基于多元兴趣驱动的机械制造技术基础课程教学方法探讨

黄为民 杨俊茹 杨通 王瑞 高丽 王桂杰 朱然

摘  要：针对机械制造技术基础课程内容繁多、课时数不断压缩、学生学习兴趣不浓等问题，文章提出一种基于多元兴趣驱动的新型课程教学方法。该教学方法秉持以学生为中心的理念，以生活、升学、就业和课程互联为驱动源，通过深挖学生兴趣点充分调动其学习积极性与主动性，不仅能强化学生知识点掌握的牢固程度，培养综合利用所学知识分析问题和解决问题的能力，还能增强工程意识、创新意识与交流能力。总的来看，该教学方法有助于推动机械制造技术基础课程的高质高效教学。

关键词：机械制造技术基础;多元兴趣驱动;教学方法

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）35-0074-04

Abstract： Aiming at the problems of various contents， the continuous compression of class hours and the lack of learning interest of Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology， this paper proposes a new course teaching method driven by multiple interests. This teaching method adheres to the student-centered concept， takes life， further education， employment and curriculum interconnection as the driving source， and fully mobilizes students' learning enthusiasm and initiative by deeply excavating students' interest points. It can not only strengthen the firmness of students' mastery of knowledge points， cultivate the ability to comprehensively use their knowledge to analyze and solve problems， but also enhance their engineering consciousness， innovation consciousness and communication ability. On the whole， this teaching method is helpful to promote the high-quality and high-efficiency teaching of Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology.

Keywords： Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology; multiple interest driven; Teaching method

机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业基础课，旨在引导学生明确金属切削基本原理及切削现象、熟悉典型切削加工方法及装备、掌握机床夹具设计原理、学会制定机械加工工艺和机械装配工艺规程，并能够分析和控制机械加工质量。该课程不仅具有知识点繁多和交叉性强的特点，还兼具较强的理论性与实践性[1]。然而，在教学过程中多以教师课堂讲解、学生被动听为主，以认识性实验为辅，难以充分调动学生课程学习的主动性与积极性[2]，难以达到课程目标。此外，鉴于机械制造技术基础的课程特点与课程性质，采用“课堂考勤+课后作业+期末考试”的传统考核方式，不能有效评价学生课程知识掌握的牢固程度与运用能力，进而影响课程目标达成情况的准确性。

目前，随着新技术的不断涌现和产业变革的不断加快，对具备强工程实践能力、强创新能力、强团队精神、强终身学习意识等素质的复合型人才的需求更加迫切[3-4]。如何在机械制造技术基础课程的教学过程中尽可能提升学生的专业素养与文化素养，特别是在学生本科学习总学分不断减少和课程学时数不断压缩的情况下，实现高质高效教学变得尤为重要。因此，很多研究人员提出采用项目驱动教学的方法[5]，锻炼学生综合利用课程知识去分析问题和解决问题的能力，或将思政教育融入课程教学[6-7]，从增强爱国情怀角度激发学生的学习动力，这些方法都取得了一定的效果。本文以充分调动学生学习主动性和准确评价学习效果为目标，重点讨论基于多元兴趣驱动的机械制造技术基础课程新型教学方法。

一、多元兴趣驱动教学方法的内涵

多元兴趣驱动教学方法遵循以学生发展为中心的理念，旨在充分挖掘学生兴趣点这一关键环节，并通过合理选取、深入分析与恰当修饰，将机械制造技术基础课程各章节的具体教学内容与学生的兴趣点进行深度融合，从而尽可能激发学生的主动求知欲，最终达到保证较好学习效果的目标。图1为机械制造技术基础课程多元兴趣驱动教学方法的总体思路。具体来说，多元兴趣驱动教学方法的驱动源主要包括生活、升学、就业和课程互联四个方面。

