机械工艺学教学实践探析

2013-03-29 16:43:52 来源:写作指导

适应海峡西岸经济区的机械制造产业

机械工业是福建省“十二五”计划期间的三大主导产业之一,福建省紧紧把握建设海峡西岸经济区战略目标,围绕机械制造这个支柱产业,以海峡西岸优良的天然良港为依托,加快临海战略型机械产业及机械产业集群的发展。机械产业及其产业集群发展是建设海峡西岸经济区的重要依托。经过几年有效的产业集群的形成和区域发展战略的实施,培育发展一批具有强竞争力的企业相对集中的机械制造新兴产业,涌现一批初具规模的海西机械产业及机械产业集群重点区域。

适应海西机械产业发展,精简制造类课程,强化课程体系建设

为了适应海峡西岸经济区的机械制造产业发展要求,课程体系的建设是强化教学目的的关键,长期以来,高等院校机械专业制造类传统课程主要有:《金属切削原理及刀具设计》、《金属切削机床》、《金属工艺学》、《机床夹具》、《机械制造工艺学》、《工程材料与热处理》等专业课程,这些课程内容丰富、系统性强、衔接性强。学生通过这些课程理论系统学习、课程设计,初步具备刀具设计、机床设计,工艺分析及规程编制、夹具等工装设计的能力。随着科学技术的发展和市场需求的变化,要求工程技术人员具有宽知识面、创新和跨学科分析解决工程问题的能力,因此,在机械类专业的培养体系中,单纯的工程设计及制造能力的培养已不足以满足社会的需求,为了拓宽机类、机电信息类和管理类的知识,课程体系中增设了数控技术、计算机信息技术、微电子技术、管理经济类课程,这些课程的增设为学生培养全方面素质提供了条件,但挤压了传统机械制造类课程的课时空间。

为了适应学科的发展和课程改革的需要,我院从90年代开始陆续对制造类的课程进行体系建设,根据课程的内容和特点,重新规划设置制造类基础课和核心课,经过充分论证的基础下,参照兄弟院校的经验,结合特色专业点建设要求,将《工程材料与热处理》、《金属工艺学》(热加工部分)合并成一门《工程材料及成型技术》专业基础课,课程学时为60;将《金属工艺学》(冷加工部分)、《特种加工》、《金属切削原理及刀具设计》、《金属切削机床》合并为《机械加工工艺基础》专业基础课,课程学时为50;将《机床夹具设计》内容合并入《机械制造工艺学》课程、形成新的《机械制造工艺学》专业核心课,课程学时为60。同时,为了配合理论课程的学习,在制造类实践课程体系中,设置《工程训练》4周,《机械认识实习》2周,《工艺课程设计》2周,为了强化工艺分析和工程实践能力,将《工艺认识实习》和《毕业生产实习》相结合,将毕业实习定位为以工艺为主的《工艺生产实习》,实习时间为4周。在这样的培养体系中,《机械制造工艺学》作为制造类核心课程,在学生掌握了工程材料、公差、刀具、机床、金属冷热成型的基础理论前提下,它侧重于机械制造工艺系统内在规律的研究,同时对基础理论作了适当的延伸,并结合生产实践的知识,充分地培养学生扎实的工艺分析,设计能力及一定的开拓创新能力,符合大工程机械类专业人才的培养目标。

优化教学内容,使教学内容模块化、层次化

《机械制造工艺学》课程教学内容可优化为四个模块,第一、理论授课模块,主讲授机械制造过程中影响加工质量的各种因素及制定加工、装配工艺规程的有关原则和分析计算等。第二、实验模块,主要通过学生动手实践的方式,在专用的实验设备的基础下,强化对工艺过程中一些工艺参数、工艺规律的理解。第三、工艺生产实习实践模块,要求学生在生产现场了解机械制造过程的生产特点、组织形式、管理模式、以及具体刀具、夹具、量具、机床等装备,锻炼学生在机械制造过程中发现问题和解决问题的能力,提高学生实践认知能力。第四、工艺课程设计模块,利用教师科研中、工艺生产实习中一些典型的工艺零件,作为课程设计的对象,分析零件加工工艺特点,编制合理的工艺规程,合理设计一些重要工序的工装夹具及完成相关计算等。通过课程设计直接培养学生工程设计能力。在课程内容四个模块的教学组织上,按前述的时间顺序安排教学,同时遵循“理论—实践—再实践”的方法论来组织教学,在理论学习中增强实践感知能力,在实践中体会真知。在理论授课模块中内容安排上,围绕“工艺、成本、效益”原则展开,在保证加工零件质量效益的前提下,采用科学合理的工艺,使得生产成本最小化。因此将课程内容可以进一步细化为五个子模块,依次为工艺基础知识模块、机械加工质量模块、加工工艺规程模块、装配工艺模块、制造新工艺、新方法模块。

