基于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目美育教育在數(shù)控車(chē)教學(xué)中的創(chuàng)新實(shí)踐

摘 要：金工實(shí)習(xí)是高等院校的一門(mén)實(shí)踐性質(zhì)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一，目前金工實(shí)習(xí)過(guò)程中教學(xué)方式單一，缺失美育教育。本文基于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，拓展工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容，在金工實(shí)習(xí)過(guò)程中將工程實(shí)踐教育與美育教育相融合。深入挖掘數(shù)控車(chē)編程和加工的優(yōu)勢(shì)，引領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)出具有趣味性和創(chuàng)新性的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手創(chuàng)新能力和獨(dú)立思考、解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及發(fā)現(xiàn)美、實(shí)現(xiàn)美的美育能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和工程意識(shí)的新時(shí)代大學(xué)生。

關(guān)鍵詞：美育教育；金工實(shí)習(xí)；工程實(shí)踐；數(shù)控車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Metalworking internship is a practical professional basic course in colleges and universities，and it is one of the important links of students' practical teaching.Based on the open experimental project，this paper expands the teaching content of engineering training，integrates engineering practice education and aesthetic education in the process of metalworking practice，deeply excavates the advantages of CNC lathe programming and machining，leads students to design interesting and innovative training content，cultivates students' handson innovation ability and independent thinking，solves practical problems，and discovers beauty to realize aesthetic education，and cultivates college students in the new era with innovation ability and engineering awareness.

Keywords：Aesthetic education；metalworking practice；engineering practice；CNC lathe

中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于全面加強(qiáng)和改進(jìn)新時(shí)代學(xué)校美育工作的實(shí)施意見(jiàn)》和教育部印發(fā)的《關(guān)于全面實(shí)施學(xué)校美育浸潤(rùn)行動(dòng)的通知》中指出將美育融入教育教學(xué)活動(dòng)各環(huán)節(jié)，潛移默化地彰顯育人實(shí)效，培養(yǎng)造就德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人［12］。美育一詞最早誕生于18世紀(jì)，由席勒在其創(chuàng)作的《美育書(shū)簡(jiǎn)》一書(shū)中正式提出，其詳細(xì)論述了美育概念及核心內(nèi)涵。新工科背景下，金工實(shí)習(xí)作為一門(mén)兼具實(shí)踐性和技術(shù)性的基礎(chǔ)課程，是應(yīng)用型本科院校不可或缺的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力方面是理論教學(xué)環(huán)節(jié)不能替代的。目前，大學(xué)生更側(cè)重于將精力與時(shí)間投入專(zhuān)業(yè)文化知識(shí)及實(shí)踐技能的學(xué)習(xí)中，而相對(duì)忽略了美育教育［34］。燕山大學(xué)工程訓(xùn)練中心以“工藝錘”為研究對(duì)象，通過(guò)將工程實(shí)踐教育與美育教育相融合，開(kāi)展全新的工程實(shí)踐教學(xué)模式［4］。

本文依托北京信息科技大學(xué)開(kāi)設(shè)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，解決課堂教學(xué)內(nèi)容深度不足的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)實(shí)中挖掘適用于數(shù)控車(chē)的元素，將工程實(shí)踐教育與美育教育相融合，開(kāi)展全新的工程實(shí)踐教學(xué)模式，增強(qiáng)金工實(shí)習(xí)的教學(xué)效果，提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力的同時(shí)，培育深厚的民族情感，激發(fā)想象力和創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生理解和形成基于美育教育的工程實(shí)踐價(jià)值觀，促進(jìn)學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀和審美觀，成為全面發(fā)展的、具備正確價(jià)值觀念的綜合應(yīng)用型人才［5］。

1 數(shù)控車(chē)教學(xué)存在的不足之處

1.1 學(xué)習(xí)實(shí)踐時(shí)長(zhǎng)不足，學(xué)生水平難以提升

目前，北京信息科技大學(xué)數(shù)控車(chē)編程及加工的實(shí)訓(xùn)時(shí)間比較短，根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)可以分為三個(gè)學(xué)時(shí)段——6學(xué)時(shí)、12學(xué)時(shí)和18學(xué)時(shí)。受課時(shí)的限制，本工種教學(xué)內(nèi)容有限。在教學(xué)時(shí)數(shù)不足的情況下，在保證學(xué)生安全的前提下，對(duì)金工實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的刪減，只能以演示性為主的教學(xué)模式來(lái)完成金工實(shí)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)，這不利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐意識(shí)的認(rèn)識(shí)和培養(yǎng)，也不利于對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。

