基于“車間實境課堂”的機械類專業(yè)實踐課程教學研究

方梁菲， 蔣 銳 (安徽農(nóng)業(yè)大學工學院，安徽合肥 230036)

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基于“車間實境課堂”的機械類專業(yè)實踐課程教學研究

方梁菲， 蔣 銳*(安徽農(nóng)業(yè)大學工學院，安徽合肥 230036)

結(jié)合機械類專業(yè)實踐課程特點，針對傳統(tǒng)教學過程中在教材、教師、課程設置方面存在的問題，探索結(jié)合生產(chǎn)實際的“車間實境課堂”教學法，主張將車間實際場景融入到課程教學全過程，實現(xiàn)理論知識與工程實際的緊密結(jié)合，以提高學生的學習興趣及工程實踐與創(chuàng)新能力，進而有效提升應用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

車間實境教學法；機械工程；實踐課程

機械工程類實踐課程具有工程性強、涉及面廣、知識點多等特征。機械工程類相關(guān)專業(yè)的目標是培養(yǎng)學生的技術(shù)應用能力和解決工程實際問題的能力，其實踐課程環(huán)節(jié)尤為重要，包括金工實習、機制工藝與機床夾具課程設計、機械裝備課程設計、沖壓模具課程設計等課程的教學[1]。這些實踐課程是學生走向工作崗位之前的實戰(zhàn)演練，也是檢驗學生綜合運用相關(guān)知識解決實際問題能力的良好手段。學生課程設計的效果與指導教師的水平以及相應的教學方法息息相關(guān)，高校機械類與近機類實踐課程傳統(tǒng)的教學方法已不再適應現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)水平和管理模式高速發(fā)展的趨勢，故研究一種現(xiàn)代化的機械工程類實踐課程教學方法就顯得非常重要?！败囬g實境課堂”教學法就是安徽農(nóng)業(yè)大學工學院機械設計制造及其自動化專業(yè)實踐教學團隊的一次嘗試和探索，并在學校機械類實踐教學中起到了一定的教學效果。筆者分析了機械工程類實踐課程教學存在的問題，總結(jié)了“車間實境課堂”教學法的內(nèi)涵與重要性，重點探討了“車間實境課堂”教學法在機械工程類實踐課程教學中的應用。

1 機械工程類實踐課程教學存在的問題

1.1 教材方面的問題目前機械工程類實踐課程的教材內(nèi)容都偏于陳舊，大部分依舊側(cè)重于理論講解，與實際生產(chǎn)聯(lián)系不夠緊密，缺乏有效的生產(chǎn)實例，內(nèi)容更新速度慢，跟不上現(xiàn)代科技的發(fā)展步伐[2]。例如，機械制造工藝學絕大多數(shù)教材內(nèi)容仍然是按照十幾年前甚至幾十年前的順序編寫，新工藝、新設備、新生產(chǎn)組織模式等現(xiàn)代生產(chǎn)元素內(nèi)容很少涉及，不能很好地將課堂知識與生產(chǎn)實踐有效銜接。比如“機床夾具設計”這一章節(jié)的內(nèi)容，幾乎所有現(xiàn)行教材依舊是講解十幾年前的那幾個鉆、銑夾具的案例，而且都是普通鉆、銑床專用夾具，很少涉及數(shù)控加工的夾具設計，且所列舉的案例實踐性不強，缺少現(xiàn)代企業(yè)典型零件加工的夾具設計案例，起不到很好的學習效果。另外，教材里面只是孤立介紹夾具本身的設計，而對于加工設備的選型介紹得不夠詳細，應該指出所選機床的相關(guān)參數(shù)，以便讓學生在做設計的時候清楚明白，更有針對性。

