基于金工實(shí)訓(xùn)課程的綜合實(shí)踐模塊探析

陳 翔，趙作福，王俊生，何 為

基于金工實(shí)訓(xùn)課程的綜合實(shí)踐模塊探析

陳 翔，趙作福，王俊生，何 為

(遼寧工業(yè)大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，遼寧 錦州 121001)

基于綜合實(shí)踐課程模塊下的金工實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)，有利于建成多元化、多角度的新型實(shí)訓(xùn)模式，提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生工程實(shí)踐能力。本文結(jié)合遼寧工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心現(xiàn)狀及金工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問題，對綜合實(shí)踐模塊中帶有設(shè)計要求和跨工種交叉的綜合實(shí)訓(xùn)項目進(jìn)行探析、時間節(jié)點(diǎn)規(guī)劃、成本及耗材規(guī)劃、師資隊伍建設(shè)等，以順應(yīng)新工程背景下金工實(shí)訓(xùn)的綜合性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性課程體系需求。

金工實(shí)訓(xùn)；綜合實(shí)踐；課程體系；實(shí)踐模塊

教育部高等學(xué)校工程訓(xùn)練實(shí)驗教學(xué)示范中心指出，根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，提出了新型工業(yè)化道路對現(xiàn)代工程技術(shù)人才的需求，引導(dǎo)學(xué)校加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，營造突出綜合性、實(shí)踐性、設(shè)計性、研究性、創(chuàng)新性為特點(diǎn)的工程實(shí)踐和創(chuàng)新環(huán)境[1]。通過訓(xùn)練學(xué)生的動手能力、工程應(yīng)用和管理能力等，使學(xué)生了解工程環(huán)境，建立工程意識，得到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、工藝、技術(shù)、管理等工業(yè)方面的基本知識和基本訓(xùn)練，掌握操作和實(shí)驗技能，激發(fā)創(chuàng)新精神，提高綜合素質(zhì)[2]。

未來工程訓(xùn)練中心將朝向以系統(tǒng)地培養(yǎng)大學(xué)生綜合工程實(shí)踐基本能力為目標(biāo)的工程實(shí)踐教學(xué)中心發(fā)展，同時將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和多學(xué)科交叉融合、校企協(xié)同合作聯(lián)系起來，成為大學(xué)生的工程創(chuàng)新實(shí)踐中心和技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)中心。因此，基于現(xiàn)狀的基礎(chǔ)金工實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容急需向具有綜合性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性的課程體系進(jìn)行改革[3-4]。近幾年，隨著教育部對本科生課程體系的要求，學(xué)生課程的多樣性增加，課程綜合性創(chuàng)新教育需求加大，很多本科生專業(yè)課程的時間與內(nèi)容有所調(diào)整，各工科院系對工程人才的培養(yǎng)方案也在不斷變化。因此，為了適應(yīng)未來工程的人才需求，以及更好地為各院系做好工程人才培養(yǎng)服務(wù)，工程訓(xùn)練中金工實(shí)習(xí)的課程也應(yīng)不斷向綜合性、創(chuàng)新性改革。

一、金工實(shí)習(xí)教學(xué)現(xiàn)狀

自2014年以來，遼寧工業(yè)大學(xué)（以下簡稱我校）工程訓(xùn)練中心從教師隊伍、實(shí)訓(xùn)設(shè)備、軟硬件更新等諸多方面得到了加強(qiáng)，基礎(chǔ)金工實(shí)習(xí)課程已經(jīng)多年運(yùn)行良好，教學(xué)效果顯著。但隨著當(dāng)今社會工程發(fā)展對大學(xué)生未來工程能力的新要求，我校金工實(shí)訓(xùn)內(nèi)容體系依然有諸多方面需要進(jìn)一步提升。

（一）缺乏綜合課程內(nèi)容

現(xiàn)行金工實(shí)訓(xùn)內(nèi)容依然主要停留在單工種的基礎(chǔ)訓(xùn)練上，缺乏完整的多工種、多層次、多交叉的綜合實(shí)訓(xùn)模塊。綜合能力是鑒定本科生實(shí)踐能力最真實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)之一，符合未來社會及企業(yè)對新時代大學(xué)生的工程要求。綜合課程內(nèi)容的建設(shè)有利于將金工實(shí)訓(xùn)多項內(nèi)容合理貫穿，能夠有效保證大學(xué)生在多工種、多項目中采用存同求異、綜合分析的思維模式不斷提升自身工程能力。

