“機(jī)械制造基礎(chǔ)”教學(xué)方法探討

潘日 馬春敏 陳迎春 昝濤

[摘? ? ? ? ? ?要]? 機(jī)械制造基礎(chǔ)是普通高等院校機(jī)械、測控專業(yè)學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，由于課程知識覆蓋面廣等原因，在教學(xué)中容易出現(xiàn)一些典型問題?；诖?，對機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)存在的問題以及改革建議進(jìn)行闡述。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 教育教學(xué);機(jī)械制造;高等院校

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）20-0152-02

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程知識覆蓋面廣[1-3]、難以理解，在學(xué)習(xí)的過程中對學(xué)生的要求比較高，所以在教學(xué)中就出現(xiàn)了一些典型問題[4-5]，這些問題降低了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣，導(dǎo)致學(xué)生對機(jī)械制造基礎(chǔ)課程內(nèi)容的理解和認(rèn)識不深刻，最終影響課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。

一、課程存在的問題

（一）課程內(nèi)容覆蓋面廣，學(xué)習(xí)難度大

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容共12個章節(jié)，概括起來可分為工程材料學(xué)、熱加工及切削加工三大部分，課程知識面廣，涵蓋內(nèi)容復(fù)雜且跨度大。大部分教學(xué)內(nèi)容較抽象[6]，需通過背誦記憶，學(xué)習(xí)相對枯燥、難度大，容易降低學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性，造成學(xué)生厭學(xué)、缺乏學(xué)習(xí)興趣，無法達(dá)到課程的教學(xué)目的。

（二）教學(xué)內(nèi)容相對陳舊

教學(xué)環(huán)節(jié)中的部分內(nèi)容對應(yīng)的設(shè)備相對陳舊，如“金屬切削加工機(jī)床的基本知識”章節(jié)中，以普通車床、銑床、鉆床等老式結(jié)構(gòu)介紹為主[7]，重點講解了普車CA6140的主傳動鏈和進(jìn)給傳動鏈的組成，以及“電動機(jī)+齒輪組”的普通機(jī)床變速實現(xiàn)方式。然而隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造過程中正越來越多地替代普通機(jī)床，而上述變速方式也已由伺服電機(jī)取代，但上述內(nèi)容在現(xiàn)有教學(xué)中課時較少。時代在進(jìn)步，技術(shù)在發(fā)展，教材沒有完全同步，容易導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)的知識點與參加工作時遇到的實際情況不符。

（三）課程教學(xué)與實踐脫節(jié)

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程的許多知識點是從實際制造過程中總結(jié)出來的，具有較強(qiáng)的實踐性和應(yīng)用性特征。然而在目前的教學(xué)中，由于課程覆蓋面廣、課時有限，加之相關(guān)管控更加嚴(yán)格，教學(xué)手段多以理論講解為主，學(xué)生參與課堂討論和實踐的機(jī)會少，盡管在課堂會穿插圖片、視頻等教學(xué)輔助材料，但更多是抽象的概念，不能使學(xué)生完全理解和感受機(jī)械制造的過程。對于學(xué)生而言，機(jī)械制造只是停留在書面上，不能生動形象地理解知識、切身感受機(jī)械制造技術(shù)，腦海中缺乏對應(yīng)的加工場景，只是被動地接受，難以調(diào)動起他們的學(xué)習(xí)興趣。

以“金屬切削的基礎(chǔ)知識”章節(jié)為例，涉及的刀具角度標(biāo)注的相關(guān)知識點主要停留在書本，理解該知識點在實際加工中的運用較困難，且對刀具角度的形成方法也未詳細(xì)介紹。此外，如金屬切削過程中存在的月牙洼刀具磨損形式及積屑瘤等切削現(xiàn)象，學(xué)生也很難有機(jī)會實際觀察到，無法將教材上的理論與實踐有機(jī)結(jié)合，幫助理解記憶。

二、解決的思路

（一）建立學(xué)習(xí)主線思維

圖1為機(jī)械產(chǎn)品制造的典型流程，包括“設(shè)計、選材（工程材料學(xué)）、毛坯成形（熱加工）、金屬切削加工（冷加工）和裝配檢驗”。以此為出發(fā)點，構(gòu)建本課程學(xué)習(xí)的主線思維，首先明確本課程教學(xué)內(nèi)容——工程選材、熱加工、冷加工在機(jī)械制造過程中的作用，突出教學(xué)重點。隨后將三大部分內(nèi)容具體展開，由點及線，由線及面，由淺及深，循序漸進(jìn)，使知識點間更加連貫、邏輯性更強(qiáng)，條理清晰，易于理解。加強(qiáng)學(xué)生對整個制造過程的認(rèn)識，便于課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，并能夠自主檢查對機(jī)械制造過程重要知識點的掌握程度，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（二）知識點更新

隨著科技的不斷發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，因此課程教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在機(jī)床方面，補(bǔ)充電主軸、伺服電機(jī)、加工中心、增減材復(fù)合機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、智能制造等機(jī)械制造領(lǐng)域的前沿知識，使教學(xué)內(nèi)容緊隨科技發(fā)展潮流，使學(xué)生了解機(jī)械制造的發(fā)展方向以及應(yīng)用，拓寬學(xué)生的視野，加深學(xué)生對知識點的理解。同時也可以圍繞知識點提供相關(guān)的視頻資料，使學(xué)生更直觀地認(rèn)識加工過程，了解高精尖的加工設(shè)備及國內(nèi)外機(jī)械制造的最新動態(tài)，豐富課堂內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生興趣，使學(xué)生保持學(xué)習(xí)的積極性。

（三）構(gòu)建數(shù)字化虛擬實踐平臺

應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)、VR技術(shù)，將機(jī)械制造基礎(chǔ)課程的理論與實踐相結(jié)合，開發(fā)數(shù)字化虛擬實踐平臺[8-9]，使機(jī)械制造過程中的加工設(shè)備、加工工藝規(guī)劃、動態(tài)加工過程可以通過VR技術(shù)、數(shù)字化仿真技術(shù)直觀地呈現(xiàn)出來。學(xué)生可以通過電腦進(jìn)行虛擬加工，按步驟開展“選材（工程材料學(xué)）、毛坯成形（熱加工）、金屬切削加工（冷加工）”等各階段的加工實踐，最終完成機(jī)械零件從選材到成品的整個制造過程，在實踐過程中，加深對各知識點的理解和融會貫通，使原來抽象、晦澀難懂的機(jī)械制造基礎(chǔ)知識點變得生動有趣。圖2所示為我校開發(fā)的“典型機(jī)械產(chǎn)品鑄造成形虛擬仿真平臺”，基于該平臺可實現(xiàn)典型機(jī)械產(chǎn)品毛坯成形階段的鑄造過程的虛擬仿真，包括鑄造工藝圖設(shè)計、真實鑄造車間場景內(nèi)的鑄型制作及液體金屬澆注、液體金屬填充、凝固和冷卻過程的觀察及產(chǎn)品性能分析。上述虛擬平臺可以在一定程度上還原實際實踐過程，不僅可以彌補(bǔ)本課程中實踐環(huán)節(jié)的不足，還不受時間、空間的限制，在任意有網(wǎng)絡(luò)的地方即可完成學(xué)習(xí)，解決了實踐條件不具備、實驗成本高昂、熱加工現(xiàn)場面臨的高溫及危險性大等問題。同時顛覆了老師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)教學(xué)模式，讓抽象的理論立體化、形象化、直觀化，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和積極性，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)、愛上學(xué)習(xí)，提高教學(xué)質(zhì)量。