王翔
摘 要:《激光加工》是工程專(zhuān)業(yè)特別是機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程,該課程對(duì)于制造行業(yè)人才培養(yǎng)具有重要作用。對(duì)于該課程教學(xué)中存在的問(wèn)題,需要進(jìn)行課程教學(xué)改革,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量?;诖?,本文就《激光加工》課程教學(xué)改革展開(kāi)研究,首先闡述了其改革背景,其次對(duì)其中的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析,最后提出了改革措施,以供參考。
關(guān)鍵詞:《激光加工》 教學(xué)現(xiàn)狀 教學(xué)改革 實(shí)踐 創(chuàng)新
Research and Practice on Teaching Reform of
WANG Xiang
(Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan Province, 610001 China)
Abstract:
Key Words:
制造行業(yè)發(fā)展中,激光加工技術(shù)是基礎(chǔ)技術(shù),其在機(jī)械、印刷、冶金等行業(yè)發(fā)展中具有不可替代的作用。作為工科類(lèi)學(xué)生實(shí)訓(xùn)課程,激光加工技術(shù)的實(shí)踐性很強(qiáng),學(xué)校要培養(yǎng)具有符合創(chuàng)性能力的人才就需要對(duì)課程進(jìn)行初步改革。當(dāng)前,大部分院校仍然以理論教學(xué)方式為主,但是激光加工技術(shù)是一門(mén)具有較強(qiáng)實(shí)踐性的課程,這種傳統(tǒng)教學(xué)方式已經(jīng)無(wú)法滿足人才培養(yǎng)要求,學(xué)生在課堂上不僅要獲得理論知識(shí),還需要具有實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn),這是學(xué)校課程改革的重點(diǎn)[1]。
1 《激光加工》課程教學(xué)改革背景
高校工程教育的目的在于讓學(xué)生學(xué)習(xí)工藝知識(shí)、了解制造過(guò)程、體驗(yàn)工程文化、培養(yǎng)工程素質(zhì),相關(guān)課程也需要與當(dāng)前的工業(yè)技術(shù)做好銜接。在工程教育體系中,激光加工技術(shù)占據(jù)重要地位,其需要根據(jù)技術(shù)變化不斷更新教學(xué)內(nèi)容和設(shè)備,把握現(xiàn)代激光加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及其在工業(yè)體系中的實(shí)踐應(yīng)用,進(jìn)而提高激光加工實(shí)踐教學(xué)水平。為了深入落實(shí)國(guó)務(wù)院關(guān)于高等院校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的教育改革意見(jiàn),創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人機(jī)制,發(fā)揮相關(guān)企業(yè)的作用,為高校開(kāi)展產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目提供支持[2]。激光加工教學(xué)內(nèi)容以及課程體系改革項(xiàng)目實(shí)施的載體是學(xué)校,企業(yè)則提供技術(shù)、經(jīng)費(fèi)、實(shí)踐平臺(tái)等支持,校企合作推進(jìn)激光技術(shù)的發(fā)展,培養(yǎng)行業(yè)人才,在實(shí)踐教學(xué)中融入新的理念和技術(shù),共同開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源,構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)體系,進(jìn)而不斷完善理論建設(shè),建設(shè)理論、實(shí)踐結(jié)合的激光加工技術(shù)課程教學(xué)新體系。
2 《激光加工》課程教學(xué)現(xiàn)狀分析