（二）缺乏基于實(shí)際問題的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)行各基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容制定大多依據(jù)理論教學(xué)的需求而設(shè)置，雖穩(wěn)定運(yùn)行，但也缺乏針對解決實(shí)際問題和適用于企業(yè)發(fā)展需要的實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容。大學(xué)生實(shí)訓(xùn)模式主要以老師示范性教學(xué)、學(xué)生機(jī)械性模仿并做重復(fù)性實(shí)踐操作為主，而從解決實(shí)際問題出發(fā)，帶有綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性和實(shí)踐性的實(shí)訓(xùn)項目相對較少。對于社會及企業(yè)中存在較多容易解決、適合大學(xué)生思維擴(kuò)展的工程實(shí)際問題，可以引入到大學(xué)生實(shí)訓(xùn)課程體系建設(shè)中來。從這些實(shí)際問題出發(fā)完成金工實(shí)習(xí)，將有利于學(xué)生工程能力的提升，使之畢業(yè)后能夠更好地融入社會，符合未來工程發(fā)展需要。

（三）多工種、多學(xué)科的交叉性較弱

現(xiàn)行工訓(xùn)中心的金工實(shí)習(xí)內(nèi)容還停留在單工種內(nèi)容充實(shí)與優(yōu)化階段，多工種之間聯(lián)系較少。隨著現(xiàn)代加工手段的日新月異，特別是激光加工、特種加工的興起與設(shè)備的引進(jìn)，涉及多工種的綜合性實(shí)習(xí)內(nèi)容需求增加。而在多學(xué)科的交叉中，中心雖有金工、電子、材料、計算機(jī)等多學(xué)科實(shí)習(xí)、實(shí)驗課，但始終無合適的綜合實(shí)踐內(nèi)容將其合理貫穿。

二、綜合實(shí)踐模塊的建設(shè)思考

（一）綜合實(shí)踐模塊的課程內(nèi)容設(shè)計

綜合實(shí)踐模塊需結(jié)合本校各學(xué)院培養(yǎng)方案及課本內(nèi)容制定，同時考慮辦學(xué)方向、金工實(shí)習(xí)特點(diǎn)及工程訓(xùn)練中心的設(shè)備情況，在分析、調(diào)研、交流的基礎(chǔ)上，制定符合發(fā)展需要且學(xué)生易接受的綜合實(shí)踐課程體系，具體包含以下兩方面內(nèi)容。

1. 帶有設(shè)計性的綜合性實(shí)訓(xùn)項目的建立需緊緊圍繞金工教學(xué)大綱要求，從企業(yè)現(xiàn)有研究項目及實(shí)際問題出發(fā)，或以大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計競賽內(nèi)容為載體進(jìn)行設(shè)計，尋找適合學(xué)生發(fā)展及金工能力培養(yǎng)的相關(guān)課題，以逐步發(fā)展成為適合全校學(xué)生設(shè)計應(yīng)用的實(shí)踐課程[5]。例如，安徽工程大學(xué)將全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽與工程訓(xùn)練教學(xué)緊密聯(lián)系，要求學(xué)生既相對分工又密切合作，進(jìn)行相關(guān)的理論分析、功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方案設(shè)計、管理對策分析，并完成實(shí)物作品的制作，其中涉及車、銑、鉗工、數(shù)控車、數(shù)控銑、3D打印、激光加工、電路板焊接等眾多工種[6]。

2. 帶有跨工種交叉性的綜合實(shí)訓(xùn)項目需結(jié)合“多層次、模塊化”的金工實(shí)習(xí)課程的實(shí)踐教學(xué)體系，運(yùn)用多媒體教學(xué)手段和流動式金工實(shí)習(xí)課堂模式，打破現(xiàn)有單工種固定式的金工實(shí)訓(xùn)過程，逐步轉(zhuǎn)向靈活性強(qiáng)、自由度高的金工實(shí)訓(xùn)模式。此類綜合性項目偏向于個性化輕奢型產(chǎn)品或藝術(shù)手工藝品，而非像帶有設(shè)計性的綜合實(shí)訓(xùn)項目多關(guān)注工程創(chuàng)新與產(chǎn)品功能創(chuàng)新。此類項目中跨工種數(shù)量也相對靈活，以傳統(tǒng)加工與現(xiàn)代加工、傳統(tǒng)加工與特種加工的形式結(jié)合較多，也更容易實(shí)現(xiàn)。

