木工機(jī)械與刀具實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革研究

張國(guó)梁， 李玉靈， 寇建良

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000）

《木工機(jī)械與刀具》是木材科學(xué)與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)主干課。該課程主要講授在木材加工過(guò)程中各主要工藝單元切削運(yùn)動(dòng)的基本原理及所用機(jī)床、設(shè)備、刀具的結(jié)構(gòu)、性能和操作方法，重在培養(yǎng)學(xué)生的思考能力、動(dòng)手能力和綜合創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，且木工機(jī)械與刀具的實(shí)驗(yàn)不同于其他課程的實(shí)驗(yàn)，它屬于工程實(shí)驗(yàn)范疇。隨著木材加工行業(yè)的不斷發(fā)展和木材科學(xué)與工程學(xué)科的不斷進(jìn)步，木工機(jī)械與刀具實(shí)驗(yàn)在“卓越工程師”的人才培養(yǎng)目標(biāo)中起著越來(lái)越重要的作用。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法機(jī)械單一，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)掌握過(guò)于機(jī)械，主動(dòng)性較差［1，2］。因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)模式進(jìn)行探索和改革，提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量，對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有重要意義。文章結(jié)合河北農(nóng)業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程專業(yè)的特色，擬就木工機(jī)械與刀具實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法和考核等進(jìn)行探討。

一、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件、合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)條件的完整和先進(jìn)性是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要條件，同時(shí)也是開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。因此，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本條件。

（一）維護(hù)原有實(shí)驗(yàn)條件

根據(jù)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)木材科學(xué)與工程專業(yè)木材加工工藝實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的設(shè)備情況，將試驗(yàn)條件分為如下幾類：

第一類：木制品加工使用的固定機(jī)床，包括木工圓鋸機(jī)、細(xì)木工帶鋸機(jī)、平刨床、壓刨床、窄帶砂光機(jī)、木工聯(lián)合機(jī)床和開(kāi)榫機(jī)。對(duì)此類設(shè)備需要定期維護(hù)，保證零部件的完整性。

第二類：手提工具和設(shè)備，主要包括修邊機(jī)、雕刻機(jī)、平板砂光機(jī)、斜切割機(jī)、電刨、電鉆等。此類設(shè)備比較容易出現(xiàn)小的故障，而且附屬零配件較容易丟失和磨損，如配套的柄銑刀在每一個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)課后總會(huì)出現(xiàn)丟失或者崩刃等問(wèn)題。因此，對(duì)此類設(shè)備的維護(hù)應(yīng)做到實(shí)驗(yàn)課前和課后都要檢修和查點(diǎn)零配件。

第三類：實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)破壞不能夠使用的設(shè)備，如臺(tái)鋸和壓塊機(jī)等。此類設(shè)備雖已不能使用，但卻是學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的好樣本。對(duì)此類設(shè)備的維護(hù)不在于修理，而在于保持現(xiàn)狀。

（二）增加新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新和補(bǔ)充是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容革新的一項(xiàng)重要內(nèi)容。增加新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備方法有如下3種：

第一，上報(bào)計(jì)劃，購(gòu)買。這在很大程度上依賴于國(guó)家和學(xué)校的支持，利用諸如中央財(cái)政補(bǔ)貼等有限的機(jī)會(huì)上報(bào)需購(gòu)置的設(shè)備是比較明智的選擇。

第二，充分利用已經(jīng)購(gòu)置卻沒(méi)有使用的設(shè)備，如德國(guó)FESTOOL的木工工具系統(tǒng)。此類設(shè)備由于實(shí)驗(yàn)室裝修等原因一直沒(méi)有使用，卻是讓學(xué)生開(kāi)拓眼界、學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)的好平臺(tái)，因此應(yīng)當(dāng)充分利用。