工艺基础知识模块主要指机械制造过程中生产规模及工艺特点、工件的六点定位原理、粗精基准概念及选择原则、机械加工工业过程的基本概念等;机械加工质量模块主要指机械制造过程中,影响工件加工精度、表面质量的各种工艺因素及其控制工艺措施等;加工工艺规程模块指制定一个零件完整工艺规程的过程及相关工艺尺寸链计算等;装配工艺模块指机器装配工艺过程及相关装配尺寸链计算;制造的新工艺、新方法模块指现代制造工艺理论和方法。在5个模块的内容衔接上,采用三个典型零件(凸轮轴类零件、变速箱箱体零件、连杆零件)为例子,首先分析零件加工表面工艺特点、在分析工艺特点过程中引入讲授工艺基础知识比如六点定位原理、工件的夹紧以及工序、工位、工艺系统等基本概念,其次,根据三个典型零件的加工要求,制订合理的机械加工工艺规程,在这个过程中,引入工件的加工方法选择、工艺路线的安排、工艺规程制定及相关工艺尺寸链计算等内容,同时在加工工艺规程制定中,分析各种因素对加工精度和表面质量的影响,以及控制这些因素的措施和方法,紧接着通过机器装配,把三个零件装配到发动机,在这个过程中,引入讲授装配工艺规程的制定、装配结构工艺性分析、装配精度分析、装配方法、装配尺寸链计算等,最后,利用一个PROE软件完成零件几何建模、工艺分析、加工及工艺规程制订,通过这样一个完整过程,展开介绍一些先进制造新工艺、新理论、新方法。这样,通过一些典型零件的制造过程,把理论授课5个模块的内容有机地衔接起来,在衔接的过程中,深入理解、掌握工艺基础理论知识和典型零件的加工、装配工艺流程。

实验教学模块含4-6个学时,主要安排2-3个实验内容,依次为:典型夹具的分析及绘制、活塞销的加工误差统计分析、CA6140车床主轴回转误差测量、磨床磨头的动态特性测试分析。通过实验模块的实践教学,加强学生对影响加工误差和表面质量的工艺因素的理解,进一步掌握零件加工误差的因素分析法和统计分析法,以及掌握工艺系统动刚度概念。工艺生产生产模块是课程理论授课结束后,集中到学院的两个生产实习教学基地实习(湖北十堰二汽实习基地、中国洛阳第一拖拉机制造集团实习基地),通过在发动厂、装配厂、工装厂、模具厂、油嘴油泵厂、工程机械厂、收获机械厂等基地分厂的车间实习,完成实习手册的记录、一张夹具装配图的绘制,一个工艺专题报告、一篇实习心得体会。其中实习手册的记录要求包含各个专业厂的指定典型零件的工艺流程、工装夹具等设备的详细内容。工艺课程设计模块主要是根据在生产实习期间,指定一个典型的拨叉类零件为对象,编制其工艺规程、选择一道工序的工装夹具设计、一份设计说明书等。课程的教学内容模块化,各个模块内容相辅相成,组成了一个有机的整体,在具体的教学实践过程中,根据每一个教学模块的内容、特点、教学要求和教学目标,分别采用不同的方法教学,取得了较好的教学效果。#p#分页标题#e#

