適應(yīng)工業(yè)4.0背景下的金工實(shí)習(xí)教學(xué)改革

盛光英　徐玉榮　張紅

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 工業(yè)4.0;金工實(shí)習(xí);教學(xué)改革

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）35-0218-02

一、工業(yè)4.0背景下金工實(shí)習(xí)教學(xué)存在的不足

大部分高校傳統(tǒng)金工實(shí)習(xí)是對學(xué)生講授冷加工如：車、銑、刨、磨、鉆、數(shù)控加工，熱加工如：鑄、鍛、焊和熱處理等的制造方法并培養(yǎng)相關(guān)的實(shí)踐能力，通過相關(guān)的實(shí)習(xí)，學(xué)生在各個(gè)階段掌握相應(yīng)的知識。訓(xùn)練結(jié)束后，由于還是缺乏對真正實(shí)際零件的制造過程、工藝編制、各種加工精度和檢測方法等實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，并沒有激發(fā)起學(xué)生對專業(yè)的興趣，學(xué)生在后續(xù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作、相應(yīng)的專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣沒有真正得到啟發(fā)。

二、工業(yè)4.0背景下的工程訓(xùn)練的需求與思路

針對上述問題和不足，在工業(yè)4.0背景下進(jìn)一步提高學(xué)生的工程素養(yǎng)，不局限于在各工種課堂學(xué)習(xí)的延伸，而要真正使學(xué)生獲得相應(yīng)的知識與技能，更需要提供新時(shí)代、新技術(shù)背景下綜合教學(xué)環(huán)節(jié)來有效提高學(xué)生的識圖、機(jī)械制造工藝編制、綜合制造實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。我們在實(shí)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)中開設(shè)“任務(wù)驅(qū)動(dòng)+項(xiàng)目實(shí)施+創(chuàng)新競賽+現(xiàn)場教學(xué)”的多元化、多課程、多項(xiàng)能力、多個(gè)層次的工程實(shí)踐綜合訓(xùn)練。這也是我校教學(xué)改革的重要內(nèi)容，曾獲得我校教學(xué)改革的重點(diǎn)立項(xiàng)項(xiàng)目。我們的項(xiàng)目分如下幾部分：

任務(wù)驅(qū)動(dòng)是技能培養(yǎng)的基礎(chǔ)層次，又分三個(gè)模塊，即金工實(shí)習(xí)模塊、創(chuàng)新能力訓(xùn)練模塊和智能化實(shí)訓(xùn)模塊，金工實(shí)習(xí)模塊包括鑄、鍛、焊、車、鉗、銑、刨、磨、鉆加工技能和機(jī)床拆裝訓(xùn)練，旨在培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能和動(dòng)手能力。

項(xiàng)目實(shí)施是技能培養(yǎng)的加強(qiáng)層次，是在技能培養(yǎng)全部結(jié)束后，為了充分挖掘?qū)W生的個(gè)人愛好，學(xué)生可根據(jù)創(chuàng)新基本要求每人選擇1個(gè)專項(xiàng)題目作為強(qiáng)化項(xiàng)目，完成自主選題、設(shè)計(jì)、制作、組裝、評價(jià)工作，讓學(xué)生發(fā)揮自由想象，使學(xué)生在遇到問題能夠獨(dú)立解決問題，并在處理問題的過程中培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

創(chuàng)新競賽是工程訓(xùn)練的提高層次，在每個(gè)技能培養(yǎng)和強(qiáng)化項(xiàng)目完成后，組織學(xué)生開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)、操作技能競賽，最后評選出優(yōu)秀作品，作為學(xué)生學(xué)業(yè)特長項(xiàng)目予以加分，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)為山東省各種大賽做準(zhǔn)備工作。

現(xiàn)場教學(xué)是技能培養(yǎng)的實(shí)戰(zhàn)層次，就是在畢業(yè)之前安排2周時(shí)間到企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)，完成學(xué)生從學(xué)校到企業(yè)的過渡，幫助學(xué)生樹立起市場、信息、質(zhì)量、成本、效益、安全、環(huán)保等大工程的意識。

