工程實(shí)踐教學(xué)與文創(chuàng)設(shè)計(jì)融合
——以木工制作尤克里里為例

(清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084)

為了培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的工程型人才，自進(jìn)入本世紀(jì)以來，工程實(shí)訓(xùn)教育在各高校備受重視，一大批實(shí)訓(xùn)中心紛紛建起，面向理工、醫(yī)療、藝術(shù)、管理等多個(gè)專業(yè)的學(xué)生開放，與此同時(shí)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容在不斷充實(shí)，形式多樣，取得了一定的成績，更重要的是積累了相關(guān)方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)[1-3]。另一方面，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，知識(shí)更新的加快，學(xué)生實(shí)踐技能與社會(huì)需要的矛盾也越來越突出，因此提高工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力以及創(chuàng)新能力具有深遠(yuǎn)而重要的意義。

1 現(xiàn)狀背景

當(dāng)今社會(huì)對(duì)工程教育中高校培養(yǎng)的人才提出了更高的要求。金工實(shí)習(xí)作為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要課程，完善和提升其教學(xué)質(zhì)量已成為一項(xiàng)重要的課題[4-6]。通過工程實(shí)踐教學(xué)與尤克里里設(shè)計(jì)過程中各環(huán)節(jié)，探究影響教學(xué)質(zhì)量的因素，如教學(xué)課時(shí)的安排、教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，以及教師師資隊(duì)伍的培養(yǎng)等，從而提出針對(duì)性的解決方案，在不影響其他教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上重新分配課時(shí)，提高教學(xué)效率以及增加綜合應(yīng)用的環(huán)節(jié)等，這樣可以深化分層模塊化教學(xué)的改革與創(chuàng)新。

2 尤克里里設(shè)計(jì)及制作融入實(shí)踐教學(xué)

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)融入教學(xué)是實(shí)踐課程新的一種創(chuàng)興形式。是文創(chuàng)設(shè)計(jì)導(dǎo)向教學(xué)模式的具體實(shí)踐方法之一。以本校制造工程體驗(yàn)課程為例：學(xué)生在短暫(1-16周)了解各個(gè)加工方法并操作后，以小組為團(tuán)隊(duì)展開前期設(shè)計(jì)，中期零件加工，后期零件裝配，制作設(shè)計(jì)沒有脫離木工基本技能，達(dá)到了教學(xué)目的。學(xué)生通過制作尤克里里(Ukulele，夏威夷小吉他)，對(duì)木工、機(jī)械加工各個(gè)工種有了進(jìn)一步了解，并且自行動(dòng)手加工零件完成各項(xiàng)教學(xué)設(shè)計(jì)。文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)融入原型設(shè)計(jì)制作尤克里里課程項(xiàng)目，實(shí)踐教學(xué)安排為：木工前期設(shè)計(jì)——后期制作——激光雕刻——機(jī)械制造——打印技術(shù)——綜合產(chǎn)品完成。

具體教學(xué)安排如下：

木工實(shí)踐教學(xué)安排見表1，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容為一種傳統(tǒng)木制品加工方式，通過選料、配料、毛料加工、凈料加工、部件加工、部件裝配各階段獲得合格的部件，利用木工機(jī)械設(shè)備與手工工具進(jìn)行基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)邊、曲面、型面、表面的修整。

機(jī)械制造車工教學(xué)安排見表2，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容為機(jī)械加工的一種加工方式，車削主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過刀具的縱向、橫向切削運(yùn)動(dòng)，車出各種回轉(zhuǎn)體表面，如圓柱表面、圓錐表面、球面、成型回轉(zhuǎn)表面、螺紋表面，配置附件工具還可進(jìn)行鉆孔、攻絲、鉸孔等加工。現(xiàn)代化的數(shù)控車削工藝，能夠加工出精度更高、尺寸更穩(wěn)定、表面質(zhì)量更高、曲線復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件。數(shù)控車削中心可減少零件的裝夾次數(shù)，降低工件裝夾精度的影響，能夠大大降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，常用于軸類、盤套類、螺紋表面、薄壁以及車銑復(fù)合的復(fù)雜零件加工。結(jié)合尤克里里弦準(zhǔn)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用車削工藝來加工蝸輪蝸桿零件、個(gè)性化旋鈕以及過渡套零件，充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，使學(xué)生掌握了機(jī)械機(jī)構(gòu)的原理以及合理選用機(jī)械設(shè)備來制作完成旋鈕的組裝。蝸輪蝸桿加工原理如圖1所示。