1.2 教師方面的問題機械工程類傳統(tǒng)教學模式的一般做法都是在進行課程設計時，幾個人一小組做同一個設計題目，設計結(jié)束后由指導教師答辯，最后結(jié)合圖紙和說明書質(zhì)量以及平時表現(xiàn)分數(shù)。對于工程類專業(yè)，尤其是極其注重現(xiàn)場實踐的機械工程類專業(yè)而言，教師的實踐經(jīng)驗非常重要，而很多高校機械工程類的專業(yè)課教師幾乎都是從學校到學校，缺乏足夠時間的實踐鍛煉，特別是車間生產(chǎn)現(xiàn)場的工作經(jīng)驗，結(jié)果教師自己對很多工藝方面的問題都模棱兩可，更加無法向?qū)W生講解清楚。很多教師在實踐課上也僅僅局限于講解課程的理論內(nèi)容，缺乏實踐內(nèi)容的舉例和展示，缺少與相關(guān)課程教師的溝通與交流。例如機制工藝與機床夾具課程設計、機械裝備課程設計、沖壓模具課程設計等機械類重要的設計課程，教師在指導學生的過程中幾乎從不帶學生到車間現(xiàn)場教學，這就導致學生的設計只是“紙上談兵”，導致課程設計效果不佳。擔任這幾門理論課的教師相互之間在指導課程設計時又很少溝通，導致這幾門課程設計只是單純?yōu)橄嚓P(guān)課程服務，各課程之間缺乏相互滲透和關(guān)聯(lián)，也不利于學生創(chuàng)新、實踐能力的培養(yǎng)。

1.3 課程設置方面的問題機械工程類專業(yè)實踐課程的設置依然是按照傳統(tǒng)模式進行，一般都是先安排幾十個學時的課堂理論教學，然后再安排2～3周的課程設計，最終根據(jù)學生課程設計的書面完成情況、答辯情況和平時到課率綜合評定，給出一個最終成績。以機床夾具設計課為例，教師都是先給每組學生分配一個零件圖，然后要求學生根據(jù)不同的工序設計相應的鉆、銑專用夾具。在課程設計期間，學生很少甚至都沒有見過與設計題目相關(guān)或者相類似的零件工裝以及加工設備的實物，不僅與機械工程專業(yè)的培養(yǎng)目標不匹配，而且與企業(yè)車間一線的生產(chǎn)實際脫節(jié)。學生在金工認知實習中參觀的企業(yè)生產(chǎn)一線的典型產(chǎn)品不是課程設計的對象，課程設計的內(nèi)容也不是學生畢業(yè)后所從事生產(chǎn)加工的對象，這樣就會造成整個工藝體系的學習不連貫、不完整，學生只是機械地背誦一些知識，為了應付理論考試和課程答辯而學，使得機械工程類的實踐課程很難實現(xiàn)其應有的課程培養(yǎng)目標[3-4]。

2 “車間實境課堂”教學法的內(nèi)涵及重要性

“車間實境課堂”教學法是指安排一定量的課時，利用車間生產(chǎn)現(xiàn)場情境作為教學課堂，輔助傳統(tǒng)課堂進行教學的一種方法和模式，尤其在工科相關(guān)專業(yè)的實踐類課程中最為適用。安徽農(nóng)業(yè)大學機械工程類相關(guān)專業(yè)，如農(nóng)業(yè)機械化及其自動化、機械設計制造及其自動化、車輛工程等專業(yè)的實踐類課程現(xiàn)在普遍的教學模式依舊是以傳統(tǒng)的理論教學為主，實踐教學環(huán)節(jié)沒有充分時間讓學生走進生產(chǎn)一線，在車間現(xiàn)場進行學習和體驗，而機械工程類相關(guān)專業(yè)又非常強調(diào)和注重對學生實踐、動手能力的培養(yǎng)，所以研究一種適合于現(xiàn)代機械類實踐課程教學的新方法顯得尤為重要。