例如，清華大學(xué)選擇傳統(tǒng)加工與先進(jìn)制造融合式工程訓(xùn)練方式，將普銑和數(shù)控銑削聯(lián)系起來，建立加工輕奢型產(chǎn)品——指尖陀螺的綜合實(shí)訓(xùn)項目，并取得了良好的效果[7]。沈陽航空航天大學(xué)結(jié)合3D打印技術(shù)對鑄造實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行探索與改進(jìn)，學(xué)生在3D打印實(shí)訓(xùn)教學(xué)中設(shè)計完成各種模樣的三維實(shí)體，之后在鑄造實(shí)踐教學(xué)中選取任意3D打印模樣，并根據(jù)不同模樣選擇不同造型方式，進(jìn)行砂型鑄造造型實(shí)操環(huán)節(jié)[8]。

此類綜合實(shí)訓(xùn)項目還需結(jié)合學(xué)生成績評價方法和創(chuàng)新程度進(jìn)行新的量化，以共同完成教學(xué)體系的建設(shè)工作[9]。

（二）綜合實(shí)踐模塊的課程時間節(jié)點(diǎn)規(guī)劃

對于大學(xué)生金工實(shí)習(xí)綜合實(shí)踐模塊的實(shí)施，不僅要考慮課程內(nèi)容對單工種的要求與可操作性，同時還要綜合性考慮模塊的課程性質(zhì)、排課時間、學(xué)生認(rèn)知周期及多工種交叉次數(shù)等。因此，合理規(guī)劃綜合性課程時間節(jié)點(diǎn)至關(guān)重要。

圖1 設(shè)計性綜合實(shí)踐模塊時間節(jié)點(diǎn)

1. 對于帶有設(shè)計性的綜合性實(shí)踐模塊，在課程時間節(jié)點(diǎn)規(guī)劃方面要平衡作品構(gòu)思需要的時間以及前期傳統(tǒng)基礎(chǔ)加工的認(rèn)知時間。結(jié)合我校學(xué)生的設(shè)計能力，一般來說作品整體構(gòu)思需要2—3天，在綜合實(shí)訓(xùn)項目前的基礎(chǔ)加工認(rèn)知需要3—4天，隨后才能進(jìn)入具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段以及實(shí)操加工驗證階段，其時間節(jié)點(diǎn)規(guī)劃不能按照傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)周期連續(xù)運(yùn)行，而應(yīng)采取間斷的分時進(jìn)行。以我校4周機(jī)類金工實(shí)習(xí)為例，需先完成1周的傳統(tǒng)基礎(chǔ)加工認(rèn)知和穿插其中的綜合設(shè)計作品整體思路設(shè)想，隨后回到正常的專業(yè)課教學(xué)中，并在專業(yè)課教學(xué)中根據(jù)綜合設(shè)計作品設(shè)想逐步完成具體的結(jié)構(gòu)并不斷優(yōu)化。待設(shè)計成熟后，繼續(xù)回到工程訓(xùn)練中心完成剩下3周的加工驗證，具體時間節(jié)點(diǎn)如圖1所示。需要指明的是，綜合設(shè)計選題需符合學(xué)生現(xiàn)有階段的工程能力，而若以學(xué)生正在參與或?qū)⒁獏⑴c的大學(xué)生創(chuàng)新競賽項目作為設(shè)計性綜合實(shí)訓(xùn)項目選題，一般來說整體設(shè)想構(gòu)思時間可以縮減，相應(yīng)的具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化時間可以適當(dāng)增加。

在此類綜合性實(shí)踐模塊下，中心在2018級機(jī)械制造及過程的學(xué)生中進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，以三維運(yùn)動控制平臺為目標(biāo)載體，應(yīng)用3D軟件建模自主設(shè)計平臺結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同的功能需求。實(shí)習(xí)共進(jìn)行20天，具體安排的時間節(jié)點(diǎn)如表1所示。