我校對(duì)工科類(lèi)學(xué)生在機(jī)械工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)中開(kāi)設(shè)了《激光加工》這門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程的重點(diǎn)在于激光加工基本原理和工藝技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用。激光加工是一種先進(jìn)的制造技術(shù),激光加工憑借著高效、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)受到各國(guó)重視。該技術(shù)中涉及的激光加工方法比較多,要想取得良好教學(xué)效果并不容易。如何能夠在有限的學(xué)時(shí)中讓學(xué)生們了解激光加工方法,深入淺出教學(xué),在短期內(nèi)提高激光加工技術(shù)教學(xué)質(zhì)量成為教學(xué)難點(diǎn)[3]?;诖?,本人對(duì)該方面展開(kāi)深入思考,對(duì)現(xiàn)有教學(xué)方法進(jìn)行了改革思考。
3 《激光加工》課程教學(xué)改革實(shí)踐
對(duì)于大部分學(xué)生而言,傳統(tǒng)加工技術(shù)教材內(nèi)容抽象、乏味,特別是專(zhuān)業(yè)課程基本都是理論內(nèi)容,原理抽象、枯燥,缺乏實(shí)際操作和實(shí)際案例,學(xué)生本身對(duì)這類(lèi)課程的興趣較低,主動(dòng)學(xué)習(xí)性差,缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力。本文提出的教學(xué)模式改革先讓學(xué)生主動(dòng)關(guān)心前沿技術(shù)和新概念,并對(duì)課程所學(xué)、所用進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹,提高學(xué)生的興趣,最后讓學(xué)生能夠明確基礎(chǔ)學(xué)習(xí)對(duì)后續(xù)應(yīng)用和創(chuàng)新的重要性,逐步引導(dǎo)學(xué)生的興趣和主動(dòng)性。先進(jìn)的激光加工技術(shù)是通過(guò)激光束和物質(zhì)相互作用而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的精加工,該技術(shù)中涉及了光學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械制造加工等多門(mén)學(xué)科,是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)。本課程主要通過(guò)詳細(xì)介紹激光加工技術(shù)力量、類(lèi)型以及激光掃描、切割、打標(biāo)、3D打印等等前沿技術(shù),讓學(xué)生能夠了解激光加工技術(shù)及其應(yīng)用,主動(dòng)學(xué)習(xí),進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。
3.1 教學(xué)內(nèi)容改革實(shí)踐
《激光加工》課程屬于專(zhuān)業(yè)課,教學(xué)時(shí)需要明確課程任務(wù)和性質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生的興趣,激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力,充分了解激光和材料作用,明確關(guān)鍵參數(shù)作用,并把握常見(jiàn)工作原理,熟知激光材料加工理論和系統(tǒng)組成,認(rèn)識(shí)到不同原理激光器、激光加工工藝,具備激光加工思維,主動(dòng)尋找激光加工機(jī)理,發(fā)揮創(chuàng)造能力,挖掘?qū)W生潛能,激發(fā)其創(chuàng)新思維,為后續(xù)發(fā)展和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
激光加工方法眾多,包括激光切割、焊接、打標(biāo)、熱處理、微納制造、彎曲成形以及快速成形等不同方法,涉及的內(nèi)容多,但是教學(xué)學(xué)時(shí)有限,因此需要明確教學(xué)重點(diǎn),合理安排教學(xué)內(nèi)容,在保證學(xué)生能夠利用所學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)需求的同時(shí)還需要確保專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和理論講解結(jié)合。當(dāng)前,激光切割和打標(biāo)技術(shù)在工程實(shí)際中的應(yīng)用較多,彎曲成形的研究應(yīng)用較少,微納制造在電子封裝中的應(yīng)用較多,在此基礎(chǔ)上,本課程把授課重點(diǎn)集中在激光掃描、切割、雕刻等方面,對(duì)激光焊接、打標(biāo)等作一般介紹[4]。