具體來說，“車間實境課堂”教學法的內(nèi)涵包括以下幾點：①在進行機械工程類實踐課程設置安排時，應打破傳統(tǒng)的教學模式，每門課至少安排總課時的1/3將學生分組帶到生產(chǎn)車間進行實地教學；②根據(jù)實地教學的安排，教師應編寫相應的現(xiàn)場實習教學教材；③應充分利用安徽農(nóng)業(yè)大學實踐實訓基地的資源(如學生金工實習的實習車間)進行教學，可以安排學生在實習車間現(xiàn)場結(jié)合相應的機床、加工設備以及工裝夾具等實物進行講解，讓實踐課的內(nèi)容“言之有物”，不空洞，不乏味；④在理論教學時，將相應的基礎(chǔ)知識講解清楚，在實踐環(huán)節(jié)引導學生積極去現(xiàn)場學習，要讓學生明白在生產(chǎn)一線進行就業(yè)前的專業(yè)實踐的重要性，讓學生帶著問題學，奔著目標去。

3 “車間實境課堂”教學法的應用

3.1 在機床夾具課程設計中的應用機床夾具課程設計是安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)、機械設計制造及其自動化專業(yè)和車輛工程專業(yè)實踐類的核心課程，課程學習效果的優(yōu)劣將直接影響學生畢業(yè)后走向工作崗位的工作能力。因此，運用新的教學方法讓學生著實覺得“學之有效”顯得非常重要。

3.1.1鉆夾具設計。在理論課堂上先用一個典型鉆夾具的實際案例(由于學生之前沒接觸過夾具、工裝，所以須將案例的實物圖片、三維圖和裝配圖結(jié)合起來講解)將鉆床夾具的作用和鉆夾具的主要組成部分給學生講清楚，讓學生務必要牢記鉆夾具各部分的名稱、作用。然后布置設計題目，讓學生用一兩天的時間進行理論設計，提出問題。隨后將學生分組帶到實習車間，以車間現(xiàn)場作為“第二課堂”，再詳細對照實物向?qū)W生講解如何正確進行設計。

例如，在設計鉆夾具體時，要帶領(lǐng)學生到立式鉆床和搖臂鉆床旁邊，先對照實物簡要介紹這2種鉆床結(jié)構(gòu)和主要組成部分、各部分的主要作用、利用鉆床進行加工時的安全操作規(guī)范和重點注意事項等。然后再結(jié)合課程設計題目，根據(jù)選用的鉆床確定底座與鉆床工作臺的裝配結(jié)構(gòu)，如果選用搖臂鉆床，可以設計成U型座耳結(jié)構(gòu)，如果選用立式鉆床，則最好做成凸臺結(jié)構(gòu)，便于用壓板壓緊在立式鉆床的工作臺表面。然后再拿出實習車間已經(jīng)加工好的一套鉆夾具，對照實物給學生講解鉆夾具的組成部分以及加工過程中零件的裝卸步驟。比如鉆模板與夾具體的裝配方法(一般固定式的采用兩銷兩釘)、鉆套的種類和作用以及在鉆模板上的裝配方法、典型定位原件的外形結(jié)構(gòu)和功用、典型夾緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征以及在裝卸零件時的操作要領(lǐng)等。

3.1.2銑夾具設計。與鉆夾具相比，銑夾具在結(jié)構(gòu)上最大的不同是對刀裝置和與銑床工作臺裝配時的導向裝置。銑夾具需要設計對刀塊和定向鍵，而對刀塊根據(jù)加工對象的不同又分為國標件和非標件。由于學生都是首次接觸夾具課程設計，這些銑夾具的必備組成部分如果不在現(xiàn)場對照具體實物講解，學生則很難理解，也就很難做出符合工藝要求的工裝。所以要將學生帶到典型通用立式銑床和臥式銑床前，講解這2類銑床的異同及其結(jié)構(gòu)和主要加工范圍，以便讓學生有一個感性認識，在設計時做到有依有據(jù)。尤其要向?qū)W生講清楚的是在進行定向鍵選型時，要特別注意銑床工作臺T型槽的尺寸，要讓所選的定向鍵與機床的T型槽相匹配。在進行對刀塊設計時，務必要注意所選機床是立銑還是臥銑，在現(xiàn)場還要將機床運轉(zhuǎn)起來，向?qū)W生演示運用專用夾具加工零件的全過程。這些重要環(huán)節(jié)如果不到車間現(xiàn)場講解、演示，很難達到理想的教學效果。

