一部分。激光加工作為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的典型代表，利用高密度的能量為金屬材料和非金屬材料的加工開辟了新的天地。當(dāng)激光技術(shù)與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，其應(yīng)用場(chǎng)景更加廣闊，已成為推動(dòng)我國(guó)新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心力量。將激光加工技術(shù)納入高校實(shí)踐教學(xué)之中，旨在讓學(xué)生在實(shí)際操作中理解加工技術(shù)的原理和工藝過程，深切體會(huì)工程文化的獨(dú)特魅力，從而全面提升其工程素質(zhì)、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。因此，在“金工實(shí)習(xí)”這一充滿實(shí)踐性和工程應(yīng)用性的課程中引入激光加工教學(xué)，不僅有助于拓展教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，更能夠強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新思維和挑戰(zhàn)精神，是新工科背景下實(shí)踐課程教育發(fā)展的必由之路。

一、激光加工實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

激光加工是一種應(yīng)用廣泛的新興技術(shù)，主要應(yīng)用于切割、雕刻、打標(biāo)、焊接、熔敷、打孔、劃線、表面處理、快速成型等場(chǎng)合，讓學(xué)生耳目一新，能夠拓寬學(xué)生的眼界和創(chuàng)新學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生的求知熱情與創(chuàng)新欲望。激光加工技術(shù)如今廣泛納入高校的工程實(shí)訓(xùn)課程中，并深受學(xué)生喜愛［6］。然而當(dāng)前高校激光加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)面臨設(shè)備配置、教學(xué)資源、實(shí)踐應(yīng)用、師資力量等四方面問題，亟待我們共同應(yīng)對(duì)與突破：（1）教學(xué)設(shè)備不足，難以支撐多樣激光加工技術(shù)在學(xué)生作品創(chuàng)作中的實(shí)踐應(yīng)用，學(xué)生操作設(shè)備進(jìn)行加工的機(jī)會(huì)受限。（2）由于課程設(shè)置不夠合理，非機(jī)械專業(yè)的學(xué)生常因?qū)W時(shí)限制而未能體驗(yàn)激光加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)，致使這一技能的培養(yǎng)在某些專業(yè)中有所缺失。（3）激光加工技術(shù)種類繁多，針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容需體現(xiàn)多元化。當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容單一，缺乏與專業(yè)差異和學(xué)科特點(diǎn)的對(duì)接。為提升教學(xué)效果，應(yīng)科學(xué)區(qū)分學(xué)生差異，設(shè)計(jì)多樣化的實(shí)訓(xùn)時(shí)間和內(nèi)容，并確保與其他實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的有機(jī)銜接。（4）激光加工設(shè)備的精密度與潛在危險(xiǎn)性要求具備專業(yè)素養(yǎng)的教師進(jìn)行教學(xué)與管理，而當(dāng)前師資隊(duì)伍建設(shè)存在不足，無法滿足實(shí)際教學(xué)需求，不僅影響了教學(xué)質(zhì)量，也阻礙了學(xué)生技能的提升。

二、“金工實(shí)習(xí)”課程介紹

（一）教學(xué)目標(biāo)

為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，需要讓學(xué)生深入了解激光加工技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。通過自主設(shè)計(jì)和親身實(shí)踐操作，學(xué)生將能夠掌握這一先進(jìn)技術(shù)?！敖鸸?shí)習(xí)”課程具體的教學(xué)要求包括：（1）深入了解激光加工技術(shù)，包括技術(shù)類型、工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用和發(fā)展等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生更好地應(yīng)用這一先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)也為學(xué)生日后的學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；（2）深入了解激光加工設(shè)備，包括激光打標(biāo)、激光切割、激光焊接和激光內(nèi)雕等設(shè)備的基本構(gòu)成和激光器配置，幫助學(xué)生更好地理解設(shè)備的工作原理和性能特點(diǎn)，為未來的應(yīng)用提供更有效的指導(dǎo)；（3）熟練掌握激光加工技術(shù)，包括圖形設(shè)計(jì)、設(shè)備調(diào)節(jié)和作品加工，能熟練運(yùn)用各種激光加工方法。通過這樣的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生不僅能夠提升技術(shù)水平，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

（二）教學(xué)設(shè)備

江蘇理工學(xué)院工程實(shí)訓(xùn)中心配備齊全的激光設(shè)備，如激光切割、激光熔覆、激光焊接和激光打標(biāo)等，主要用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)與科研。結(jié)合課程改革試點(diǎn)，以激光切割和激光打標(biāo)為重點(diǎn)，開展試點(diǎn)教學(xué)，為學(xué)生提供更具實(shí)踐性和前沿性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這些設(shè)備的引入，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和創(chuàng)新精神，使其更好地適應(yīng)未來工程技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展需求。