（一）生活驱动

机械制造业在国民经济中占据重要地位，涵盖军事装备、交通工具、农业机械、家用电器等多個社会功能面。因此，作为机械设计制造及其自动化专业的学生，必须掌握金属切削原理及装备、工艺规程制订、表面质量评价等基本内容，且能够综合运用所学课程知识提出实际问题的解决方案。在机械制造技术基础课程课堂授课过程中，设置课前提问环节，紧扣课程教学大纲中的具体任务要求，合理选择生活中常用的工具或典型的机械零部件，提问学生其生产制造方法，进而引发学生对切削刀具、加工方法、加工工艺等内容的思考。设置课尾讨论环节，讨论课前提问环节中所述问题的解决方案，从而强化学生对课堂所学知识掌握的牢固程度，同时增强学生的沟通与交流能力。

再者，科技竞赛是丰富大学生活的重要组成部分，将课程教学与科技竞赛相结合，介绍与课程内容密切相关的机械创新设计大赛、工程训练综合能力大赛等比赛项目的获奖作品，激发学生主动学习并综合利用相关知识解决实际问题的能力，同时鼓励具有参赛经历的学生分享自己的参赛经历与经验，以增强学生创新意识、团队合作意识与获得感，活跃课堂氛围。

（二）升学驱动

基于对省属高校机械类专业学生的广泛调研发现，在大三学年，有意向攻读硕士研究生的学生已接近班级人数的一半，升学已成为学生的关注点之一，因而也是激发学生学习兴趣的重要驱动源之一。机械制造技术基础是机械设计制造及其自动化专业学生毕业要求的一门强支撑课程，因此结合课程的教学大纲要求，实现具体教学内容与学生考研关注点的有效互动至关重要。未来硕士阶段的研究课题可能牵涉课程内容的某一个难点或某一个知识点的延伸或多个知识点的综合应用。在实施教学过程中，介绍国内外刀具材料制备与刀具设计、切削原理与现象、高性能切削加工机床、表面质量评价与控制等方面的研究进展，并介绍国内外知名院校、研究机构相应的研究优势，一来可以借此跟学生强调未来具体研究方向具有一定的不确定性，强调知识点学习扎实程度的重要性，二来可以提高学生的国际视野。

（三）就业驱动

就业驱动主要从实习发现和教师横向科研课题两个角度探索学生兴趣点。机械制造技术基础课程具有知识覆盖面广、理论性与实践性强等特点，在教学实践过程中，以实习发现的典型零件加工过程为例，分析从刀具选取-切削参数选择-机床设备选取-工艺路线制订-表面完整性评价这一系统性过程，进而强调制造高品质零件所需知识的广泛性、课程知识点间的关联性，使学生意识到具备综合运用所学机械学科相关知识分析和解决工程实际问题的专业素质是保证良好就业的基本前提，也是传承工匠精神的必要条件之一。另一方面，将横向科研项目与课程教学相融合，通过课程具体知识点与实际工程问题的直接对应，以达到激发学生自主学习、强化知识记忆和增强工程意识的目的。

（四）课程互联驱动

专业课程体系是支撑毕业要求的基本保障，专业课程知识点的掌握程度直接影响毕业要求相应指标点的达成度。专业课程体系是围绕毕业要求而精心创建，其中，涉及的许多专业课程之间存在一定的互联性，这种互联性的主要表现是：同一知识点可能会在不同的专业课程中进行讲授，其区别主要在于讲授的侧重点或详尽程度。专业课程之间的联系确实存在，而现阶段各专业课程的授课教师主要是各讲各的，或浅尝辄止，缺乏课程间的针对性协同设计。多元兴趣驱动教学方法基于互动强化的思路，将课程互联现象作为一种重要的兴趣驱动源，通过深挖这种关联性与合理的教学设计，使相同或相近知识点在不同课程中进行有效互动，实现知识点的自然扩展，并避免重复讲授而降低总体教学效率的问题。课程互联驱动能够直接增强知识获得感和激发学习兴趣，有助于强化学生知识记忆的牢固程度。

