應(yīng)用型本科高?！短胤N加工技術(shù)》課程教學(xué)改革
——基于銅陵學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐

王東生 王涇文

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244061）

一、引言

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)以培養(yǎng)系統(tǒng)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)與制造理論知識(shí)，受到現(xiàn)代工程師的良好訓(xùn)練，能從事機(jī)械工程領(lǐng)域設(shè)計(jì)制造、應(yīng)用研究、科技開(kāi)發(fā)、管理營(yíng)銷(xiāo)工作的高級(jí)應(yīng)用型專(zhuān)門(mén)人才為目標(biāo)[1]，而《特種加工技術(shù)》課程是該專(zhuān)業(yè)重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)方向課。現(xiàn)階段應(yīng)用型本科高校的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，一方面存在難教，學(xué)生不愿意學(xué)的問(wèn)題[2]，另一方面又面臨卓越工程師培養(yǎng)、新工科建設(shè)、工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證及“一流專(zhuān)業(yè)、一流課程”雙萬(wàn)計(jì)劃建設(shè)等諸多挑戰(zhàn)，原專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案已不能滿(mǎn)足人才培養(yǎng)需求，急需進(jìn)行課程教學(xué)改革并調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性[3]。文中以銅陵學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的《特種加工技術(shù)》課程為例，在介紹其教材、師資、硬件等方面優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，深入探究了課堂教學(xué)改革和實(shí)踐創(chuàng)新等具體措施，并對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了討論，以期給應(yīng)用型本科高校課程教學(xué)改革提供一定的參考。

二、《特種加工技術(shù)》課程優(yōu)勢(shì)

（一）教材

課程選用了北京大學(xué)出版社的《特種加工》(第2版)，該教材為高等院校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新規(guī)劃教材，教材結(jié)合主編南京航空航天大學(xué)劉志東教授及其團(tuán)隊(duì)在特種加工、精密加工及微細(xì)加工等領(lǐng)域近三十余年的教學(xué)、科研及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)闡述了特種加工工藝方法的基本原理、加工規(guī)律、設(shè)備構(gòu)成、加工特點(diǎn)及主要應(yīng)用[4]。教材主要用于高等工業(yè)院校機(jī)械專(zhuān)業(yè)特種加工課程教材，也可以供機(jī)械制造、精密儀器、機(jī)電一體化、模具設(shè)計(jì)與制造等專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生選用，同時(shí)可供從事特種加工生產(chǎn)方面的工程技術(shù)人員及技術(shù)工人作為培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的參考。特別是該教材配套了100多段特種加工視頻，并以?huà)呙瓒S碼形式呈現(xiàn)，可以利用移動(dòng)設(shè)備掃描后在線(xiàn)觀看，視頻介紹了特種加工方法在生產(chǎn)中的新應(yīng)用，方便學(xué)習(xí)教材時(shí)對(duì)特種加工有更感性的認(rèn)識(shí)。

（二）師資

《特種加工技術(shù)》課程主講教師畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，碩博連讀期間、博士后期間及到銅陵學(xué)院工作以后一直從事特種加工技術(shù)研究，其不僅對(duì)教材所涉及的特種加工技術(shù)內(nèi)容熟悉，而且了解特種加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，并跟蹤國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)的最新進(jìn)展?？梢詫€(gè)人的相關(guān)研究成果、課題組的相關(guān)研究成果及相關(guān)研究的最新進(jìn)展融入到課程中，將教學(xué)和科研有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮教學(xué)的言傳和科研的身教協(xié)同育人作用。

（三）硬件

依托工程液壓機(jī)器人安徽普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及銅陵市增材制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，優(yōu)先采購(gòu)教學(xué)與科研通用設(shè)備，重點(diǎn)建設(shè)了增材制造、特種加工等相關(guān)教學(xué)科研平臺(tái)。其中增材制造實(shí)驗(yàn)室已采購(gòu)選區(qū)激光熔化SLM裝備，微滴噴射3D打印機(jī)等增材制造設(shè)備；而特種加工實(shí)驗(yàn)室配備了電火花線(xiàn)切割機(jī)床、電火花成型機(jī)床等。學(xué)校這些先進(jìn)設(shè)備不僅可用于教師的科研，同時(shí)為《特種加工技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)提供了硬件條件，另外也是學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的依托平臺(tái)。

三、《特種加工技術(shù)》課程教學(xué)改革

（一）課堂教學(xué)改革

1.教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展

《特種加工技術(shù)》課程教學(xué)大綱只有32學(xué)時(shí)，教學(xué)課時(shí)少、內(nèi)容多，但為了擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程和專(zhuān)業(yè)的興趣，在教材的基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，注重學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。對(duì)教材的內(nèi)容，通過(guò)學(xué)生課前預(yù)習(xí)與課后自學(xué)相結(jié)合，采用核心內(nèi)容重點(diǎn)講解和一般知識(shí)快速梳理的策略，解決課程內(nèi)容與課時(shí)的矛盾。擴(kuò)展知識(shí)主要包括任課教師在特種加工技術(shù)方面所做的具體科學(xué)研究和服務(wù)社會(huì)工作，教材主編及其團(tuán)隊(duì)在特種加工技術(shù)方面的研究及應(yīng)用，相關(guān)特種加工技術(shù)國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展等等，充分發(fā)揮科研提升教學(xué)的效果，如介紹教材主編及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)電火花線(xiàn)切割實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體晶體的定向切割，用于X射線(xiàn)標(biāo)定裝置；突破了電火花超大厚度線(xiàn)切割，應(yīng)用于超導(dǎo)托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)堆中磁體加工；通過(guò)電沉積納米晶鎳制備破甲彈藥型罩，比常規(guī)破甲彈藥型罩射流提高10-15%，破甲能力提高20-30%等應(yīng)用實(shí)例。