1.2 原有數(shù)控車(chē)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目單一，難以提升學(xué)習(xí)興趣

目前，高等學(xué)校的實(shí)訓(xùn)任務(wù)及教學(xué)模式單一，這既不利于學(xué)生全面掌握各模塊知識(shí)與技能，也不利于培養(yǎng)學(xué)生整體分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力［67］。受實(shí)訓(xùn)時(shí)間的限制，數(shù)控車(chē)授課內(nèi)容僅限于簡(jiǎn)單零件的編程和加工。編程所用的材料、刀具和加工工藝過(guò)程不能任由學(xué)生選擇，因此，參加數(shù)控車(chē)編程和操作的學(xué)生僅僅是為了完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，不會(huì)主動(dòng)思考及探索數(shù)控車(chē)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有強(qiáng)烈的意愿去探索和解決實(shí)際問(wèn)題。

2 教學(xué)模式探索與實(shí)踐

2.1 開(kāi)設(shè)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，拓展教學(xué)內(nèi)容

近年來(lái)，北京信息科技大學(xué)為了提高學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源利用率，鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生積極參與科學(xué)研究和實(shí)踐探索，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，開(kāi)設(shè)了實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目。通過(guò)該項(xiàng)目將學(xué)校已有的教學(xué)資源進(jìn)行整合，基于已有的實(shí)驗(yàn)室、教師、設(shè)備、器材，拓展教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，設(shè)計(jì)一定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，或者提出一定要求引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)可實(shí)施的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以培養(yǎng)學(xué)生思考和解決問(wèn)題的能力。該校工程訓(xùn)練中心基于此項(xiàng)目，設(shè)置更加豐富的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，以解決金工實(shí)習(xí)課程學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題。

2.2 挖掘創(chuàng)意教學(xué)模式及要素

教師提出實(shí)訓(xùn)要求，引導(dǎo)學(xué)生挖掘出一些具有趣味性、挑戰(zhàn)性且有一定欣賞價(jià)值的美的創(chuàng)意要素。在數(shù)控車(chē)削實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生只對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的階梯軸進(jìn)行車(chē)削，對(duì)車(chē)削對(duì)象的設(shè)計(jì)、選材、切削三要素的理解，刀具選擇的意義，工序與工藝路線(xiàn)未能深入理解。因此，筆者在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目時(shí)，不設(shè)定具體加工對(duì)象，基于中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化傳承發(fā)展讓學(xué)生從現(xiàn)實(shí)中發(fā)現(xiàn)具有對(duì)稱(chēng)美、形態(tài)美、比例美的建筑或者景點(diǎn)提煉出回轉(zhuǎn)體模型作為可數(shù)控車(chē)加工的對(duì)象。這樣的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)既與實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)又有別于實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，把多學(xué)科知識(shí)融合后自主設(shè)計(jì)并加工出一個(gè)作品的過(guò)程提高了大學(xué)生的成就感。

2.3 立足立德樹(shù)人傳遞新時(shí)代美育觀念

新時(shí)代環(huán)境下，金工實(shí)習(xí)教學(xué)不僅擔(dān)負(fù)著工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的任務(wù)，而且承載著對(duì)學(xué)生價(jià)值觀的引導(dǎo)作用［810］。為了培養(yǎng)大學(xué)生健康成長(zhǎng)，應(yīng)以落實(shí)立德樹(shù)人任務(wù)、根植時(shí)代生活、傳承民族美育精神及遵循美育特征等為基準(zhǔn)，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)將工程實(shí)踐教育與美育教育相融合，開(kāi)展全新的工程實(shí)踐教學(xué)模式，正向引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)、感知和欣賞美，著重培育其追求、創(chuàng)造和實(shí)踐美，借助美育教育推動(dòng)大學(xué)生綜合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)以美育人，為國(guó)家建設(shè)和實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興提供人才支撐。

3 設(shè)計(jì)創(chuàng)意作品及編程加工

3.1 個(gè)性化設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)方案

不給學(xué)生設(shè)限，即不給固定的數(shù)控車(chē)加工對(duì)象，而是建議學(xué)生從現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)現(xiàn)美，尋找適合數(shù)控車(chē)加工的回轉(zhuǎn)體，可以從中國(guó)的著名景點(diǎn)中尋找，如天壇公園的祈年殿、杭州西湖的三潭印月、上海外灘的明珠塔，這些景點(diǎn)的主體都可以提取出回轉(zhuǎn)體的模型。