机械制造技术基础课程的教学目标由知识目标、能力目标和素养目标所构成，尽管传统的“满堂灌”教学模式能够保证较好的知识目标达成度，但对于学生能力与素养的培养相对薄弱。基于多元兴趣驱动教学方法，通过压縮一些课堂理论教学时间，强化课堂提问与讨论、课后交流与探讨等过程环节，进而锻炼学生的能力与素养，相较传统考试方式其更加注重过程考核成绩。同时，该方法从学生兴趣角度出发，能够提高学习积极性与主动性，有利于保证知识目标的有效达成。具体来说，多元兴趣驱动教学方法采用期末考试成绩、课堂提问与讨论成绩、课程作业成绩、课后交流探讨成绩和实验成绩五部分对学生学习效果进行综合评价，各部分分别占考核总成绩的50%、20%、10%、10%和10%。课堂提问与讨论成绩主要由课堂回答和讨论问题时的准确性、积极性与创新性确定;课后交流探讨成绩根据学生主动利用课堂所学内容与教师探讨典型零部件的加工问题、装配问题等确定。

二、多元兴趣驱动教学方法应用举例

在生活驱动方面，结合对机械制造技术基础课程各章节内容的深入分析和影响学习主动性潜在因素的归纳思考发现，有关知识点抽象性较强、知识点用途或潜在应用对象不明确、学生默认知识点简单而不作深入思考等因素是导致课程教学效果不够理想的主要原因。围绕学生日常生活，以调动其学习兴趣为目标，通过优选生活中的典型案例，实现对影响教学效果的潜在因素的各个击破。例如，课程第2章金属切削过程及其控制中的刀具标注角度知识点存在参考平面多、角度类型多且抽象性强等特点。因此，可以选取日常厨房中常用的切菜刀为例，一方面，通过介绍影响切菜刀锋利性的因素，加深学生对刀具前角、后角、刀楔角的概念及其作用的理解;另一方面，通过介绍不同食材切菜刀切割方法的差异，激发学生关于走刀方式和切削参数对切削性能影响的深入思考。在讲授课程第6章机械加工质量分析与控制时，学生对耐磨性、耐腐蚀性、润湿性、抗疲劳性能等典型使役性能的认识不足，难以建立切削加工与使役性能之间的联系。在授课过程中，可结合荷叶仿生表面微结构，说明零件加工表面形貌对润湿性的影响;结合蜣螂表面六边形微结构，说明零件加工表面形貌对减摩性能的影响。

在升学驱动方面，介绍与课程内容直接相关的国内外研究热点、高等院校和研究机构，特别是与课程教学难点与重点直接相关的，从而激发学生对课程内容的重视程度和学习动力。一方面，结合机械制造技术基础课程内容体系，介绍先进刀具设计与制备、高速/超高速切削加工技术、切削颤振控制技术、难加工材料高效/高性能切削加工技术等研究热点，鼓励学生采用发散思维与创造性思维去积极深入思考课程内容。另一方面，结合对往届毕业生升学高校的统计分析，介绍在切削加工领域或机械制造领域的高水平研究高校，如山东大学、天津大学、东北大学、上海交通大学、大连理工大学、西北工业大学等，将各高校在切削加工领域的主要研究特色与课程内容相对应，从而达到吸引学生注意力和增强求知欲的目的。

在就业驱动方面，金工实习、课程设计和生产实习是机械设计制造及其自动化专业学生重要的实践环节。首先，以实习所见简单轴类零件为例，介绍其从毛坯资源转变为满足生产要求的轴类零件产品需经历工艺选取、工艺编制、成本核算、质量检测等这一复杂过程，使学生意识到系统掌握课程各章节知识点的重要性。再者，机械制造技术基础课程中刀具角度、切削用量等因素对切削现象、刀具磨损破损和表面质量的影响规律具有一定的抽象性与复杂性，也是该课程的一个难点，因此选取与某建筑公司签订的横向研究课题为例以改善该知识点的教学效果。该课题旨在设计一套多组石膏板快速切槽装置，研究发现刀具几何参数、切削用量、工艺系统几何误差等因素对石膏板材加工质量与刀具使用寿命具有显著的影响，通过展示不同角度与不同切削用量工况下刀片磨损形貌和沟槽表面切割质量的图片，建立学生对该部分知识点的直观认识，并培养学生的工程意识、终身学习意识以及团队合作精神，为学生能够适应未来发展做好准备。