三、工業(yè)4.0背景下工程訓(xùn)練能使學(xué)生在以下幾個(gè)方面得到鍛煉

（一）提高學(xué)生的機(jī)械制圖識圖能力和CAD的造型能力

傳統(tǒng)的金工實(shí)習(xí)中每個(gè)學(xué)生實(shí)習(xí)的零件相對簡單，制造工藝涉及的內(nèi)容也比較單一，而最后的制造綜合訓(xùn)練的零件又比較復(fù)雜，圖紙要求的制造信息較多，期間跨度較大，讀懂整套圖紙需要有較強(qiáng)的機(jī)械制圖識圖能力。訓(xùn)練過程中，學(xué)生還要利用CAD軟件來對零件造型和裝配。多數(shù)學(xué)生這一階段不能很好的適應(yīng)，疲于應(yīng)付。

（二）強(qiáng)化學(xué)生對《公差與配合》在零件設(shè)計(jì)制造過程中的作用和認(rèn)識

加深了公差與配合理論知識的理解和在實(shí)際中的應(yīng)用，根據(jù)零部件的裝配圖，使學(xué)生分析每個(gè)零件在部件中的作用，掌握每個(gè)零件公差的含義。每個(gè)公差的不同獲得方法和相關(guān)的經(jīng)濟(jì)成本，特別是形位公差的意義，進(jìn)而思考為什么采用這樣的精度，對機(jī)器零部件的裝配和使用帶來不同的結(jié)果，編制工藝規(guī)程怎樣做到更加符合實(shí)際，便于操作。

（三）提高了對機(jī)械制造過程中精度和粗糙度的知識的理解和掌握

通過這種新的訓(xùn)練模式，不同工種和工序的體驗(yàn)，讓學(xué)生真實(shí)地認(rèn)識到各工序能夠達(dá)到的零件精度和表面粗糙度的范圍和意義以及相關(guān)的經(jīng)濟(jì)成本。

（四）使學(xué)生真切地體會(huì)到編制工藝規(guī)程方法和步驟，深刻認(rèn)識到工藝編制的重要性

不同的工藝規(guī)程規(guī)定了不同的工藝路線進(jìn)而產(chǎn)生不同的加工結(jié)果和付出不同的經(jīng)濟(jì)成本。不同的零件形狀、不同的表面質(zhì)量，需要考慮不同的工序進(jìn)而組合加工產(chǎn)生不同的零件。同一個(gè)零件的內(nèi)容可采用多種加工方法完成，來體會(huì)工程問題的多種方法產(chǎn)生不同的經(jīng)濟(jì)成本。新的工程綜合訓(xùn)練中更加注重引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合特定的制造環(huán)境與加工對象的要求達(dá)到制造的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的目標(biāo)。

（五）提高學(xué)生的動(dòng)手能力

工業(yè)4.0背景下的工程訓(xùn)練，最后的自主設(shè)計(jì)制作環(huán)節(jié)，每個(gè)零件不同的設(shè)計(jì)，不同的工序，編制不同的工藝，真刀真槍的實(shí)踐鍛煉，把傳統(tǒng)的制造方法與現(xiàn)代的制造工藝相結(jié)合，使學(xué)生真切地感受到零件設(shè)計(jì)制造的全過程，為將來的就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

（六）加深學(xué)生對熱處理與表面處理知識的理解

新模式的工程訓(xùn)練涉及常用熱處理和表面處理內(nèi)容，加深對書本知識的理解。

（7）提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)集體的工程意識和集體主義精神

四、工業(yè)4.0背景下的工程訓(xùn)練的教學(xué)組織與實(shí)踐模式

工業(yè)4.0背景下的工程訓(xùn)練目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力，每位學(xué)生都要親身經(jīng)歷零件的設(shè)計(jì)、繪圖編制工藝規(guī)程及不同工種、不同材料的制造實(shí)踐、質(zhì)量檢驗(yàn)、實(shí)物裝配、工藝交流和討論的全過程。新的工程訓(xùn)練以學(xué)生為本，營造一個(gè)制造氛圍濃厚的實(shí)踐環(huán)境，通過實(shí)習(xí)了解加工設(shè)備的性能、型號、功能特點(diǎn)，了解材料選擇，切削刀具等物質(zhì)的使用、維護(hù)等方面的知識。