3.2 建立以天壇公園的祈年殿為例的加工模型

祈年殿是天壇公園的主體建筑，主殿采用圓形單檐，殿頂覆蓋藍(lán)色琉璃瓦，最頂端是鎏金寶頂，造型別致優(yōu)美，如圖1所示。

3.3 工藝分析

祈年殿呈回轉(zhuǎn)體，適合數(shù)控車(chē)加工。主要的加工輪廓為圓柱面和圓弧面。學(xué)生根據(jù)歷史文獻(xiàn)、考古資料以及現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，獲取祈年殿的高度等數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行三維數(shù)字化建模，確保模型的比例、形態(tài)等與原物相符，最終祈年殿的外觀設(shè)計(jì)如圖2所示。根據(jù)棒料的尺寸，確定模型的最終尺寸。同時(shí)，考慮數(shù)控車(chē)加工的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)需要合理優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)，以便于車(chē)削加工。

3.4 材料的選擇

對(duì)于數(shù)控車(chē)加工而言，要選擇易切削材料。學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)得知，適合數(shù)控車(chē)的材料可以選擇硬度合適的金屬、木材、非金屬等，金屬材料中鋁合金、黃銅屬于易切削加工材料，最終確定選用更適合加工的鋁合金作為切削加工材料。

3.5 程序編寫(xiě)與仿真加工

基于模型的尺寸和形態(tài)，編寫(xiě)加工程序。程序中詳細(xì)設(shè)定刀具路徑、切削速度、進(jìn)給量等參數(shù)。根據(jù)圖2結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，該零件先進(jìn)行粗加工，選用90°外圓車(chē)刀，切除余料和端面，再用G73進(jìn)行粗加工。應(yīng)注意如圖3所示的圓圈所圈定的三個(gè)位置，如果選用90°外圓車(chē)刀，刀具的后刀面會(huì)與已加工表面發(fā)生干涉；如果選用車(chē)間已有93°V型車(chē)刀，在切削時(shí)，刀具的副后刀面是否會(huì)與已加工表面發(fā)生干涉呢？毫無(wú)疑問(wèn)，還是會(huì)發(fā)生干涉。選用一次成型加工法時(shí)，根據(jù)零件的形狀選定副偏角較大的車(chē)刀，此副偏角要大于圖3a中圓圈圈定區(qū)域中的斜線(xiàn)與水平線(xiàn)的右側(cè)夾角。若選用93°V型刀進(jìn)行加工，為了防止夾刀，則要改為如圖3b所示的形狀，然后通過(guò)切斷刀車(chē)削成圖2所示的工件。選擇93°V型刀的加工工藝路線(xiàn)如下表所示。

在正式加工前，進(jìn)行程序仿真，模擬整個(gè)加工過(guò)程，檢查是否存在干涉、過(guò)切、空刀過(guò)多等問(wèn)題，若有問(wèn)題，則進(jìn)行必要的調(diào)整優(yōu)化，確保程序準(zhǔn)確無(wú)誤。在粗、精車(chē)整個(gè)輪廓后，用切斷刀沿著圖3b中虛線(xiàn)進(jìn)行加工，最終得到我們想要的祈年殿模型如圖4所示。

結(jié)語(yǔ)

依托開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，拓展金工實(shí)習(xí)授課內(nèi)容，將工程訓(xùn)練與新時(shí)代美育相融合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)美，利用慧眼選題。在數(shù)控車(chē)加工天壇公園祈年殿的過(guò)程中，通過(guò)金屬工藝?yán)碚?、材料學(xué)、藝術(shù)設(shè)計(jì)等多學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)融合，實(shí)現(xiàn)建模、選材、編程、仿真、調(diào)整優(yōu)化程序、加工，實(shí)現(xiàn)美育教育。在金工實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)中，將工程實(shí)踐教育與美育教學(xué)相結(jié)合，全面提升學(xué)生的文化理解、審美感知、藝術(shù)表現(xiàn)、創(chuàng)意實(shí)踐等核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)樹(shù)德、增智、強(qiáng)體、美育的目的。

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基金項(xiàng)目：北京信息科技大學(xué)課程思政項(xiàng)目：《金工實(shí)習(xí)》課程思政的教學(xué)改革與實(shí)踐（項(xiàng)目號(hào)：2022JGSZ04）

作者簡(jiǎn)介：尹文紅（1976— ），女，漢族，博士研究生，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事工程訓(xùn)練金工教學(xué)理論研究以及金屬材料研究。