為保證教學(xué)質(zhì)量,開(kāi)課前需要熟記整個(gè)教學(xué)內(nèi)容,因此,本人參考了不同激光制造行業(yè)專(zhuān)家觀點(diǎn)及其書(shū)籍,例如史玉升《激光制造技術(shù)》、邵丹《激光先進(jìn)制造技術(shù)與設(shè)備集成》等專(zhuān)業(yè)書(shū)籍,參考其中的觀點(diǎn)、技術(shù)結(jié)合課程教材,根據(jù)我校專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案整合授課內(nèi)容,改革教學(xué)內(nèi)容,形成系統(tǒng)的教學(xué)方法。此外,還需要注意及時(shí)更新知識(shí),在教學(xué)環(huán)節(jié)中完善教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)體系,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,開(kāi)拓視野[5]。因此在準(zhǔn)備教學(xué)內(nèi)容時(shí)需要及時(shí)添加最新的激光加工技術(shù),并在課程中引入實(shí)際案例,讓學(xué)生能夠及時(shí)了解新的激光加工技術(shù)的同時(shí)明確其具體應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維,提高學(xué)習(xí)興趣,實(shí)現(xiàn)從課本到實(shí)踐再到知識(shí)升華的目標(biāo)。在保證教學(xué)內(nèi)容不離開(kāi)課本的同時(shí)能夠做到與時(shí)俱進(jìn)。例如,在教學(xué)激光切割知識(shí)時(shí),用亞克力板模擬零件加工。亞克力是一種開(kāi)發(fā)較早的重要可塑性高分子材料,切割后具有干凈、精美的拋光邊緣,切割和雕刻亞克力板精度極高[6]。用亞克力板切割齒輪、底板座等機(jī)械零件,先模擬加工,裝配調(diào)試成功后再用真正的金屬材料加工產(chǎn)品。這樣將實(shí)際操作引入機(jī)械設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新教學(xué)中,極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)效果。
3.2 教學(xué)方法和手段改革實(shí)踐
3.2.1 教學(xué)方法改革
教學(xué)方法和手段作為課程建設(shè)重要部分,日常教學(xué)時(shí)需要不斷改革教學(xué)方法。當(dāng)前,大多數(shù)教師仍然采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方法,這種教學(xué)方法無(wú)法拓展學(xué)生知識(shí)面,也無(wú)法提高學(xué)生的積極性,甚至?xí)箤W(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理。在教授激光加工技術(shù)課程時(shí),本人提出建立圍繞學(xué)生的教學(xué)環(huán)境,在教學(xué)活動(dòng)中注重強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位,營(yíng)造學(xué)習(xí)環(huán)境,發(fā)揮其積極主動(dòng)性。例如,可以讓學(xué)生提出在學(xué)習(xí)或比賽時(shí)需要的零件,讓他們帶著問(wèn)題有目的地學(xué)習(xí),在講解時(shí)可以隨時(shí)給學(xué)生們布置任務(wù),把握重點(diǎn),讓學(xué)生建立屬于自己的知識(shí)架構(gòu)[7]。
3.2.2 教學(xué)方式改革
高校工程訓(xùn)練中心主要在于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力,在《激光加工》課程改革中,需要在理論教學(xué)改革基礎(chǔ)上重點(diǎn)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革,加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)教學(xué),提高高校學(xué)生的激光技術(shù)應(yīng)用能力。
(1)理論教學(xué)。激光加工技術(shù)課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性,有效的教學(xué)方法能夠讓學(xué)生們加深記憶,采取板書(shū)+多媒體形式教學(xué),可以提高教學(xué)信息傳輸量和內(nèi)容完整性,通過(guò)板書(shū)歸納總結(jié)教學(xué)知識(shí)點(diǎn),讓學(xué)生能夠更好掌握知識(shí),通過(guò)多媒體可以讓學(xué)生們克服傳統(tǒng)教學(xué)特點(diǎn),更容易理解抽象的教學(xué)內(nèi)容,采用三維動(dòng)畫(huà)、視頻、動(dòng)畫(huà)等方式將知識(shí)點(diǎn)形象、具體的展現(xiàn)給學(xué)生,加深學(xué)生印象[8]。例如,在講解激光加工方法時(shí),通過(guò)多媒體課件播放視頻,讓學(xué)生們觀看實(shí)操現(xiàn)場(chǎng),并對(duì)其重點(diǎn)操作進(jìn)行理論講解,結(jié)合三維立體動(dòng)畫(huà)演示,讓學(xué)生們能夠清楚激光加工原理以及過(guò)程,并向?qū)W生提問(wèn)關(guān)于激光加工參數(shù)設(shè)置及其影響因素、選擇等,讓學(xué)生們能夠主動(dòng)參與其中,取得良好效果。