改革实践环节,增强课程工程性

教师在授课过程中,应结合生产中遇见的工艺性问题来教授工艺理论知识,从生产的实际引入工艺的理论知识,通过理论知识的讲授,即分析了问题,又解决了问题。在这个教学过程中,不仅促进了课程设置的改革和教学内容的更新,而且提高了学生的工程分析和解决工程问题的能力。同时,克服了传统教学中理论与实践相脱节的缺陷,使理论授课内容和工程实际相结合,这不但巩固学生基础理论知识,而且能使学生知识结构以及对知识的掌握从深度和广度两个方面进行扩展,同时又能调动学生参与实践的积极性,进一步提高学生的工程设计能力和工艺能力,提高了应用性人才的培养质量。

随着现代科学技术的不断发展,机械制造学科也不断向前发展,出现一些新工艺、新方法,在生产实际过程中,出现新现象、新问题,如何分析这些现象以及对新现象规律的总结,探索未知领域的知识,是科技工作者努力的方向,作为机械类专业的本科生来说,培养其具有一定的科学研究的能力也是人才培养的必然要求。因此,为了鼓励学生积极参与科学研究活动,我们在课程实验环节中,将一些与机械制造工艺学课程相关的科研课题,如主轴回转误差测试分析、机床导轨误差补偿、机床热变形等,都通过实验环节,让学生利用实验装置自己动手设计实验方案,来研究工艺知识,或验证书本上学过的理论知识。在整个实验环节中,也可以老师人为事先设计一个综合性实验,让学生应用多个课程的知识,通过实验的方式去完成。因此,通过实验环节的改革,让学生积极地参与科学研究活动,培养其科学研究的兴趣,提高其综合能力。

工艺生产实习与工艺课程设计都是课程实践教学非常重要的环节,为了提高二者教学效果,将工艺生产实习与工艺课程设计相结合,使其内容相互渗透。在课程的系统的理论授课完后,紧接着安排四周的工艺生产实习,让学生在系统学习了工艺基础理论知识后,及时投入的一线的生产现场,在实践中进一步去掌握工艺理论知识。实习结束后,安排两周的工艺课程设计,课程设计的对象来自实习车间的一些典型零件,这样就把两个教学活动穿插起来,互相促进,通过这样的内容衔接,课程设计不在是纸上谈兵,而是贴切实际,实习不再盲目,无所适从,把课程学习的理论知识运用到实践中去,在进行四周的实习活动后,对工艺有个深入的认识,能在生产现场中学习到各种大批量典型零件的加工工艺流程、工装设备的设计制造过程等,这样在后两周的课程设计中就会如鱼得水,把生产实际与书本知识结合起来,设计出合理的工艺规程与装备。

改革教学方法、改进教学手段,增强教学效果

教学有法,教无定法。为达到教与学的最佳效果,应根据教学模块内容及课程特点,采用灵活多样的教学方式。以“学生”为主体,采取“启发”式教学,增强学生主观能动性在传统的“填鸭式”授课方式中,老师不顾学生的接受程度,把所有理论授课知识点一股脑地全抛给学生,这样的教学效果显然不符合现代的教学要求,因此,在实际的教学过程中,应以“学生”为主体,讲授中积极应用“启发式”教学方式,所谓的启发式教学,即在一定的条件下,由教师启发学生自己动脑去发掘尚未掌握的知识,寻找尚未知晓的事物。采用启发式教学,能调动学生学习的积极性,引导学生积极思考,在教师的启发下,充分发挥自身潜能,掌握所学的知识,这样,在师生教与学过程中,营造出生动活泼、相互交互式教学情景,提高了教学效果。以工程为背景,采取“解决问题”式授课方式由于课程具有工程性的特点,工艺理论的知识都是来自于生产实际,都是对生产实际的工艺规律的归纳与演绎,因此,在传授工艺知识点时,采用“解决问题”的教学方式,能更好提高教学效果。如在讲授每个理论知识模块开始前,都以工程实际的例子为切合点,引导学生去分析工程实际问题,启发学生去寻找解决问题的途径,在已知与未知之间建立联系,设置多个中间环节问题,通过教师的正确引导,学生的积极参与,使教学过程如同师生共同攻关,当一个个中间环节问题被解决时,问题的答案就油然而生。