（三）課程體系

高等教育的核心任務(wù)是培養(yǎng)具備工程創(chuàng)新能力的人才。因此，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套逐步提高的教學(xué)方案，構(gòu)建了“認(rèn)知—加工—?jiǎng)?chuàng)新制作”的課堂教學(xué)模式，如表1所示。通過這種方式，學(xué)生可從簡(jiǎn)單易懂的認(rèn)知階段逐漸深入，最終達(dá)到能夠獨(dú)立進(jìn)行創(chuàng)新制作的水平。這樣的教學(xué)模式不僅提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，還培養(yǎng)了其創(chuàng)新精神和解決問題的能力。高校應(yīng)該將這樣的教學(xué)模式納入實(shí)踐教學(xué)中，以培養(yǎng)更多合格的新興工程科技創(chuàng)新人才。

加工過程的6學(xué)時(shí)為鉗工加工?；张髁纤璧臅r(shí)間，創(chuàng)新制作的2學(xué)時(shí)為學(xué)生進(jìn)行圖形構(gòu)思、設(shè)計(jì)所需的時(shí)間。將傳統(tǒng)加工技術(shù)與激光加工技術(shù)、理論課程與實(shí)踐課程銜接在一起，逐步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，從而建立新型的課程體系。

（四）實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容

學(xué)生從課堂走進(jìn)實(shí)訓(xùn)室，對(duì)實(shí)訓(xùn)室里的設(shè)備和工藝過程感到新奇和陌生。為使學(xué)生初步了解激光加工技術(shù)，我們?cè)O(shè)置了認(rèn)知階段。在此階段，學(xué)生通過文字和圖形的加工演示可以直觀地了解激光加工的原理、方法以及應(yīng)用場(chǎng)景。接著進(jìn)行了加工示范階段。每名學(xué)生根據(jù)自己的校徽坯料開始制作?；眨鐖D1所示。通過這個(gè)過程，學(xué)生不僅掌握了加工設(shè)備的操作方法，也學(xué)會(huì)了如何設(shè)置和調(diào)整工藝參數(shù)，為其未來的創(chuàng)新制作奠定了基礎(chǔ)。在示范加工的過程中，學(xué)生逐漸熟悉了激光加工技術(shù)，并且通過實(shí)際操作提升了動(dòng)手能力?？傮w來說，通過這種方式，學(xué)生既了解理論知識(shí)、提升了動(dòng)手能力，又對(duì)激光加工技術(shù)有了更深入的了解，也培養(yǎng)了創(chuàng)新能力。

好奇心被激發(fā)后，學(xué)生會(huì)想設(shè)計(jì)制作自己作品。創(chuàng)新制作課程內(nèi)容的目的就是讓學(xué)生“自我創(chuàng)作、動(dòng)手實(shí)踐”，課程重點(diǎn)內(nèi)容在于學(xué)生自行設(shè)計(jì)和自行加工。學(xué)生構(gòu)思作品時(shí)需對(duì)坯料與圖形的藝術(shù)美感進(jìn)行構(gòu)思、圖案設(shè)計(jì)、圖案處理及試加工，在試加工過程中出現(xiàn)問題則需學(xué)生自行思考解決問題的辦法，形成自我反思和自我提升過程。試加工完成后即可在準(zhǔn)備的坯料上進(jìn)行作品的制作，圖2為學(xué)生自行設(shè)計(jì)加工的作品。創(chuàng)新制作需要學(xué)生將自己的構(gòu)思圖形通過圖形設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)利用激光加工技術(shù)展現(xiàn)出來，全面鍛煉了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐的能力。

（五）多層次實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)方法

激光加工教學(xué)應(yīng)以學(xué)生為核心，積極借助現(xiàn)代技術(shù)，差異化教學(xué)，以滿足不同專業(yè)需求。

1.認(rèn)知型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目旨在提供面向非機(jī)械類專業(yè)的課程教學(xué)方式，通過短時(shí)間的講授和演示，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。在實(shí)訓(xùn)課程中，教師采用各種不同于傳統(tǒng)理論課程的教學(xué)方式，如結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)作品和展板介紹激光加工的技術(shù)類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，讓學(xué)生能夠直觀地感受到激光加工的應(yīng)用。在設(shè)備加工制作環(huán)節(jié)中，教師注重講解工藝原理和設(shè)備結(jié)構(gòu)，帶領(lǐng)學(xué)生觀察加工過程中的現(xiàn)象，如激光強(qiáng)度、加工速度和材料刻蝕深度等。教師要求每名學(xué)生在加工結(jié)束后提出兩個(gè)問題并進(jìn)行回答，以此引導(dǎo)學(xué)生深入了解工藝參數(shù)對(duì)加工過程的影響。通過這種實(shí)踐性強(qiáng)、互動(dòng)性強(qiáng)的教學(xué)模式，學(xué)生不僅能夠在短時(shí)間內(nèi)掌握相關(guān)知識(shí)和技能，更重要的是培養(yǎng)了其對(duì)于實(shí)際問題的思考和解決能力。認(rèn)知型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施不僅有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，也為學(xué)生未來的職業(yè)發(fā)展提供了更加廣闊的空間和可能性。