(2)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。激光加工是工程實(shí)訓(xùn)課程,教學(xué)時(shí)需要設(shè)置更多的實(shí)踐教學(xué),而在實(shí)踐教學(xué)時(shí),要注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),積極引導(dǎo)每位同學(xué)參與,自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),按照自己的加工方法和參數(shù)設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力,讓學(xué)生能夠利用課堂知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作,提高激光加工的實(shí)際應(yīng)用能力。例如在激光切割中,學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)圖案作圖,將相關(guān)參數(shù)導(dǎo)入至計(jì)算機(jī)中處理,最終加工出成品,深入體會(huì)激光加工技術(shù)。在具體的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中,要結(jié)合具體案例詳細(xì)指導(dǎo)學(xué)生,根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況和項(xiàng)目完成情況對(duì)學(xué)生的需求進(jìn)行研究、確定,教授學(xué)習(xí)方法,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及聚合思維,激發(fā)其創(chuàng)新就業(yè)能力。
本研究提出采用模塊化激光加工實(shí)訓(xùn),學(xué)校建設(shè)專(zhuān)門(mén)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地,提供CAD/CAM實(shí)訓(xùn)室和相關(guān)軟件和設(shè)備,激光加工實(shí)訓(xùn)室配置了金屬激光切割機(jī)、金屬激光打標(biāo)機(jī)、非金屬激光切割機(jī)、非金屬激光內(nèi)雕機(jī)等,激光加工實(shí)訓(xùn)室中,激光加工設(shè)備中包括了激光切割、標(biāo)記、內(nèi)調(diào)等技術(shù)。師資上,配置了模塊化激光加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)隊(duì)伍,包括專(zhuān)職教師、工程師、高級(jí)技師和技師,為了滿足不同年級(jí)實(shí)訓(xùn)要求,按照現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)設(shè)備教學(xué)隊(duì)伍制定了模塊化激光加工實(shí)訓(xùn)課程,其中包括基礎(chǔ)認(rèn)知、強(qiáng)化實(shí)踐、綜合創(chuàng)新這3個(gè)體系,如圖1所示。
首先,開(kāi)展基礎(chǔ)任職實(shí)訓(xùn)課程。全校各學(xué)生在認(rèn)知實(shí)訓(xùn)中,一年級(jí)課程中加入了4課時(shí)基礎(chǔ)認(rèn)知實(shí)訓(xùn),共分成2部分文成,其中2課時(shí)為金屬激光打標(biāo)演示實(shí)訓(xùn)以及2課時(shí)非金屬激光切割演示實(shí)訓(xùn),主要讓學(xué)生觀摩,教師在場(chǎng)地講解打標(biāo)機(jī)和切割機(jī)結(jié)構(gòu)、原理和防護(hù)知識(shí),之后根據(jù)操作手冊(cè)對(duì)打標(biāo)機(jī)和切割機(jī)進(jìn)行演示、操作,最后得到實(shí)際加工操作?;A(chǔ)認(rèn)知激光加工實(shí)訓(xùn)經(jīng)過(guò)示范教學(xué)能夠拓展學(xué)生視野,讓學(xué)生能夠了解激光加工等手段,激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情?;A(chǔ)認(rèn)知激光加工實(shí)訓(xùn)工件如圖2所示。
其次,開(kāi)展強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)課程。在二三年級(jí)帶領(lǐng)學(xué)生集中開(kāi)展強(qiáng)化實(shí)踐課程,共12課時(shí),其中6課時(shí)為非激光切割課程,6課時(shí)為激光切割課程,主要讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐操作,雞兒提高學(xué)生的競(jìng)賽能力和實(shí)操能力。
