“机械制造基础”教学方法探讨

潘日 马春敏 陈迎春 昝涛

[摘           要]  机械制造基础是普通高等院校机械、测控专业学生的学科基础必修课程，由于课程知识覆盖面广等原因，在教学中容易出现一些典型问题。基于此，对机械制造基础课程教学存在的问题以及改革建议进行阐述。

[关    键   词]  教育教学;机械制造;高等院校

[中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）20-0152-02

机械制造基础课程知识覆盖面广[1-3]、难以理解，在学习的过程中对学生的要求比较高，所以在教学中就出现了一些典型问题[4-5]，这些问题降低了学生对课程学习的兴趣，导致学生对机械制造基础课程内容的理解和认识不深刻，最终影响课程教学目标的实现。

一、课程存在的问题

（一）课程内容覆盖面广，学习难度大

机械制造基础课程的教学内容共12个章节，概括起来可分为工程材料学、热加工及切削加工三大部分，课程知识面广，涵盖内容复杂且跨度大。大部分教学内容较抽象[6]，需通过背诵记忆，学习相对枯燥、难度大，容易降低学生学习本课程的积极性，造成学生厌学、缺乏学习兴趣，无法达到课程的教学目的。

（二）教学内容相对陈旧

教学环节中的部分内容对应的设备相对陈旧，如“金属切削加工机床的基本知识”章节中，以普通车床、铣床、钻床等老式结构介绍为主[7]，重点讲解了普车CA6140的主传动链和进给传动链的组成，以及“电动机+齿轮组”的普通机床变速实现方式。然而随着现代制造技术的发展，数控机床在机械制造过程中正越来越多地替代普通机床，而上述变速方式也已由伺服电机取代，但上述内容在现有教学中课时较少。时代在进步，技術在发展，教材没有完全同步，容易导致学生所学的知识点与参加工作时遇到的实际情况不符。

（三）课程教学与实践脱节

机械制造基础课程的许多知识点是从实际制造过程中总结出来的，具有较强的实践性和应用性特征。然而在目前的教学中，由于课程覆盖面广、课时有限，加之相关管控更加严格，教学手段多以理论讲解为主，学生参与课堂讨论和实践的机会少，尽管在课堂会穿插图片、视频等教学辅助材料，但更多是抽象的概念，不能使学生完全理解和感受机械制造的过程。对于学生而言，机械制造只是停留在书面上，不能生动形象地理解知识、切身感受机械制造技术，脑海中缺乏对应的加工场景，只是被动地接受，难以调动起他们的学习兴趣。

以“金属切削的基础知识”章节为例，涉及的刀具角度标注的相关知识点主要停留在书本，理解该知识点在实际加工中的运用较困难，且对刀具角度的形成方法也未详细介绍。此外，如金属切削过程中存在的月牙洼刀具磨损形式及积屑瘤等切削现象，学生也很难有机会实际观察到，无法将教材上的理论与实践有机结合，帮助理解记忆。

二、解决的思路

（一）建立学习主线思维

图1为机械产品制造的典型流程，包括“设计、选材（工程材料学）、毛坯成形（热加工）、金属切削加工（冷加工）和装配检验”。以此为出发点，构建本课程学习的主线思维，首先明确本课程教学内容——工程选材、热加工、冷加工在机械制造过程中的作用，突出教学重点。随后将三大部分内容具体展开，由点及线，由线及面，由浅及深，循序渐进，使知识点间更加连贯、逻辑性更强，条理清晰，易于理解。加强学生对整个制造过程的认识，便于课前预习和课后复习，并能够自主检查对机械制造过程重要知识点的掌握程度，提高学习质量。

（二）知识点更新

随着科技的不断发展，机械制造技术也在不断地进步，因此课程教学内容也应进行相应的调整。在机床方面，补充电主轴、伺服电机、加工中心、增减材复合机床、工业机器人、智能制造等机械制造领域的前沿知识，使教学内容紧随科技发展潮流，使学生了解机械制造的发展方向以及应用，拓宽学生的视野，加深学生对知识点的理解。同时也可以围绕知识点提供相关的视频资料，使学生更直观地认识加工过程，了解高精尖的加工设备及国内外机械制造的最新动态，丰富课堂内容，激发学生兴趣，使学生保持学习的积极性。

（三）构建数字化虚拟实践平台

应用数字化技术、VR技术，将机械制造基础课程的理论与实践相结合，开发数字化虚拟实践平台[8-9]，使机械制造过程中的加工设备、加工工艺规划、动态加工过程可以通过VR技术、数字化仿真技术直观地呈现出来。学生可以通过电脑进行虚拟加工，按步骤开展“选材（工程材料学）、毛坯成形（热加工）、金属切削加工（冷加工）”等各阶段的加工实践，最终完成机械零件从选材到成品的整个制造过程，在实践过程中，加深对各知识点的理解和融会贯通，使原来抽象、晦涩难懂的机械制造基础知识点变得生动有趣。图2所示为我校开发的“典型机械产品铸造成形虚拟仿真平台”，基于该平台可实现典型机械产品毛坯成形阶段的铸造过程的虚拟仿真，包括铸造工艺图设计、真实铸造车间场景内的铸型制作及液体金属浇注、液体金属填充、凝固和冷却过程的观察及产品性能分析。上述虚拟平台可以在一定程度上还原实际实践过程，不仅可以弥补本课程中实践环节的不足，还不受时间、空间的限制，在任意有网络的地方即可完成学习，解决了实践条件不具备、实验成本高昂、热加工现场面临的高温及危险性大等问题。同时颠覆了老师讲、学生听的传统教学模式，让抽象的理论立体化、形象化、直观化，充分调动学生的主观能动性和积极性，使学生主动学习、爱上学习，提高教学质量。