反思問題解決法在金屬切削原理及刀具課程中的應(yīng)用探索

龐軍

摘要：目前金屬切削原理及刀具課程教學(xué)中普遍存在知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)性較差、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高等問題，本文探討將反思問題解決教學(xué)法引入該課程教學(xué)中，提高學(xué)生對(duì)切削加工中綜合分析金屬切削變形、切削力及切削熱和刀具磨損及刀具耐用度的能力.本文對(duì)其具體實(shí)施過程進(jìn)行闡述，實(shí)踐結(jié)果顯示，學(xué)生逐漸形成了由被動(dòng)到主動(dòng)，從單一知識(shí)點(diǎn)集成為知識(shí)體的新學(xué)習(xí)方法，反思問題解決法的應(yīng)用提高了學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性.

關(guān)鍵詞：反思問題解決;金屬切削;刀具;教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）04-0153-03

1 引言

金屬切削原理及刀具[1，2]是機(jī)械制造方向一門必修的專業(yè)主干課程，是現(xiàn)代機(jī)械制造和國(guó)防工業(yè)中廣泛采用的重要去除材料加工方法之一，尤其適用于對(duì)精度和粗糙度要求較高零件的精密加工[3].課程內(nèi)容涉及金屬切削變形、切削力、切削熱、刀具磨損、刀具耐用度以及加工質(zhì)量等方面.其涉及知識(shí)內(nèi)容具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性、連續(xù)性和綜合性[4]，單獨(dú)就某一方面知識(shí)進(jìn)行講授，學(xué)生普遍反映概念繁多，公式繁瑣，原理應(yīng)用難度較大，課程實(shí)踐性較強(qiáng)，是一門多因素綜合性學(xué)科.應(yīng)用型本科院校從實(shí)踐角度出發(fā)，培養(yǎng)應(yīng)用性技能型人才，要區(qū)別于職業(yè)院校，單純的改善教學(xué)條件，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，運(yùn)用案例教學(xué)，提高學(xué)生的分析問題的能力[5]，有一定的層次差距.將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用在數(shù)控加工一體化教學(xué)課改中，通過教學(xué)案例分析，闡述了如何在數(shù)控加工一體化教學(xué)中應(yīng)用“項(xiàng)目教學(xué)法”進(jìn)行教學(xué)[6]，項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用在金屬切削原理及刀具課程中將會(huì)缺乏對(duì)整個(gè)系統(tǒng)知識(shí)的綜合梳理.通過對(duì)“零件的數(shù)控車削加工”一體化課程教學(xué)改革的做法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，闡述了課程改革的必要性、課程改革的理念、課程改革的具體實(shí)踐方案[7]，從零件加工質(zhì)量考慮加工工藝，應(yīng)用到本科生課改中，缺乏對(duì)金屬切削去除材料機(jī)理系統(tǒng)理論研究.為了突出應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和啟發(fā)式與討論式教學(xué)居多，使得學(xué)生更易對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行掌握[8，9].針對(duì)本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)[10]，結(jié)合金屬切削原理及刀具課程性質(zhì)，本文提出了反思問題解決法，從產(chǎn)品加工質(zhì)量，由單因素到多因素，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由逐一到耦合，系統(tǒng)學(xué)會(huì)運(yùn)用與分析課程中金屬切削變形、切削力、切削熱、刀具磨損、刀具耐用度等知識(shí)，以切實(shí)提高應(yīng)用型高水平人才培養(yǎng)的質(zhì)量.

反思問題解決法是一種由項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法延伸的教學(xué)模式[11]，以構(gòu)建學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)拓展知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)過程中結(jié)合問題，反推和引導(dǎo)學(xué)生自主思考，讓學(xué)生從問題中思考，帶著實(shí)踐結(jié)果，在新工科教育模式改革背景下[12]，從新審視去除加工的工藝性、合理性及時(shí)效性，試圖尋求更高效更優(yōu)質(zhì)的加工方法與工藝.通過改革性實(shí)踐，將反思問題解決法引入到金屬切削原理及刀具課程中，引導(dǎo)學(xué)生課堂上由被動(dòng)到主動(dòng)，從全盤接受到批判吸收，從質(zhì)疑到認(rèn)可，該課程改革探索了一條新教學(xué)思路，并收到良好效果.

