激光加工工程訓(xùn)練在師范類工科創(chuàng)新訓(xùn)練中的探討與實踐

曹鳳紅 蔣 強 秦朝輝

（[1]樂山師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 四川·樂山 614000；[2]重慶馨泓電力有限公司 重慶 400039）

先進制造技術(shù)與工藝對國家工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要，而工程能力綜合訓(xùn)練是一門實現(xiàn)理論與實踐現(xiàn)結(jié)合并體現(xiàn)跨學(xué)科綜合技術(shù)性基礎(chǔ)課，是機電、材料、汽服、藝術(shù)、工業(yè)設(shè)計等多學(xué)科復(fù)合型人才培養(yǎng)的必修實踐課之一，是對本科生進行的初次工程實踐訓(xùn)練和制造工藝鍛煉與培養(yǎng)，也是對提高本科生綜合素質(zhì)，在培養(yǎng)高質(zhì)量工程技術(shù)人才中起著關(guān)鍵作用。[1-2]為了推動師范類院校工科專業(yè)的發(fā)展，工程能力綜合訓(xùn)練以基礎(chǔ)性、創(chuàng)新性、實踐性、趣味性和跨學(xué)科為特點，重視學(xué)生創(chuàng)新能力與實踐動手能力的培養(yǎng)，2018 年樂山師范學(xué)院與北京正天激光簽訂了產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人項目，學(xué)校以此為背景，構(gòu)建了工程能力綜合訓(xùn)練團隊，同時以全國大學(xué)生工程能力綜合訓(xùn)練大賽為主題，提出了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的內(nèi)容包含“創(chuàng)新意識的培養(yǎng)、創(chuàng)新能力的提升、工程環(huán)境的認識、工程實踐的模擬”。[3]

近幾年，激光加工訓(xùn)練課程在工科實踐訓(xùn)練中起著越來越重要的作用。激光加工主要涉及外雕、內(nèi)雕、切割、焊接等加工工藝，可根據(jù)需求任意成形，加工效率高，作品展現(xiàn)力豐富，適合材料、機械、藝術(shù)、工業(yè)設(shè)計等多專業(yè)訓(xùn)練；激光加工工程綜合訓(xùn)練主要包括激光加工及相關(guān)專業(yè)的理論與實踐、激光加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)及操作步驟，三維及工程制圖軟件的應(yīng)用等，因此激光加工工程訓(xùn)練是對學(xué)生的一種全面的、綜合的、系統(tǒng)的、創(chuàng)新性的綜合工程訓(xùn)練。激光切割訓(xùn)練課程可針對全校各專業(yè)進行開課的創(chuàng)新實踐課程，可實現(xiàn)交叉學(xué)科的學(xué)生進行現(xiàn)代工程素質(zhì)綜合訓(xùn)練教育，并為學(xué)生及教師創(chuàng)造了良好的綠色工程訓(xùn)練空間。通過前期產(chǎn)品的設(shè)計，經(jīng)激光加工形成相應(yīng)的零部件，然后再進行組裝調(diào)試，既鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計意識及創(chuàng)新能力，又能使設(shè)計制作的作品具有一定的創(chuàng)新性、實踐性、展示性。本文以激光切割訓(xùn)練課程為例，探討師范類工科學(xué)生工程綜合素質(zhì)、大工程意識及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與鍛煉培養(yǎng)思路，同時通過激光加工實訓(xùn)課程的訓(xùn)練加強學(xué)生的安全意識、提高工程綜合素質(zhì)、強化學(xué)生對工程問題進行解決與分析能力、團隊合作能力，進而提高科學(xué)研實驗研究的能力和企劃能力。

1 激光加工訓(xùn)練課程創(chuàng)新教育理念的定位

激光加工訓(xùn)練課程主要以學(xué)科大賽為載體，以學(xué)科大賽作品為項目平臺引導(dǎo)大學(xué)生工程思維，加強大學(xué)生的創(chuàng)新意識與實踐能力，使學(xué)生學(xué)會如何用理論解決工程實際問題，以學(xué)科大賽作品設(shè)計要求及規(guī)則為基礎(chǔ)，自我挖掘，完成作品中所需零部件的設(shè)計及加工，鍛煉并培養(yǎng)學(xué)生工程意識與工程創(chuàng)新能力。