激光雕刻教學(xué)內(nèi)容及時(shí)間安排見表3。主要學(xué)習(xí)激光切割原理，琴上下面板圖案的設(shè)計(jì)及激光切割。在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生建立造物思維，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)解決方案、最終解決問題的思維能力。在激光雕刻環(huán)節(jié)需要獨(dú)立完成圖案設(shè)計(jì)及激光加工的能力。

表1 實(shí)踐教學(xué)安排

表2 機(jī)械制造車工教學(xué)安排

表3 教學(xué)內(nèi)容及時(shí)間安排

圖1 蝸輪蝸桿加工原理

3D打印教學(xué)安排見表4。3D打印是近30年內(nèi)新興的一種增材制造工藝，其是將金屬、尼龍、樹脂、塑料等材料以層層疊加的方式來制造零件，用于快速制造各類復(fù)雜三維形態(tài)產(chǎn)品，適合于學(xué)生進(jìn)行快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)。其基本工藝流程是三維建模設(shè)計(jì)、模型文件切片處理3D打印制造、模型件后處理。通過定制個(gè)性化logo掛件，學(xué)習(xí)了解3D打印工藝。學(xué)生作品如圖2所示。

木工技術(shù)綜合教學(xué)安排見表5。綜合制作完成尤克里里作品，如圖3所示。

表4 3D打印教學(xué)安排

圖2 學(xué)生作品

表5 木工技術(shù)綜合教學(xué)安排

圖3 最終作品

3 工程實(shí)踐教學(xué)過程中需注意的問題

3.1 實(shí)踐教學(xué)選擇要有針對(duì)性和典型性

木工、機(jī)械制造、3D打印、激光雕刻實(shí)訓(xùn)的項(xiàng)目有很多，但學(xué)生的實(shí)習(xí)時(shí)間有限，不可能每個(gè)項(xiàng)目都練習(xí)到，這就牽涉到項(xiàng)目的選擇問題(一般情況下，先后八周實(shí)習(xí)，每組分配5～10人，最好不要超過10人，必須使每組學(xué)生的綜合能力水平合理搭配)。實(shí)踐環(huán)節(jié)要根據(jù)班級(jí)實(shí)際情況而定，且要考慮到實(shí)踐的典型性。例如：分組前掌握學(xué)生的整體情況，然后采取自由組隊(duì)的形式選擇實(shí)踐訓(xùn)練。在自由組隊(duì)過程中，不能形成基礎(chǔ)差的學(xué)生依賴于能力強(qiáng)學(xué)生的局面，要讓他們?cè)陧?xiàng)目整體進(jìn)行過程中有事可做。在各個(gè)實(shí)習(xí)過程中學(xué)生遇到困難，教師要及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，根據(jù)不同的學(xué)生，教師的指導(dǎo)方法也要不同，一定要把握好指導(dǎo)的尺度，讓學(xué)生自己在摸索中學(xué)習(xí)知識(shí)，提高技能水平。其次，確定實(shí)習(xí)內(nèi)容的難易程度要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平；最后，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)要使大多數(shù)學(xué)生感興趣，要用公正的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確地給予評(píng)價(jià)。實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)施是以學(xué)生為中心，因此在實(shí)踐教學(xué)中要全面調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性，展示項(xiàng)目成果并鼓勵(lì)學(xué)生，讓學(xué)生有一種成就感。

3.2 實(shí)踐教學(xué)對(duì)老師要求

各個(gè)工種實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師的操作示范時(shí)間不能少于1 h。在實(shí)習(xí)過程中指導(dǎo)教師要根據(jù)學(xué)生的掌握情況，運(yùn)用不同的教學(xué)模式指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)操作。教師的自身能力也要提高，學(xué)生實(shí)習(xí)過程中指導(dǎo)教師要加強(qiáng)巡回指導(dǎo)，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生訓(xùn)練中存在的問題并及時(shí)糾正，確保的較好的實(shí)習(xí)效果。

4 小結(jié)

本次實(shí)踐課程以制作尤克里里產(chǎn)品模型構(gòu)成基準(zhǔn)來創(chuàng)建課程基礎(chǔ)。課程的目的主要是培養(yǎng)工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)、制造、工藝、實(shí)踐、創(chuàng)新與素養(yǎng)等各方面的整體成長。對(duì)實(shí)踐教學(xué)模式的多樣化也要與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行創(chuàng)新，要不斷更新和轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)方式。制作尤克里里調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，針對(duì)學(xué)生大膽創(chuàng)新、勇于探索，加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的社會(huì)實(shí)踐，在制作實(shí)踐課程中積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步推進(jìn)文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐課程的教學(xué)改革。