2.加工型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，是為近機(jī)類專業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì)的課程，通過“作品驅(qū)動(dòng)，任務(wù)導(dǎo)向”的教學(xué)方式，幫助學(xué)生完成?；盏募庸ぶ谱?，實(shí)現(xiàn)圖形提取、操作、檢測(cè)、評(píng)價(jià)為一體的綜合性訓(xùn)練。在教學(xué)過程中，教師采用多媒體附加動(dòng)畫的方法，生動(dòng)地展示工藝原理和加工過程，消除學(xué)生對(duì)設(shè)備的陌生感和畏懼感。整個(gè)過程以學(xué)生為中心，教師由主動(dòng)教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助教學(xué)，與學(xué)生多互動(dòng)、多交流，并鼓勵(lì)學(xué)生相互學(xué)習(xí)，共同探討解決問題，體驗(yàn)“做中學(xué)、做中思”的實(shí)踐過程。教師適時(shí)提出有啟發(fā)性的問題引導(dǎo)學(xué)生思考，并及時(shí)糾正實(shí)踐問題，避免安全隱患的發(fā)生。項(xiàng)目設(shè)計(jì)不僅幫助學(xué)生掌握加工技能，而且培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、合作精神和解決問題的能力。通過實(shí)踐操作，學(xué)生不僅增強(qiáng)了專業(yè)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和創(chuàng)新思維。加工型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的成功實(shí)施，可以有效提高學(xué)生的實(shí)際操作能力和綜合素質(zhì)，為其未來就業(yè)和職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.創(chuàng)新制作型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目主要面向機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生，采用CDIO工程教育模式。學(xué)生以小組為單位自主選擇課題進(jìn)行創(chuàng)新制作，課題涵蓋了從構(gòu)思、設(shè)計(jì)到加工的全流程，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行加工制作的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。作品的主題相對(duì)開放，教師需在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)陳列展品以進(jìn)行教學(xué)引導(dǎo)。同時(shí)，考評(píng)過程中引入組長(zhǎng)給組員評(píng)分的機(jī)制，以避免部分學(xué)生渾水摸魚，提升教學(xué)質(zhì)量。通過這種方式，學(xué)生不僅可以更好地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，還可以培養(yǎng)創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

三、激光加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效果與分析

江蘇理工學(xué)院工程訓(xùn)練中心承擔(dān)了校內(nèi)三十多個(gè)專業(yè)的“金工實(shí)習(xí)”教學(xué)任務(wù)，每年約1 500名學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)。最近幾年，激光加工作為新興技術(shù)被引入到“金工實(shí)習(xí)”課程中，通過不斷地教學(xué)改革和實(shí)踐，激光加工模塊逐漸發(fā)展成為一個(gè)包含“認(rèn)知—加工—?jiǎng)?chuàng)新制作”多層次實(shí)訓(xùn)的課程體系。這一體系不僅符合各專業(yè)對(duì)金工實(shí)習(xí)的要求，還順應(yīng)了學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的規(guī)律。通過激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生在實(shí)踐中主動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)創(chuàng)新，從而培養(yǎng)其實(shí)踐創(chuàng)新能力。通過激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和實(shí)踐能力，實(shí)訓(xùn)課程不僅幫助他們提升了專業(yè)水平，還激發(fā)了他們對(duì)于未來職業(yè)發(fā)展的熱情。江蘇理工學(xué)院工程訓(xùn)練中心的“金工實(shí)習(xí)”課程在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新精神方面取得了令人矚目的成就，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

結(jié)語

隨著新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，激光加工等關(guān)鍵技術(shù)正變得越來越重要。將先進(jìn)制造技術(shù)納入高等學(xué)校的工程實(shí)踐教學(xué)體系中，是順應(yīng)時(shí)代潮流的舉措。發(fā)展多學(xué)科交叉融合的“應(yīng)用型”和“綜合型”實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐能力。因此，推動(dòng)各種先進(jìn)制造加工技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的開展，契合我國(guó)工程實(shí)踐教育改革發(fā)展的總體方向。通過該教學(xué)模式，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，激發(fā)其創(chuàng)造力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)出更多具有競(jìng)爭(zhēng)力的人才，為我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了新的活力。

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Exploration and Practice of Advanced Manufacturing Technology in Practical Teaching： Taking

Metalworking Practice Course as an Example

CHEN Guo-yan， DING Li-hong， CAO Jian

（Engineering Training Center， Jiangsu University of Technology， Changzhou， Jiangsu 213001， China）

Abstract： Taking the Metalworking Practice course of Jiangsu University of Technology as the research object， this paper elaborates on the course construction and implementation effect of incorporating advanced manufacturing technology represented by laser processing into the practical teaching system of Metalworking Practice. Three different course contents， namely “cognition-processing-innovation production”， have been constructed based on different talent cultivation needs to meet the training needs of students from different majors and levels， in line with the direction of engineering practice education reform and development. Through this teaching mode， students can broaden their horizons and exercise their innovative design and engineering practice abilities. It has certain reference significance for promoting the integration of advanced manufacturing technology into the practical teaching system of higher education institutions.

Key words： Metalworking Practice; practical teaching; advanced manufacturing technology; laser processing