在進行激光加工工程訓(xùn)練過程中對學(xué)生首先要強調(diào)工程安全意識，加強學(xué)生安全觀念，嚴格按照設(shè)備操作規(guī)程使用設(shè)備，了解實驗室設(shè)備使用制度，其次了解并熟悉激光加工的基本原理，按照操作規(guī)程實現(xiàn)設(shè)備的操作與使用，同時加強學(xué)生創(chuàng)新自主學(xué)習(xí)的思維和工程綜合素質(zhì)及大工程意識。

在激光加工工程創(chuàng)新訓(xùn)練過程中，學(xué)生熟悉并了解激光加工的基本原理的同時實現(xiàn)對設(shè)備的操作和使用，同時加強學(xué)生對先進加工制造技術(shù)加工方法的實踐訓(xùn)練，此外在實訓(xùn)課程中，結(jié)合學(xué)科競賽作品的設(shè)計要求和任務(wù)，使學(xué)生更多的了解產(chǎn)品使用環(huán)境、設(shè)計過程、材料選擇原則、工程成本分析，對培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合實踐能力、拓展創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新意識，對學(xué)生創(chuàng)新及綜合實踐能力的培養(yǎng)有著重要的發(fā)展意義。

2 創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

2.1 激光切割訓(xùn)練項目

創(chuàng)意源于生活，并在理性中發(fā)展，其本質(zhì)是創(chuàng)新活動由感性認識到理性思維的飛躍。[4]激光切割訓(xùn)練課程為開放性課程，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣進行自由選題，然后進行作品總體方案設(shè)計，零部件結(jié)構(gòu)及材料選擇與確定，根據(jù)設(shè)計要求選擇合理的激光加工工藝參數(shù)加工成形，最后將加工的零部件進行組裝并調(diào)試。此訓(xùn)練既考查學(xué)生對生活中身邊事物的觀察與分析的能力，同時也考查學(xué)生的對實際問題的思考與解決能力，通過學(xué)生自己選定的創(chuàng)意作品為選題，在確定主題后，學(xué)生小組討論、提出并確定創(chuàng)意設(shè)計方案，教師審核該方案，然后按照激光加工設(shè)備的操作步驟完成產(chǎn)品的設(shè)計加工。

利用CAD、UG、Pro/E等軟件繪制出激光切割所需的DXF圖紙。設(shè)計過程中須考慮材料選擇及所選擇的作品零部件間連接方式，一般可采用插接或者鉸接等連接方式，若采用插接方式，需要材料的厚度與插口之間的配合；若采用鉸接方式，需要注意孔孔之間的位置公差等要求，如秋千與手槍的板與板之間的連接及鏤空結(jié)構(gòu)利用CAD或者其他軟件制圖繪制切割路線，其中材料厚度為3mm，則連接插口寬度設(shè)計為3mm 并保存為DXF 格式，然后將轉(zhuǎn)化好的DXF 格式文件傳到激光切割設(shè)備上，同時選擇相應(yīng)尺寸的膠合板，按步驟進行加工，最后組裝成自己預(yù)期的創(chuàng)意作品，如圖1 所示。

在這一過程當中，使學(xué)生逐漸明白如何將想象的事物通過相關(guān)工藝與方法轉(zhuǎn)化成實際作品，對產(chǎn)品的服役環(huán)境、使用對象、成本分析、材料選擇等有一定工程認識與研究，有意識有目的的引導(dǎo)并培養(yǎng)學(xué)生工程實踐創(chuàng)新思維與能力，使學(xué)生建立大工程意識與工程設(shè)計理念，提高學(xué)生創(chuàng)新及實踐動手能力。