在強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)中,學(xué)生通過(guò)不斷實(shí)踐動(dòng)手操作能夠激發(fā)參賽積極性和主動(dòng)性。對(duì)此,實(shí)訓(xùn)教師需要先將激光和非激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)、原理和防護(hù)知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)講解,之后根據(jù)操作手冊(cè)將二者操作流程分別演示出來(lái),再進(jìn)行實(shí)際加工。學(xué)生在了解流程后按照加工零件選擇適當(dāng)加工設(shè)備開(kāi)展實(shí)操作業(yè)。強(qiáng)化訓(xùn)練工件如圖3所示。
最后,開(kāi)展綜合實(shí)訓(xùn)課程。在四年級(jí)和研究生階段開(kāi)展綜合創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)課程,共24課時(shí),其中8課時(shí)為金屬激光切割和打標(biāo)綜合實(shí)訓(xùn),重點(diǎn)教授薄板類(lèi)金屬工藝品制作,8個(gè)課時(shí)為非激光切割和雕刻綜合實(shí)訓(xùn),重點(diǎn)教授薄板類(lèi)費(fèi)金屬工藝品制作,8個(gè)課時(shí)為3D設(shè)計(jì)與激光內(nèi)雕刻綜合實(shí)訓(xùn),重點(diǎn)教授透明水晶玻璃類(lèi)工藝品制作。通過(guò)綜合加工實(shí)訓(xùn)讓學(xué)生了解激光加工制作方式,并學(xué)會(huì)學(xué)以致用。綜合實(shí)訓(xùn)課程訓(xùn)練工件如圖4所示。
3.3 考核方式改革實(shí)踐
該課程主要是為了培養(yǎng)學(xué)生的理論素質(zhì)和實(shí)踐能力,因此對(duì)于學(xué)生的考核不僅需要理論知識(shí)考核,還需要結(jié)合平時(shí)表現(xiàn)進(jìn)行實(shí)際操作考核。其中平時(shí)表現(xiàn)和理論占總成績(jī)50%,包括課堂點(diǎn)名、出勤、課堂互動(dòng)、創(chuàng)新能力、實(shí)習(xí)報(bào)告等;實(shí)際操作主要對(duì)激光加工軟件的應(yīng)用、工藝參數(shù)設(shè)置以及學(xué)生具體操作時(shí)完成的零件質(zhì)量、操作的熟練程度等進(jìn)行考核[9],占總成績(jī)50%。通過(guò)這種綜合考核可以讓學(xué)生們了解激光加工理論和實(shí)踐內(nèi)容,提高實(shí)踐操作水平。
4 《激光加工》課程教學(xué)改革效果
《激光加工》課程教學(xué)改革后,學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力增強(qiáng),利用模塊化教學(xué)能夠讓學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、主動(dòng)查閱資料,自主合作解決問(wèn)題,提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性,同時(shí)也能夠讓學(xué)生掌握設(shè)備操作軟件,具備創(chuàng)新思維,提高動(dòng)手能力,強(qiáng)化溝通、合作能力。對(duì)于老師而言,課程改革后教師的角色發(fā)生變化,具有指導(dǎo)性,能夠引導(dǎo)學(xué)生完成教學(xué)工作,提高教學(xué)主動(dòng)性。對(duì)于企業(yè)而言,課程改革幫助企業(yè)培養(yǎng)了更具有實(shí)踐技能的人才,企業(yè)無(wú)需付出額外的人才培養(yǎng)成本,既能夠提高效率,也能夠節(jié)約人才成本。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述,通過(guò)創(chuàng)新改革《激光加工》課程,可以改變以往的教學(xué)內(nèi)容、方式、手段以及考核方式,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性,增加學(xué)生對(duì)于該課程的學(xué)習(xí)探究興趣,使學(xué)生能夠掌握激光加工技術(shù),激發(fā)其創(chuàng)新能力,引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù),適應(yīng)企業(yè)和市場(chǎng)需求。
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