表1 三維運(yùn)動控制平臺時間節(jié)點(diǎn)規(guī)劃

實(shí)習(xí)階段任務(wù)布置具體內(nèi)容安排時間規(guī)劃 第一階段目標(biāo)載體認(rèn)知明確平臺功能與設(shè)計難點(diǎn)分析實(shí)習(xí)第1天 整體結(jié)構(gòu)構(gòu)思完成三維平臺的疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)思實(shí)習(xí)第2、3天 傳統(tǒng)加工認(rèn)知對傳統(tǒng)加工（車鉗銑）、數(shù)控加工、特種加工、鑄造生產(chǎn)等進(jìn)行認(rèn)知實(shí)習(xí)第4—6天 第二階段學(xué)生與指導(dǎo)教師交流優(yōu)化階段結(jié)合加工過程設(shè)計出具體的三維模型細(xì)節(jié)，包括材料的選擇、零件的加工、電控件的選用、裝配組件等環(huán)節(jié)專業(yè)課學(xué)習(xí)階段（周期4周） 第三階段加工驗證與反饋優(yōu)化階段對平臺組件進(jìn)行工程拆圖，在教師的指導(dǎo)下完成零件的加工與結(jié)構(gòu)改進(jìn)實(shí)習(xí)第7—14天 平臺的裝配與電控系統(tǒng)調(diào)試實(shí)習(xí)第15—19天 綜合作品提交與評價實(shí)習(xí)第20天

通過對創(chuàng)新平臺的設(shè)計，使學(xué)生的3D造型能力得到了大幅度的提升，工程思路也更為嚴(yán)謹(jǐn)且具有實(shí)用性。同時，通過參與平臺的加工過程，使所設(shè)計的平臺組件更加簡單實(shí)用，工程圖紙更為規(guī)范，最終呈現(xiàn)的作品充滿創(chuàng)造力和藝術(shù)性，如圖2所示。

圖2 平臺項目部分三維作品與實(shí)體作品

此類作品不僅有效地提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力與工程創(chuàng)造能力，還打破了學(xué)生的難以創(chuàng)新、不愿創(chuàng)新的思維慣性，所設(shè)計的平臺作品參加創(chuàng)新競賽，獲得了省級獎項若干，大大提升了學(xué)生的自信心。

2. 對于帶有跨工種交叉性的綜合實(shí)踐模塊，需考慮項目本身所應(yīng)有的合理工藝流程與加工規(guī)則，并需考慮學(xué)生的認(rèn)知程度。因此在制定此類實(shí)踐課程時間節(jié)點(diǎn)時，最應(yīng)先關(guān)注在實(shí)訓(xùn)周期里單工種的交叉次數(shù)以及學(xué)生實(shí)習(xí)批次的合理分流[10]。

一般來說，單工種的交叉次數(shù)不宜超過4種，每工種的工藝流轉(zhuǎn)次數(shù)不宜超過2次，單工種的實(shí)習(xí)批次一般以10—12次為宜，不然實(shí)訓(xùn)流轉(zhuǎn)編排較難。

例如，在普銑加工的分度件（“塔身”）上采用特種激光雕刻加工的方法增加個性化元素，同時利用線切割加工薄板制成“塔頂”，再利用焊接將其固定到分度件上，形成具有個性創(chuàng)意的“寶塔”分度件，其跨工種數(shù)量為4個，單工種循環(huán)次數(shù)為1次?？紤]此類實(shí)踐模塊需要一定的時間周期且連續(xù)性較強(qiáng)，故循環(huán)周期以2周的時間為一個跨度為宜，在其前后穿插綜合實(shí)踐模塊以外的獨(dú)立實(shí)訓(xùn)模塊，如量檢具認(rèn)知模塊、機(jī)器人實(shí)習(xí)模塊、工程材料認(rèn)知模塊等，具體時間節(jié)點(diǎn)如圖3所示。

圖3 跨工種綜合實(shí)踐模塊時間節(jié)點(diǎn)

（三）綜合實(shí)踐模塊的成本及耗材規(guī)劃

由于受限于模塊的循環(huán)周期和模塊所需材料消耗以及成本回報率等多方面原因，導(dǎo)致合理的、推廣性較強(qiáng)的綜合實(shí)踐模塊不易確定。因此，建設(shè)綜合實(shí)踐模塊教學(xué)體系還需合理地優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)備資源，同時應(yīng)選擇個性化、設(shè)計性較強(qiáng)的產(chǎn)品以減少材料的消耗。在跨工種交叉性綜合實(shí)踐模塊規(guī)劃中，必須要有效地提高材料的利用率。例如，在前述“寶塔”分度件的綜合訓(xùn)練中，普銑加工的成本耗材為圓棒毛坯和圓柱銑刀等，線切割耗材為3 mm鐵板和鉬絲，焊接加工的耗材為焊條，這與單工種訓(xùn)練的耗材幾乎相同，而特種加工和現(xiàn)代數(shù)控加工屬于精加工，一般不應(yīng)增加更多的原材料耗材，僅刀具成本有所增加。對于帶有設(shè)計性綜合實(shí)踐模塊，特別是機(jī)電融合的綜合實(shí)踐模塊，模塊本身的設(shè)計性較強(qiáng)，成本較高，一般建議分組進(jìn)行，每組5—6人。每組中的個人都有自己的分工并通過綜合創(chuàng)新設(shè)計共同完成一個創(chuàng)新性作品，后續(xù)通過加工最終實(shí)現(xiàn)。多人共同設(shè)計一個作品的模式能夠較好地節(jié)約成本，而通過參加創(chuàng)新競賽的方式可以有效增加實(shí)習(xí)作品的回報率?？傊?，合理的耗材計劃是綜合實(shí)踐模塊的有力保障，成本管理建設(shè)也是綜合實(shí)踐模塊建設(shè)中非常重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（四）綜合實(shí)踐模塊的師資隊伍體系建設(shè)