第三，自行開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)平臺(tái)，比如各種專利技術(shù)的實(shí)體化、與企業(yè)合作項(xiàng)目的引進(jìn)設(shè)備等。而前者更是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)該高度重視和付諸努力的部分。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置取決于實(shí)驗(yàn)條件和學(xué)生的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)。因材施教、有針對(duì)性地設(shè)置可以開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容才是正確的選擇。為此，設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)注意如下兩點(diǎn)：（1）木材加工專業(yè)的學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的掌握程度有別于純機(jī)械專業(yè)的學(xué)生。因此，木工機(jī)械中有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)就應(yīng)區(qū)別于機(jī)械專業(yè)學(xué)生。只有這樣，才能夠做到有的放矢。（2）木工機(jī)械與刀具是木制品工藝學(xué)的先行課，同時(shí)是設(shè)計(jì)制圖的后續(xù)課程，在培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合能力中起到了承上啟下的作用。因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，注意內(nèi)容的廣度和深度。

二、采取探索、互動(dòng)式的教學(xué)模式

正所謂“與其授人以魚，不如授人以漁”，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要重視知識(shí)的傳授，更為重要的是通過(guò)這一直觀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，教會(huì)學(xué)生怎樣去獲取理論知識(shí)和實(shí)踐技能［3，4］。以往的實(shí)驗(yàn)課，主要采取的方式仍然是針對(duì)具體的機(jī)床和設(shè)備由教師講解結(jié)構(gòu)組成、使用方法，學(xué)生雖可以觀摩和接觸機(jī)床，但被動(dòng)式的接受知識(shí)方式仍然占主導(dǎo)地位。木工機(jī)械與刀具課程強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐的結(jié)合，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)是授課方式的革新和因材施教。

（一）以學(xué)生為主體，探究機(jī)械結(jié)構(gòu)和使用方法

欲提高學(xué)生對(duì)主要木工機(jī)床和設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和使用方法的掌握程度，最好的方法是靠學(xué)生自己去認(rèn)識(shí)和操作。為此，可采取以下的方法和步驟：第一，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室具體的機(jī)床數(shù)量，將學(xué)生分組，以每個(gè)自然班30人計(jì)算，每組5～6人，指定一位組長(zhǎng)，做好分組記錄。第二，根據(jù)每一節(jié)實(shí)驗(yàn)課的時(shí)間和安排學(xué)習(xí)的機(jī)床數(shù)，劃分時(shí)間間隔，要求每一組學(xué)生在每一臺(tái)設(shè)備或者機(jī)床上展開(kāi)研究和討論的時(shí)間不能超過(guò)規(guī)定值。第三，要求每一組學(xué)生針對(duì)具體的機(jī)床或者設(shè)備，充分探究其結(jié)構(gòu)組成和操作方法，各結(jié)構(gòu)中零部件的名稱由學(xué)生自己指定，并且可不拘泥于機(jī)械設(shè)計(jì)中的專有名詞，同時(shí)要做好研究記錄。為發(fā)揮組內(nèi)每一位同學(xué)的積極性，要求針對(duì)不同的機(jī)床和設(shè)備由不同的學(xué)生負(fù)責(zé)，組內(nèi)其他成員參與，做到機(jī)床、設(shè)備與人對(duì)應(yīng)。第四，指導(dǎo)教師講解，并要求各組同學(xué)將教師講解內(nèi)容和記錄進(jìn)行對(duì)比，并就不同意見(jiàn)展開(kāi)討論，最終確定機(jī)床各主要部分的機(jī)械機(jī)構(gòu)名稱和使用方法。

為使分組研討收到理想的效果，指導(dǎo)教師需針對(duì)具體的機(jī)床設(shè)備提出一些思考問(wèn)題供學(xué)生討論，例如：細(xì)木工帶鋸機(jī)如何張緊鋸條？圓鋸片的鋸齒如何排列、鋸身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如何？壓刨床工作部件共有幾個(gè)軸、其作用和區(qū)別是什么？整個(gè)過(guò)程中讓學(xué)生互相交流，查找資料，做到動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)口、動(dòng)眼、動(dòng)筆，并且對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題比較多的地方有針對(duì)性地進(jìn)行集中輔導(dǎo)答疑。

（二）以廢棄設(shè)備為對(duì)象，開(kāi)設(shè)拆裝試驗(yàn)