在课程互联方面，基于对专业课程间教学内容的互联分析和教学方法的协同设计，实现各课程相关教学内容的互动强化。例如，在机械制造技术基础课程的教学实践中，由于缺乏工程实践或相关实验，金属切削过程中的切削力、切削温度、切屑形成、刀具磨损/破损等现象具有一定的抽象性，学生难以对该部分内容形成深入理解。有限元法是一门重要的技术提高课程，重点培养学生利用有限元仿真软件对简单工程问题进行建模和有限元分析的能力，其课堂教学学时与实践（上机）教学学时各占50%。在实践教学过程中，通过对简支梁、轴类零件、盘类零件等对象进行有限元仿真分析，学生能够熟练掌握分析步骤，但对于应力、应变、应变率的概念及其影响因素的思考不够深入，且缺乏以解决具体实际工程问题为目的的仿真分析锻炼，难以达到学以致用的效果。通过与有限元法课程任课老师的分析讨论，确定在有限元法课程实践教学过程中引入普通外圆车削仿真案例，要求学生明确金属切削过程中的温度场分布、应力场分布、切屑形成等内容，并学会基于有限元仿真分析切削速度、切削深度、进给速度等因素对应力、应变、应变率等内容的影响规律。同时，在机械制造技术基础课程教学过程中，强调有限元仿真分析对于研究金属切削过程中温度、应力、应变、应变率等问题的高效性与重要性，从而达到促使学生积极学习并熟练掌握有限元仿真分析软件的目的。

三、多元兴趣驱动教学方法实施成效分析

将多元兴趣驱动教学方法应用于2018级机械设计制造及其自动化专业的机械制造技术基础课程教学实践中，取得了较好的教学效果。一方面，学生对3D打印技术、汽车发动机曲轴加工方法、枪炮膛线加工方法、复杂模具曲面加工方法、航空发动机加工制造难题等问题，以及各相关高校和研究机构的研究特长，均产生了浓厚兴趣，使得课堂氛围显著提高，课间与课后的交流讨论更加丰富多样。另一方面，2018级学生机械制造技术基础课程的期末考试成绩明显优于2017级学生。图2为2017级和2018级机械设计制造及其自动化专业学生的机械制造技术基礎课程期末考试成绩对比。其中，对于2017级学生仍采用传统授课方式，可以看出，2018级学生成绩优良率达到41.9%，明显高于2017级学生的19.3%;2018级学生中等分数段百分比（22.6%）为2017级学生的一半（45.2%）;2018级学生及格率高于2017级。由此推断，基于兴趣驱动的教学方法能够显著提升课程成绩优良率，降低不及格率。将课程章节内容与学生多元兴趣点相结合，这些内容不仅包括课程教学重点，如麻花钻结构、六点定位原理、加工质量内容及影响因素，还包括课程教学难点，如刀具角度分析、齿面加工原理、机械工艺规程设计，实现学生在兴趣驱动下学习课程内容的重点与难点，进而提高优良率。

四、结束语

基于多元兴趣驱动的教学方法从学生角度出发，通过多点挖掘其兴趣而激发学习主动性与积极性，不仅能快速增强学生课程学习的获得感与知识点掌握的牢固程度，还能锻炼学生的发散与联想思维，培养其综合利用所学知识分析问题和解决问题的工程实践能力。此外，通过强化课堂讨论、课后互动等环节，有利于增强学生的沟通与交流能力。总体来看，将多元兴趣驱动教学方法应用于课程教学实践，不仅能够显著改善课程内容枯燥、学生学习积极性不高的问题，还可以演变为因课时数压缩而导致教学效果下降的应对方案，有利于推动实现机械制造技术基础课程的高质高效教学。

参考文献：

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