綜合實(shí)踐模塊有區(qū)別于傳統(tǒng)的演示性教學(xué)方式，而多應(yīng)為引導(dǎo)性、指導(dǎo)性教學(xué)。對于帶有跨工種、交叉性、綜合性實(shí)踐項目，要求指導(dǎo)教師隊伍具有更強(qiáng)的綜合能力和多工種知識儲備。而對于帶有設(shè)計性的綜合實(shí)踐項目，人員結(jié)構(gòu)則更為復(fù)雜。由于我校中心的師資能力有限，在此類綜合實(shí)踐教學(xué)中一般采取組建實(shí)踐創(chuàng)新教師團(tuán)隊的形式，把不同工種的指導(dǎo)教師分配到各個團(tuán)隊，最大地發(fā)揮每個指導(dǎo)教師的專業(yè)優(yōu)勢。每個實(shí)踐創(chuàng)新教師團(tuán)隊一般為4—5名工程師（實(shí)驗師），各教師的角色分配分別為加工工藝指導(dǎo)教師、CAD/CAM設(shè)計指導(dǎo)教師、結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)教師、材料成型指導(dǎo)教師等。除建立綜合實(shí)踐創(chuàng)新教師團(tuán)隊以外，同時需要建立若干具有較高技能及較豐富加工經(jīng)驗的專業(yè)化加工團(tuán)隊，以保證綜合設(shè)計內(nèi)容向?qū)嶓w作品的順利轉(zhuǎn)化。專業(yè)化加工團(tuán)隊一般由教齡在20年以上，具有技師資質(zhì)和豐富加工經(jīng)驗的指導(dǎo)教師組成，包括傳統(tǒng)加工、現(xiàn)代加工、材料加工、電氣加工、特種加工等多領(lǐng)域。在每批次實(shí)習(xí)學(xué)生進(jìn)行分組后，實(shí)踐創(chuàng)新團(tuán)隊分帶幾個小組，把握學(xué)生的設(shè)計思路，保證其結(jié)構(gòu)合理性、加工可行性。專業(yè)化加工團(tuán)隊負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐加工，保證作品質(zhì)量，具體人員結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 設(shè)計性綜合實(shí)踐指導(dǎo)教師體系結(jié)構(gòu)

綜合性實(shí)踐課程體系建設(shè)符合未來實(shí)訓(xùn)中心的發(fā)展規(guī)劃，符合未來工程技術(shù)發(fā)展方向?qū)π鹿こ腆w系下人才的需求導(dǎo)向?；诰C合性實(shí)踐課程模塊下的金工實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容，有利于建成多元化、多角度的新型實(shí)訓(xùn)模式，激發(fā)學(xué)生實(shí)踐熱情，進(jìn)而提升金工實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的工程實(shí)踐能力。但綜合實(shí)踐模塊建立須有良好的工藝載體目標(biāo)，同時必須建立合理的時間節(jié)點(diǎn)規(guī)劃、成本耗材規(guī)劃、師資隊伍體系，才能保證綜合實(shí)踐項目順利施行。帶有跨工種交叉性的綜合實(shí)踐項目相比帶有設(shè)計性的綜合實(shí)踐項目更易于實(shí)現(xiàn)，也更適用于普遍的本科教學(xué)中。但是帶有設(shè)計性的綜合實(shí)踐項目對綜合性、創(chuàng)新性的要求更高，有利于本科生金工實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提升，也是未來工程訓(xùn)練不可缺少的發(fā)展方向之一。

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10.15916/j.issn1674-327x.2022.03.032

G642.1

B

1674-327X (2022)03-0127-04

2021-01-17

遼寧工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革研究項目(202064)；遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項目(444)

陳翔(1987-)，男，遼寧錦州人，高級實(shí)驗師。

(責(zé)任編輯：付春玲)