拆裝訓(xùn)練對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力具有重要意義［5，6］。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)損壞不能夠使用的臺(tái)鋸和壓塊機(jī)等設(shè)備，讓學(xué)生分組完成拆裝訓(xùn)練。要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前通過(guò)查資料了解相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理及附件的作用，完成預(yù)習(xí)報(bào)告。拆裝過(guò)程嚴(yán)格遵循熟悉整體結(jié)構(gòu)——拆卸——零部件分組編號(hào)——重新組裝的過(guò)程。要求學(xué)生做好拆裝記錄。

拆裝實(shí)驗(yàn)同樣需要指導(dǎo)老師設(shè)置一些思考問(wèn)題。例如，軸上各零件是如何滿足軸向與周向固定的？外伸軸的軸承為什么要設(shè)置密封件？所拆卸機(jī)構(gòu)的基本傳動(dòng)方式是怎樣的？通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的討論，使學(xué)生從思考臺(tái)鋸、壓塊機(jī)的機(jī)構(gòu)、常用工具的使用等問(wèn)題入手，了解機(jī)構(gòu)的組裝和工作過(guò)程，切實(shí)提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和研究創(chuàng)新能力。

三、強(qiáng)調(diào)綜合性、連貫性，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

木工機(jī)械與刀具實(shí)驗(yàn)的根本目的在于提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，從而為木制品設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。機(jī)械為工藝服務(wù)。對(duì)木工機(jī)械和刀具的知識(shí)掌握能夠在木制品設(shè)計(jì)和加工工藝的鍛煉中得到進(jìn)一步升華。因此，將AutoCAD、家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、木制品工藝學(xué)等課程綜合應(yīng)用到木工機(jī)械與刀具實(shí)驗(yàn)課，是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的有效措施。

要求學(xué)生依靠實(shí)驗(yàn)室的機(jī)床、設(shè)備和刀具加工一件制品，可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的零件，也可以是一件完整的家具。設(shè)計(jì)圖紙必須靠AutoCAD參照繪圖的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)繪制，如基本的三視圖、局部的剖視圖和詳細(xì)視圖等。加工過(guò)程需要制定出工藝過(guò)程，包括工序、采用的機(jī)床、刀具等，編制簡(jiǎn)單的工藝路線圖或者工藝圖表，最后完成制品的加工。學(xué)生可以分組完成上述任務(wù)，最后上交一份完整的任務(wù)說(shuō)明書，包括設(shè)計(jì)圖紙、加工工藝圖表、機(jī)械和設(shè)備的使用情況以及操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。

四、建立有效的考核機(jī)制

要從制度上保證開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行，使學(xué)生真正在綜合能力和綜合素質(zhì)上得到培養(yǎng)和提高，則必須改革傳統(tǒng)以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)的考核方式［7，8］。將實(shí)驗(yàn)考核分為預(yù)習(xí)10%、操作和討論60%、記錄和報(bào)告30%，將考核的重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中。對(duì)于以學(xué)生為主體的分組探究和討論機(jī)械機(jī)構(gòu)以及拆裝訓(xùn)練環(huán)節(jié)，應(yīng)更加看重操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)記錄。綜合制圖和工藝過(guò)程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)重點(diǎn)在于操作過(guò)程和任務(wù)說(shuō)明書的撰寫。這些綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練了學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的能力，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、歸納分析能力、綜合能力和創(chuàng)新能力。這對(duì)于木材科學(xué)與技術(shù)這一與工業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系緊密的專業(yè)來(lái)說(shuō)尤為重要。

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索和研究，充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)提高學(xué)生實(shí)踐能力、思考和分析問(wèn)題的能力具有重要意義，同時(shí)也是貫徹教育部“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，培養(yǎng)出創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的高質(zhì)量工程人才的重要舉措。只有通過(guò)不斷探索和創(chuàng)新，才能夠?qū)⒛竟C(jī)械與刀具課程建設(shè)成具專業(yè)特色并能與工業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合的完整教學(xué)體系。

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