2.線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)

相對(duì)與傳統(tǒng)的線(xiàn)下教學(xué)或單純的線(xiàn)上教學(xué)，線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)模式是當(dāng)前高校最關(guān)注的教學(xué)方式，其在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加強(qiáng)教學(xué)互動(dòng)性、教學(xué)多元化等方面都有著明顯的先進(jìn)性和優(yōu)越性[5]?！短胤N加工技術(shù)》課程在傳統(tǒng)線(xiàn)下教學(xué)的同時(shí)，基于線(xiàn)上教學(xué)平臺(tái)建立線(xiàn)上課程，采用課堂線(xiàn)下學(xué)習(xí)為主并輔以線(xiàn)上教學(xué)平臺(tái)使用，課堂以外以線(xiàn)上教學(xué)為主的混合學(xué)習(xí)方式，深度融合現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)。在課堂教學(xué)中充分利用線(xiàn)上平臺(tái)的各種功能，如簽到、選人、投票、搶答、多屏互動(dòng)、測(cè)驗(yàn)等，增加與學(xué)生的互動(dòng)。對(duì)課前預(yù)習(xí)、課后自習(xí)、作業(yè)等內(nèi)容，按照教學(xué)計(jì)劃，提前在平臺(tái)上準(zhǔn)備教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)行資料推送，通過(guò)設(shè)定任務(wù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)督促學(xué)生按時(shí)完成線(xiàn)上學(xué)習(xí)任務(wù)。

3.課程思政

在2016年的全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上，習(xí)近平總書(shū)記要求堅(jiān)持立德樹(shù)人，把思想政治工作作為教育的中心環(huán)節(jié)，要把全程育人、全方位育人貫穿教育教學(xué)的全過(guò)程，努力實(shí)現(xiàn)我國(guó)高等教育事業(yè)的新局面。高校思想政治工作不僅是思政課程的責(zé)任，更要融入專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)過(guò)程中，從而實(shí)現(xiàn)“思政課程”向“課程思政”的轉(zhuǎn)變[6]。

在《特種加工技術(shù)》課程教學(xué)，積極將思想政治內(nèi)容溶于應(yīng)用實(shí)例中及時(shí)政中。如介紹電火花線(xiàn)切割用于X射線(xiàn)標(biāo)定裝置的半導(dǎo)體晶體時(shí)，指出在國(guó)內(nèi)攻克這個(gè)技術(shù)之前，所有的X射線(xiàn)標(biāo)定裝置的半導(dǎo)體晶體都需要委托日本企業(yè)加工，不僅加工費(fèi)極其高昂，一個(gè)半導(dǎo)體晶體加工費(fèi)超過(guò)一百萬(wàn)人民幣，而且?guī)滋炀涂杉庸ね瓿傻陌雽?dǎo)體晶體，簽訂合同時(shí)都是半年甚至一年交貨，故意拖延交貨，嚴(yán)重影響到國(guó)內(nèi)X射線(xiàn)標(biāo)定裝置的生產(chǎn)。在光伏產(chǎn)業(yè)風(fēng)口發(fā)展起來(lái)的太陽(yáng)能硅片電火花線(xiàn)切割技術(shù)現(xiàn)在在定向電火花線(xiàn)切割半導(dǎo)體材料方面發(fā)光發(fā)熱，不僅突破了技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)自主生產(chǎn)，加工成本遠(yuǎn)低于日本企業(yè)，而且質(zhì)量?jī)?yōu)于日本企業(yè)。這個(gè)技術(shù)起步于任課老師的同門(mén)同學(xué)，讓學(xué)生明白科研并沒(méi)有那么神秘、創(chuàng)新并沒(méi)有那么難，懂得處處是創(chuàng)造之地，天天是創(chuàng)造之時(shí)，人人是創(chuàng)造之人的道理。在介紹到某些技術(shù)國(guó)內(nèi)與國(guó)外差距時(shí)，會(huì)結(jié)合時(shí)政講國(guó)外對(duì)中國(guó)技術(shù)的限制、美國(guó)與中國(guó)的貿(mào)易戰(zhàn)等等，從而激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷、學(xué)習(xí)熱情以及社會(huì)責(zé)任感。