圖1 秋千和手槍

2.2 激光加工工程訓(xùn)練中創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)實例

以工程綜合能力訓(xùn)練大賽中S形避障無碳小車為例，首先確定小車的設(shè)計任務(wù)與要求，確定小車總體結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計方案，繪制所需加工零件工程圖，確定小車主體結(jié)構(gòu)及相關(guān)零部件尺寸；將選定的POM板放入激光切割機中，然后根據(jù)小車底板結(jié)構(gòu)和尺寸繪制CAD 切割路線圖并轉(zhuǎn)化成DXF 格式后，導(dǎo)入與激光切割機相連的電腦中，用軟件打開導(dǎo)入的文件，設(shè)置切割機功率及軌跡參數(shù)，在電腦界面上選定原點，確定切割范圍，調(diào)整激光頭與POM 板材的距離，一次性切出車輪6、7，底板3 以及側(cè)板1 和2，齒輪3、4、5 后，按裝配順序和零件插接及鉸接尺寸分別進行連接和組裝，得到小車主體結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

圖2 小車底盤組裝

2.3 激光加工訓(xùn)練中創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)

以現(xiàn)代新型培養(yǎng)人才為目標，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是新型人才培養(yǎng)重要部分，通過激光加工訓(xùn)練將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維延伸到課程的各個環(huán)節(jié)。

創(chuàng)新訓(xùn)練中選題要求具有一定的產(chǎn)品設(shè)計，具有一定的科學(xué)性、實用性、價值性及趣味性，基于此采用以項目作為載體進行激光加工訓(xùn)練時，以工程能力綜合訓(xùn)練大賽項目s 型避障小為載體，在訓(xùn)練過程中，學(xué)生要對小車的設(shè)計要求做充分了解，然后對大賽中的作品進行創(chuàng)新設(shè)計，讓學(xué)生充分體驗到在玩中學(xué)，學(xué)中做，打開思維，將枯燥無味的理論，變成生動有趣的動手實踐，真正實現(xiàn)以學(xué)生為主體的新型課堂模式，同時將創(chuàng)業(yè)理念融入激光加工工程訓(xùn)練課程中，對激光加工工程訓(xùn)練內(nèi)容進行一定的延伸，展開對產(chǎn)品原料的選擇、加工成本分析，用戶需求等問題進行探討，同時對作品的設(shè)計、加工及裝配進行反思，以達到對產(chǎn)品的提升與完善。

通過激光加工工程訓(xùn)練使學(xué)生不僅熟悉設(shè)備的操作步驟，還激發(fā)了學(xué)生大工程創(chuàng)新理念，提高學(xué)生創(chuàng)新動手能力，同時了解了產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)的過程，更重要的是了解市場需求，有助于創(chuàng)業(yè)思維的形成與鍛煉。先進性、系統(tǒng)性、綜合性和開放性是激光加工工程及綜合訓(xùn)練主要特點，因此，通過開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，更容易使學(xué)生更容易將創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)進行有機結(jié)合，以創(chuàng)新推動創(chuàng)業(yè)，以創(chuàng)業(yè)促進就業(yè)。

3 結(jié)語

（1）激光加工工程實踐訓(xùn)練是一門以提高學(xué)生創(chuàng)新意識、培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新思維、樹立新工科大工程創(chuàng)新理念以及鍛煉創(chuàng)新實踐能力的綜合性、開放性、先進性、創(chuàng)新性和趣味性的實踐課程，其課程立體性強，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，推動新工科教學(xué)改革的發(fā)展。

（2）該課程以學(xué)科競賽為載體、以工程實際問題為項目設(shè)計任務(wù)和目標，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利用相關(guān)的專業(yè)知識進行自主設(shè)計、開發(fā)、制作、安裝調(diào)試，由此加強大學(xué)生的基礎(chǔ)設(shè)計及實踐能力的培養(yǎng)，形成真正意義上的以學(xué)生為中心的自主學(xué)習(xí)模式。

（3）以項目為引導(dǎo)的激光加工工程能力綜合訓(xùn)練有助于鍛煉學(xué)生的工程認識能力，體會對產(chǎn)品系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的過程，再融入創(chuàng)業(yè)教育，將會大大推動新工科工程能力綜合訓(xùn)練實踐課程的發(fā)展。