基于應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械制造綜合實踐教學(xué)改革探索

鄭德星

摘 要： 本文分析了當前機械制造綜合實踐教學(xué)中存在的問題，以應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，融合現(xiàn)代教育技術(shù)，對現(xiàn)有實踐教學(xué)進行了整合和擴充。增加了檢測及熱處理工藝設(shè)計等內(nèi)容，增加并強化了對數(shù)控加工工藝設(shè)計的訓(xùn)練，將三維CAD/CAM/CAE軟件融入機械制造綜合實踐環(huán)節(jié)，借助WAVE技術(shù)及標準件庫來輔助完成工藝規(guī)程與夾具設(shè)計。探索了以項目教學(xué)為依托、借助開放實驗室、以職業(yè)資格認證為考核目標、將綜合實踐和課堂教學(xué)相融合的松散和集中相結(jié)合的實踐教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞： 機械制造 綜合實踐 應(yīng)用創(chuàng)新 改革探索

培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才是“十二五”的重點[1]。應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)以培養(yǎng)學(xué)生較強的自主學(xué)習(xí)能力、崗位適應(yīng)性，具有技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)開發(fā)的二次能力為目標，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[2-3]。實踐教學(xué)在應(yīng)用創(chuàng)新人才的培養(yǎng)中占有重要的地位[4]。機械制造綜合實踐是和《機械制造工程學(xué)》課程理論教學(xué)配合進行的獨立集中性實踐教學(xué)，是機械制造技術(shù)由理論層次提升到應(yīng)用層次、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5-6]。通過本實踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生應(yīng)用《機械制造工程學(xué)》及其相關(guān)課程的理論和生產(chǎn)實習(xí)的實踐知識，學(xué)會編制工藝規(guī)程，并進行專用夾具設(shè)計。

筆者針對當前機械制造綜合實踐教學(xué)中存在的問題，以應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，融合現(xiàn)代教育技術(shù)，提出了以項目教學(xué)為依托、以職業(yè)資格認證為考核目標、采用分段考核、將綜合實踐和課堂教學(xué)相融合的松散和集中相結(jié)合的實踐教學(xué)模式。

1.當前機械制造工藝與夾具實踐教學(xué)中存在問題

1.1時間短，任務(wù)重。

機械制造工程學(xué)課程內(nèi)容多而廣，注重制造流程的講解，但涉及有些具體內(nèi)容又顯得不夠，這就造成了理論和工程實踐之間脫節(jié)，從而影響了教學(xué)效果。

1.2內(nèi)容相對陳舊。

當前機械制造工程學(xué)課程實踐教學(xué)是以傳統(tǒng)機械加工為主線進行的，涵蓋了機械制造工程學(xué)課程中的大部分內(nèi)容，但對現(xiàn)代制造技術(shù)——數(shù)控加工工藝設(shè)計的訓(xùn)練很少甚至沒有，從而嚴重影響學(xué)生對先進制造技術(shù)的熟悉和掌握。

1.3忽略對熱處理工藝的訓(xùn)練。

一直以來，多數(shù)院校機制專業(yè)只是簡單開設(shè)了金屬材料及熱處理課程，缺乏熱處理的集中實踐環(huán)節(jié)。學(xué)生普遍對材料的基本性質(zhì)、如何選擇零件材料、怎樣進行熱處理及制定熱處理工藝等缺乏基本知識。

1.4缺乏對檢測相關(guān)工藝內(nèi)容的訓(xùn)練。

當前的工藝與夾具課程設(shè)計中，在工藝分析階段，雖然有對零件的技術(shù)要求和質(zhì)量標準的分析，設(shè)計人員也在腦海中有對零件檢測的模糊的思路，但在后續(xù)的設(shè)計中缺乏對整機、零件及工序加工檢驗的具體設(shè)計，致使學(xué)生缺乏對典型檢測方法、設(shè)備及應(yīng)用的訓(xùn)練。

1.5現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用很少。

三維CAD/CAM/CAE技術(shù)已相當成熟，并已應(yīng)用于機械設(shè)計與制造的各個領(lǐng)域，我國也已經(jīng)制定了三維設(shè)計的標準。當前的工藝與夾具實踐中，CAD技術(shù)應(yīng)用以二維CAD為主，三維CAD軟件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等基本沒有應(yīng)用，對夾具結(jié)構(gòu)的CAE分析基本沒有，致使學(xué)生缺乏相關(guān)能力的訓(xùn)練，不利于學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.應(yīng)用創(chuàng)新型能力培養(yǎng)的機械制造綜合實踐

2.1全面綜合訓(xùn)練項目安排。

本綜合實踐環(huán)節(jié)在內(nèi)容的安排上以培養(yǎng)學(xué)生全面掌握機械制造工藝流程的基本知識和基本能力為目的，以工程師執(zhí)業(yè)資格認定為考核目標，在傳統(tǒng)的機械制造實踐內(nèi)容：工藝分析、基準選擇、加工方法選擇、加工階段劃分、工序順序安排、機床及工藝裝備選用、切削用量和工時計算、編制工藝文件等基礎(chǔ)上，增加了工件熱處理工藝設(shè)計和檢測工藝設(shè)計等新的內(nèi)容，以使學(xué)生更加全面了解和掌握機械制造全流程的知識，使培養(yǎng)方案和社會需求緊密結(jié)合起來。