应用“解决问题”式教学方法,教师传授的知识点就渗透到每个分析问题与解决问题的过程中,学生在获得知识的同时,既锻炼了分析问题与解决问题能力,同时又增强的工程设计能力。实践证明,“解决问题”式的授课方式,符合学习思维的一般规律,能更好发挥学生学习主观能动性,增强其思维能力、工程创新能力。授课内容组织上,采取“类比法”教学方法课程内容虽综合性,但有序,具有相辅相成的特点。为了使学生能更快更好理解、掌握新知识,并加深、巩固旧知识,使新旧知识融会贯通,采用“类比法”的教学方式,即前后知识点的相类比方式。通过比较,把前后知识点导通,这样就能从工艺基础理论知识引申到机械加工质量、加工工艺流程编制等知识点。同时也能从机械加工精度的知识点,反过来复习机械加工工艺流程编制等知识点。因此,在授课内容组织上,采用“类比法”的教学模式,能使得学生全面系统掌握课程内容知识,提高教学效果。

现代化的教学手段如多媒体课件,动画演示、视频录像等由于具有直观、逼真、形象等特点,越来越多地应用在课程教学中,尤其在专业课的教学中被广泛地应用,并起到传统手段所无法起到的作用。笔者根据多年来,在机械制造工艺学课程教学中实践,归纳如下:在授课过程中,应用动画演示的方式,能直观、生动讲解工艺知识点,做到了事半功倍的效果。比如六点定位原理、各种夹紧机构说明、调整法加工说明等知识点都应用动画演示的方式,效果良好。教学录像穿插说明,能在课堂上传授一些生产现场的实践知识。比如一些加工工艺如研磨、绗磨工艺、一些典型零件如连杆、变速箱等零件工程实际的工艺流程现场加工情形,都通过在课堂讲授过程中穿插进来,这样在讲解理论知识时,增强了实践性,工程型,提高学生学习的热情。利用网络学术资源,在授课内容上及时更新机械制造学科发展的新知识,在课程讲授过程特意安排几个课时,请相关科研老师,以学科讲座的方式,让学生及时了解本学科的发展动向以及交叉学科的发展前景。同时,也鼓励学生自己利用网络资源,查阅文献,构思小论文,选择优秀的同学并上台交流,提高了教学效果。根据特色专业的培养计划与培养方案,积极编写教材与辅助教材。利用多年的定点实习基地建设,及科研课题研究,我们整理出了一套课程教材及辅助教材,如自编《机械制造工艺学》、《工艺课程设计题库》、《工艺生产实习指导教材》、《机械制造工艺学实验指导书》等。通过这些教材的编写,使得课程教学更具有针对性。#p#分页标题#e#

建立以校企合作为纽带的校外实训基地

企业为学生《机械制造工艺学》课程的实习、课程设计等提供实习场所和实验设备,提供设计课题;企业为学校提供优质的兼职教师,如国内外各著名大学工科系的许多教授都是从企业聘请;企业给学校以相应的财力、物力和人力支持。企业成为学校教学的有机延伸,学校则成为企业发展的人力资源库,学校的专业教学同企业的技术要求密切结合,使教学目标更明确,教学效果更好。试行先企业实践,后理论学习这种模式打破了传统的先学习理论知识,后参加企业实习,用实践验证理论的教学模式,突出了实践在学生学习生涯中的作用。学生先到企业进行生产实践,通过企业真实的生产环境,了解企业的技术水平、岗位的技术要求和职业素质要求,在实践中认识到理论技术学习对今后发展的重要性。在此基础上,进行理论教学和学习,有利于学生巩固专业思想,提高学生理论学习的实效性和针对性,积累研究和实践经验,提高《机械制造工艺学》课程的创新和实践能力。

结束语

为了更好适应新时代国家工程类人才培养的要求,《机械制造工艺学》课程建设是一项长期持续的工作,随着学科技术的发展和课程教学改革的不断深入,基于我院国家特色专业的建设要求,课程教学改革将持续在教学体系、教学内容、教学手段、教学方法等方面进行调整、充实和提高。(本文作者:郑书河 陈学永 单位:福建农林大学机电工程学院)