2 金屬切削原理及刀具采用反思問題解決法的必要性

金屬切削原理及刀具是機(jī)械制造專業(yè)方向的綜合性較強(qiáng)專業(yè)課程，融合機(jī)械制造工藝學(xué)、材料成型基礎(chǔ)、材料力學(xué)等多門課程知識(shí)于一體的課程.開設(shè)這門課程的層次不一，有技能型的職業(yè)院校，有應(yīng)用型的本科院校，更有研究型的科研院所.這些層次教育目的性不同，造成學(xué)生對(duì)所用的理論基礎(chǔ)相差較大，整體目的性不強(qiáng)，就應(yīng)用型本科院校，所采用的反思問題解決法較好地映襯出應(yīng)用型人才培養(yǎng)的全面性.

反思問題解決法，強(qiáng)調(diào)以常見去除材料加工質(zhì)量結(jié)果為依據(jù)，即“問題”，通過分析影響加工質(zhì)量因素為思考點(diǎn)，即“反思”，尋求改善加工質(zhì)量的新方法，即“解決”.重新認(rèn)識(shí)金屬切削原理及刀具在去除材料加工中所選擇的依據(jù)，即切削原理與刀具選擇.通過反思問題解決法使得學(xué)生對(duì)去除材料加工方法的認(rèn)識(shí)，由抽象到具體，由多因素到主因素，獲得分析該課程的新學(xué)習(xí)方法.

該課程理論課時(shí)為32課時(shí)，實(shí)踐課時(shí)6課時(shí)，結(jié)合先進(jìn)制造實(shí)踐2周課時(shí)，使得反思問題解決法在金屬切削原理及刀具課程中得到較好應(yīng)用.關(guān)芳芳等[13]以大工程教育理念為指導(dǎo)，將課程和實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合和優(yōu)化，調(diào)整為數(shù)控機(jī)床及刀具系統(tǒng)，增加了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，減少了總課時(shí)，并將先進(jìn)的教育教學(xué)理念和教學(xué)方法引入到各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié).結(jié)合滁州學(xué)院人才培養(yǎng)特征，前期通過1/3理論課時(shí)的講授，串聯(lián)各章節(jié)主要知識(shí)點(diǎn)，初步了解課程的連貫性、邏輯性和相關(guān)性，制定零件加工的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)行為期2周的先進(jìn)制造實(shí)踐課程鍛煉，再重返課堂，以探討式互動(dòng)課堂為主，有針對(duì)性的通過分析各組加工零件質(zhì)量，反思金屬切削過程中各因素及其影響，結(jié)合前期實(shí)踐分析后可提出新工藝新方法，再通過課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.

反思問題解決法，將每一章看似孤立的知識(shí)點(diǎn)，通過對(duì)加工質(zhì)量影響的主次性、關(guān)聯(lián)性和時(shí)效性等等，系統(tǒng)地構(gòu)成了分析金屬切削過程的知識(shí)體.引出了學(xué)生求知解決問題的欲望，通過反思將課程所需要掌握的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)成知識(shí)體，系統(tǒng)全面的呈現(xiàn)出來(lái).

3 反思問題解決法在金屬切削原理及刀具教學(xué)中的實(shí)施

3.1 確定以知識(shí)體為主線的課程目標(biāo)

金屬切削原理及刀具是滁州學(xué)院機(jī)械專業(yè)專業(yè)核心課程之一，對(duì)學(xué)生綜合能力培養(yǎng)起著重要的支撐作用.制定課程學(xué)習(xí)目標(biāo)必須兼顧理論知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力鍛煉，因此，從應(yīng)用型人才培養(yǎng)角度出發(fā)，以簡(jiǎn)易之處見真理的出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合反思問題解決法教學(xué)特征，制定實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)而通過分析獲悉知識(shí)點(diǎn)的目的.鑒于實(shí)踐環(huán)節(jié)及設(shè)備局限性，將課程學(xué)習(xí)人數(shù)分為若干組，平均以4人為一組.以三個(gè)出發(fā)點(diǎn)為依據(jù)，第一，加工對(duì)象材料分為塑性材料和脆性材料;第二，加工刀具材料不同加工相同質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)參數(shù);第三、以干切削為主.反思問題解決法在金屬切削原理及刀具教學(xué)中的實(shí)施如圖1所示.

3.2 設(shè)計(jì)以加工單一工序?yàn)槿蝿?wù)

根據(jù)金屬切削性能特征，兼顧學(xué)生真正意義上接觸具體實(shí)踐環(huán)節(jié)操作，以體現(xiàn)出相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)為觸點(diǎn)，后期通過分析改進(jìn)加工工藝，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)獲取知識(shí)體為目的，設(shè)計(jì)加工工藝以單一形式為主，加工工序主要設(shè)計(jì)加工直槽，銑平面，銑直角，加工圓柱面等.所遴選的項(xiàng)目是模擬學(xué)生在實(shí)習(xí)期對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、操作等學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，通過對(duì)簡(jiǎn)單加工面，易于分析表明質(zhì)量參數(shù)的工藝為主，利于學(xué)生認(rèn)識(shí)加工質(zhì)量的優(yōu)劣性，有助于后期對(duì)加工工藝的分析.