工業(yè)4.0背景下工程訓(xùn)練各個(gè)模塊的聯(lián)系如下：

整個(gè)教學(xué)體系體現(xiàn)長鏈條、螺旋型結(jié)構(gòu)特征、大工程意識：

在循序漸進(jìn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生在各個(gè)年級、相應(yīng)的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)之間搭建起環(huán)環(huán)相扣的長鏈條結(jié)構(gòu)，在時(shí)間和空間上促成理論與實(shí)踐的有機(jī)融合，循序漸進(jìn)，螺旋型上升，較好地體現(xiàn)了“工程訓(xùn)練貫穿學(xué)生四年（或三年）”的培養(yǎng)全過程，兼顧規(guī)?；こ逃?xùn)練教學(xué)和個(gè)性化人才培養(yǎng)，突出新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”教學(xué)新理念。長鏈條化體現(xiàn)在，我們把工程訓(xùn)練貫穿于學(xué)生的整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)過程（如上圖所示）。在工業(yè)4.0下的工程訓(xùn)練，是對以前金工實(shí)習(xí)的改進(jìn)，教師在講授傳統(tǒng)知識的同時(shí)，盡可能多地追蹤新設(shè)備，新工藝、新方法。只有讓學(xué)生及時(shí)了解新設(shè)備，掌握新工藝、新方法，才能使學(xué)生適應(yīng)未來世界發(fā)展的需要。例如在講授傳統(tǒng)的車削工藝時(shí)，可以引入精密與超精密加工機(jī)床。讓學(xué)生在掌握傳統(tǒng)加工方法的基礎(chǔ)上，領(lǐng)略現(xiàn)代加工的魅力，并從機(jī)床、刀具、夾具等方面了解現(xiàn)代材料的發(fā)展趨勢，掌握現(xiàn)代機(jī)械加工發(fā)展的脈搏。在講授快速成形制造技術(shù)時(shí)，引入3D打印和人工智能的新技術(shù)，并讓學(xué)生基本了解現(xiàn)代的機(jī)械加工是一個(gè)集自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的綜合制造技術(shù)。讓學(xué)生對機(jī)械加工有全新的認(rèn)識。在最后的創(chuàng)新競賽中，根據(jù)學(xué)生自己的興趣愛好去申報(bào)不同競賽項(xiàng)目，由競賽協(xié)調(diào)員根據(jù)各零件工藝內(nèi)容協(xié)調(diào)制造設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的制造實(shí)踐，每完成一個(gè)工序的加工內(nèi)容，由小組質(zhì)量檢驗(yàn)員檢測工件的加工內(nèi)容，對不合格的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)記，并根據(jù)情況確定返工或者報(bào)廢，對優(yōu)秀作品從小組中勝出，參加大組競賽，就這樣經(jīng)過層層選拔，不但極大地觸發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也培育出一些優(yōu)秀的競賽項(xiàng)目，參加省級或國家級競賽，許多的競賽創(chuàng)意都來源于學(xué)生自己的靈感，老師在此過程中僅僅是輔助指導(dǎo)作用。

五、結(jié)論與展望

工業(yè)4.0背景下的工程訓(xùn)練是對基礎(chǔ)理論知識的綜合應(yīng)用與提升，通過2016年、2017年在金工實(shí)習(xí)教學(xué)中對學(xué)生開展的綜合訓(xùn)練，已經(jīng)證明，這種實(shí)踐教學(xué)新體系、新模式，在促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)管理等方面均有明顯提升。對學(xué)生分階段、分層次、有重點(diǎn)、有針對性和系統(tǒng)性地進(jìn)行工程素質(zhì)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。能夠有效地提高學(xué)生的綜合工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，學(xué)生在機(jī)械制造工程領(lǐng)域內(nèi)的工藝規(guī)程的編制能力、制造實(shí)踐動(dòng)手能力、制造協(xié)調(diào)組織能力都有了很大的提高，為其后續(xù)的理論課的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)，特別是在學(xué)生的自信心和精益求精的作風(fēng)培養(yǎng)、質(zhì)量意識、專業(yè)課程銜接等方面產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響，強(qiáng)化了學(xué)生綜合創(chuàng)新的實(shí)踐基礎(chǔ)。

◎編輯 曾彥慧