（二）實(shí)踐創(chuàng)新

1.課程實(shí)驗(yàn)改革

根據(jù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)硬件條件，特別是工程液壓機(jī)器人安徽普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及銅陵市增材制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，及時(shí)修訂了《特種加工技術(shù)》課程教學(xué)大綱，設(shè)置了電火花線(xiàn)切割和增材制造二個(gè)實(shí)驗(yàn)。課程實(shí)踐完全棄用了常規(guī)的演示性實(shí)驗(yàn)，而且將綜合性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，每個(gè)小組實(shí)驗(yàn)對(duì)象需要自己設(shè)計(jì)，除課程知識(shí)外，另外需要結(jié)合專(zhuān)業(yè)相關(guān)的二維及三維軟件設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析等課程才能完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而充分培養(yǎng)學(xué)生的理論結(jié)合實(shí)踐能力、動(dòng)手操作能力及綜合應(yīng)用知識(shí)能力。

電火花線(xiàn)切割實(shí)驗(yàn)基于DK7720高速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床，每個(gè)小組需要分別采用AutoCAD繪制線(xiàn)切割輪廓并存為DXF文件和在機(jī)床的X8系統(tǒng)上繪圖，并生成加工軌跡DFT文件，分別實(shí)現(xiàn)常規(guī)線(xiàn)切割，錐度切割和上下異面切割。增材制造實(shí)驗(yàn)基于NCL-M2150T選區(qū)激光熔化SLM裝備，在軟件及設(shè)計(jì)方面，要求學(xué)生用三維軟件實(shí)現(xiàn)典型增材制造零件的建模，建模過(guò)程需要綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)及有限元結(jié)構(gòu)分析，實(shí)現(xiàn)零件輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)，并生成STL文件，然后用Materialise Magics及AutoFab軟件實(shí)現(xiàn)打印零件加支撐及切片（設(shè)置激光功率、掃描速度、成型厚度、掃描軌跡等工藝參數(shù)）過(guò)程；在具體成型階段，需要學(xué)生了解并掌握粉末除濕柜保存，成型前粉末真空干燥箱預(yù)熱，NCL-M2150T主設(shè)備成型，成型零件真空熱處理爐退火，線(xiàn)切割機(jī)床實(shí)現(xiàn)試樣與基板分離，萬(wàn)能工具磨床實(shí)現(xiàn)基板磨平再使用，粉末篩分機(jī)收回粉末等全流程操作，如果采用復(fù)合粉末成型還需要采用實(shí)驗(yàn)行星高能球磨儀球磨獲得待成型粉末。

2.行業(yè)實(shí)踐

機(jī)械工程學(xué)院已與國(guó)內(nèi)特種加工技術(shù)行業(yè)相關(guān)的銅陵元一精工機(jī)械有限公司、安徽中科春谷激光產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司等建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系，如銅陵元一精工機(jī)械有限公司為第四批安徽省重大新興產(chǎn)業(yè)工程：“高端裝備制造－－銅陵經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)集成電路（半導(dǎo)體）智能化儀器儀表重大新興產(chǎn)業(yè)工程”承擔(dān)單位之一，其主要采用電火花線(xiàn)切割和電火花成型制造高密度半導(dǎo)體封裝模具，學(xué)院與公司聯(lián)合申報(bào)了銅陵市重點(diǎn)研究與開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目及銅陵市半導(dǎo)體封裝模具工程技術(shù)研究中心；而安徽中科春谷激光產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司是第五批安徽省重大新興產(chǎn)業(yè)專(zhuān)項(xiàng)：“高端裝備制造——蕪湖繁昌區(qū)增材制造（3D打?。┲卮笮屡d產(chǎn)業(yè)專(zhuān)項(xiàng)”主承擔(dān)單位，學(xué)院與公司雙方基于資源共享與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、高校與地方融合與協(xié)同創(chuàng)新、互利共惠與攜手發(fā)展的合作原則，進(jìn)行了全方位的合作。這些產(chǎn)學(xué)研基地不僅給機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供了良好的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，而且讓學(xué)生接觸到特種加工技術(shù)行業(yè)前端，獲得行業(yè)實(shí)踐機(jī)會(huì)，對(duì)學(xué)生增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)、鞏固專(zhuān)業(yè)知識(shí)及進(jìn)入相關(guān)行業(yè)工作提供了很好的條件。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)選教材，配強(qiáng)師資，提升硬件，結(jié)合課堂教學(xué)改革和實(shí)踐創(chuàng)新，較大的提升了我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)《特種加工技術(shù)》課程及至專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)興趣和效果。學(xué)生不僅很好的掌握了《特種加工技術(shù)》知識(shí)，而且通過(guò)綜合應(yīng)用知識(shí)和動(dòng)手能力訓(xùn)練，大大提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力，另外也培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)和科研興趣。該專(zhuān)業(yè)很多學(xué)生的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、銅陵學(xué)院大學(xué)生科研基金項(xiàng)目及學(xué)科競(jìng)賽會(huì)結(jié)合特種加工技術(shù)選題，此外每年都有多個(gè)學(xué)生報(bào)考主講教師母校的研究生，已有多人就讀/畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)的特種加工方向，并從事相關(guān)方向的教學(xué)及科研工作。