3.3 改變加工環(huán)境分析加工質(zhì)量

依據(jù)三個(gè)出發(fā)點(diǎn)，對(duì)加工環(huán)境進(jìn)行改變，利用正交試驗(yàn)方法，加工出多個(gè)樣本零件.相同加工刀具在干切削環(huán)境下，切削塑性材料和脆性材料，掌握兩種材料的切削性能，同時(shí)通過切屑形狀等分析刀具使用情況，尤其對(duì)塑性材料切削過程中切削熱對(duì)加工質(zhì)量的影響;不同刀具在相同材料進(jìn)行干切削加工過程中，刀具使用壽命不同，分析刀具切削過程中所產(chǎn)生的切削力分布情況，進(jìn)而確定影響刀具耐用度的因素.

通過改變加工環(huán)境，一是有助于學(xué)生對(duì)實(shí)踐的熟練掌握，二是獲取多個(gè)試驗(yàn)樣本進(jìn)行分析，對(duì)加工質(zhì)量進(jìn)行反思，通過自主學(xué)習(xí)運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析.

3.4 驗(yàn)證新工藝確定加工主次影響因素

通過上述改變加工環(huán)境和正交試驗(yàn)，分析對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素，設(shè)計(jì)適用于相應(yīng)材料相應(yīng)刀具進(jìn)行加工的新工藝，制定新的試驗(yàn)方法，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè).

采用“先做后學(xué)”的方式來(lái)設(shè)計(jì)入門學(xué)習(xí)情境的教學(xué)環(huán)節(jié)，以降低學(xué)習(xí)的難度，引導(dǎo)學(xué)生入門并發(fā)揮主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力.試驗(yàn)中采用“分組實(shí)施”的方法，更是給每個(gè)學(xué)生獨(dú)立在試驗(yàn)中擔(dān)任各種角色，每位學(xué)生一臺(tái)實(shí)際加工設(shè)備，實(shí)行輪換操作、分工合作;可擔(dān)任生產(chǎn)主管、工藝員、編程員、操作員、質(zhì)量檢驗(yàn)員，進(jìn)行分工協(xié)作，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神以及合作和交流能力，提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng).

值得強(qiáng)調(diào)的是要確定新工藝中對(duì)加工質(zhì)量的主次影響因素，具有針對(duì)性的對(duì)后續(xù)驗(yàn)證性試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，是檢驗(yàn)自己對(duì)知識(shí)掌握程度，以及分析的正確性，通過反思重新對(duì)書本知識(shí)進(jìn)行再次認(rèn)識(shí)，從實(shí)踐中提高對(duì)金屬切削原理及刀具課程的認(rèn)識(shí)與升華.

3.5 總結(jié)梳理知識(shí)點(diǎn)為知識(shí)體

在反思問題解決法教學(xué)過程中，始終貫穿以學(xué)生為主體、教師主導(dǎo)的原則來(lái)實(shí)施理實(shí)一體化教學(xué)，實(shí)施過程中理論與實(shí)踐反復(fù)交互進(jìn)行，有助于對(duì)知識(shí)的深刻理解.教師教授學(xué)生機(jī)床操作，在機(jī)床使用過程中由教師“手把手”進(jìn)行講解，學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單復(fù)制;教師提供可參考的試驗(yàn)輪廓，并逐步減少示范操作，而學(xué)生的自主學(xué)習(xí)逐步增多，讓學(xué)生根據(jù)所需要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，這樣不僅能培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能，還能培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力.

4 總結(jié)

反思問題解決法教學(xué)實(shí)踐表明，盡管在一定程度上削減了課堂理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，但從學(xué)生學(xué)習(xí)情況看，對(duì)金屬切削原理及刀具課程知識(shí)點(diǎn)的掌握有增無(wú)減，該課程教學(xué)改革提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)機(jī)床知識(shí)模塊的學(xué)習(xí)興趣，大大提高了教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生的技能水平以及理論知識(shí)和自主學(xué)習(xí)能力相比以往有了較大的提升.反思問題解決法在實(shí)施過程中未減少必需的教學(xué)內(nèi)容，主講教師能夠合理制定教學(xué)計(jì)劃，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有效完成理論教學(xué)任務(wù).

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