2.2依托于項目的自主學(xué)習(xí)模式。

在課堂教學(xué)中，受限于教材篇幅和學(xué)時的限制，講授的內(nèi)容多而廣，但涉及具體工程問題內(nèi)容又顯得不夠。針對這種問題，在課程開始第1周，就把實踐的項目任務(wù)下發(fā)給學(xué)生，使學(xué)生明確課堂教學(xué)的內(nèi)容和為完成本實踐環(huán)節(jié)需要自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中帶有明確的任務(wù)和目的，在訓(xùn)練項目的指導(dǎo)下有目的性地學(xué)習(xí)，在自主學(xué)習(xí)中主動發(fā)現(xiàn)問題、自主解決問題。學(xué)生同時利用學(xué)校工程訓(xùn)練中心的開放時間，可以對自己設(shè)計的加工工藝進行上機加工驗證。在此過程中，學(xué)生在解決工程實踐問題的過程中完成對應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.3分散與集中相結(jié)合的實踐模式。

本實踐訓(xùn)練的內(nèi)容和要求一般需要用3—4周的教學(xué)時間來完成。目前機械制造綜合實踐仍沿用了傳統(tǒng)的工藝與夾具設(shè)計2周的教學(xué)習(xí)慣，時間短、任務(wù)重，因而需要研究一種全新的實踐模式完成實踐。學(xué)生平時時間相對比較充裕，本實踐環(huán)節(jié)結(jié)合機械制造工程學(xué)課堂教學(xué)，在課程開始就布置下實踐任務(wù)，將實踐中原需要集中的環(huán)節(jié)分散在課程教學(xué)過程中來完成，而在集中的時間段內(nèi)更多地用在工藝文件的編制和規(guī)范上，從而形成一種分散與集中相結(jié)合的實踐教學(xué)模式，解決集中實踐時間不足的問題。

2.4融合三維技術(shù)的輔助工藝規(guī)程設(shè)計。

在工程中，三維軟件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等，已廣泛應(yīng)用于機械設(shè)計與制造的各個領(lǐng)域，但在傳統(tǒng)的工藝與夾具設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，卻缺失相關(guān)內(nèi)容的訓(xùn)練和能力的培養(yǎng)。機械制造綜合實踐環(huán)節(jié)要求學(xué)生借助當前流行的三維軟件如NX的WAVE模塊來輔助完成零件機械加工工藝設(shè)計。其流程如圖所示，為基于NX-WAVE建立的機床撥叉體快速工藝編制模板。

2.5融合三維技術(shù)的夾具設(shè)計。

在本綜合實踐中，要求學(xué)生全程應(yīng)用三維軟件如NX的WAVE設(shè)計技術(shù)完成夾具從總體方案到具體的零部件設(shè)計，同時所有工程圖紙全部由三維實體模型導(dǎo)出。在夾具設(shè)計中，除傳統(tǒng)的夾緊力計算外，還要求學(xué)生運用三維軟件如NX的CAE模塊完成夾具的運動仿真及有限元分析等，借助分析結(jié)果完成對夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，從而使學(xué)生熟悉主流的CAD/CAE功能模塊的應(yīng)用，具備應(yīng)用CAD/CAE軟件完成工程設(shè)計和分析的能力。

2.6將數(shù)控加工工藝的訓(xùn)練融合在傳統(tǒng)的機械加工訓(xùn)練中。

現(xiàn)有的工藝與夾具課程設(shè)計中，學(xué)生在做工藝設(shè)計時基本上做的都是傳統(tǒng)的機加工藝，學(xué)生很少主動采用數(shù)控機床來完成零件加工。在機械制造綜合實踐中，在選題時，我們就有意識地選有一道或幾道工序需要借助數(shù)控加工來完成的典型工件，要求在安排工藝流程時必須至少有一道工序是采用數(shù)控加工的方式完成的，鼓勵學(xué)生廣泛采用數(shù)控機床完成工件加工。同時提供一個典型的數(shù)控加工工序卡模板供學(xué)生參考。針對數(shù)控加工工序，可直接調(diào)用WAVE工序模型完成CAM模擬加工及生成數(shù)控程序代碼，之后可進入學(xué)校開放的工程訓(xùn)練中心完成實際加工及檢驗。

2.7以職業(yè)資格認定為目標的分階段考核評定。

本綜合實踐考核打破傳統(tǒng)的僅提供紙質(zhì)文檔的考核模式，采用在集中階段提交紙質(zhì)物化成果和學(xué)期末通過工程師資格認證的分階段組合考核模式。紙質(zhì)物化成果和工程師資格認證各按照50%計入總評成績。

3.結(jié)語

機械制造工藝與夾具綜合實踐以應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為主線，主要完成制造工藝過程設(shè)計、工序設(shè)計、熱處理工藝設(shè)計、工件及工序的檢測設(shè)計、基于三維CAD——WAVE技術(shù)的工藝過程的典型夾具設(shè)計等內(nèi)容。筆者介紹了機械制造綜合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在我校的改革與實踐情況，推出了突出應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的全面綜合訓(xùn)練項目安排，提出了以項目教學(xué)為依托，將綜合實踐教學(xué)融入課堂教學(xué)，提高課堂教與學(xué)的目的性、針對性的教學(xué)方法，依托開放實驗室模式的松散和集中相結(jié)合的實踐教學(xué)模式。在實踐過程中，增加了檢測及熱處理工藝設(shè)計等原來教學(xué)環(huán)節(jié)中缺失的內(nèi)容；將現(xiàn)代制造技術(shù)及三維CAD/CAM/CAE技術(shù)融入機械制造綜合實踐環(huán)節(jié)，借助WAVE技術(shù)輔助完成工藝規(guī)程與夾具設(shè)計。通過上述措施，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、獨立進行工程實踐和創(chuàng)新的能力，進一步拓寬了學(xué)生的知識面，培養(yǎng)了學(xué)生的標準化意識，有力促進了卓越工程師應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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