3.2 在數(shù)控技術(shù)實驗課中的應用數(shù)控技術(shù)是安徽農(nóng)業(yè)大學機械設計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)核心課程，也是畢業(yè)后想從事數(shù)控加工人員的必學課程。如今很多高校數(shù)控技術(shù)實驗課只是讓學生在數(shù)控加工的模擬軟件上進行實驗。程序的編寫調(diào)試尚可在模擬軟件上進行，但數(shù)控加工中非常重要的對刀步驟，在模擬軟件上則很難實現(xiàn)。而對刀過程的好壞將直接影響后續(xù)加工質(zhì)量的高低，進而影響實習效果和教學質(zhì)量，而“車間實境課堂”教學法較好地解決了上述問題。以加工中心加工簡單型腔件為例，具體的做法是讓學生在實驗室里先設計數(shù)控加工工藝，將程序編寫、調(diào)試好，用模擬軟件先演示一遍，確定沒有任何干涉等問題后，再將學生分組帶到數(shù)控加工中心車間，對照加工中心手把手教學生銑削的對刀找中，然后讓學生依次上機床操作，最后用加工中心演示對刀、設定刀具編號等整個數(shù)控加工過程。讓學生學會在機床的操作面板上進行程序的編寫和修改，以及對刀、記錄、測量等實際操作，進而能進行簡單零件的加工，達到理想的教學效果。

4 結(jié)語

“車間實境課堂”教學法是安徽農(nóng)業(yè)大學機制工藝教學團隊在機械類和近機類專業(yè)的實踐課程改革中的有效嘗試和突破。該教學法突出學生實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，給學生提供了動手操作的空間，有效激發(fā)了學生自主學習、個性發(fā)展的積極性。通過對“車間實境課堂”教學法的研究，安徽農(nóng)業(yè)大學已逐步形成了一種適合機械工程類實踐課程教學特點、理論教學與實踐教學相結(jié)合、實踐教學與現(xiàn)代生產(chǎn)特點相呼應的教學機制，使學生通過教學過程學會發(fā)現(xiàn)、分析并解決實際工藝問題的能力，在探索式的實踐學習中主動獲取知識，激發(fā)學習興趣，提高綜合素質(zhì), 建立起工程意識，從而有效提升應用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

[1] 倪小丹，楊繼榮.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2] 李杰. 案例教學法在機械制造基礎(chǔ)課程教學中的應用研究[J].制造業(yè)自動化，2012，34(11)：153-156.

[3] 佟永祥，江樹勇，吳濱.機械制造基礎(chǔ)課程案例教學法的應用[J].高教論壇,2010(7): 70-71,116.

[4] 王偉，孟祥貴，安寅．基于工程教育的實驗教學模式探索[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30(10)：172-174.

Research on Application of Realistic Environment of Workshop Teaching Methodin Practice Course of Mechanical Engineering

FANG Liang-fei, JIANG Rui*(School of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei, Anhui 230036)

Based on the features of practice course of mechanical engineering and problems in teaching materials, teachers, curriculum in traditional teaching process, the learning interest and the ability of engineering practice and innovation, technical talents can be effectively boosted by exploring realistic environment of workshop teaching method, integrating the engineering cases into the whole process of course teaching and close combination of theoretical knowledge and engineering practice.

Realistic environment of workshop teaching method; Mechanical engineering; Practice course

安徽省質(zhì)量工程項目“機械制圖MOOC課程”(2015mooc0 17);安徽農(nóng)業(yè)大學工學院2015校級教學研究項目。

方梁菲(1981- )，男，安徽望江人，講師，碩士，從事智能農(nóng)機裝備設計研究。*通訊作者，講師，從事仿生機械和多物理場耦合仿真研究。

2016-08-25

S-01

A

0517-6611(2016)30-0247-02