木工机械与刀具实验课教学改革研究

张国梁， 李玉灵， 寇建良

（河北农业大学 林学院，河北 保定 071000）

《木工机械与刀具》是木材科学与工程专业一门重要的专业主干课。该课程主要讲授在木材加工过程中各主要工艺单元切削运动的基本原理及所用机床、设备、刀具的结构、性能和操作方法，重在培养学生的思考能力、动手能力和综合创新能力。实验教学是课程教学中的重要环节，且木工机械与刀具的实验不同于其他课程的实验，它属于工程实验范畴。随着木材加工行业的不断发展和木材科学与工程学科的不断进步，木工机械与刀具实验在“卓越工程师”的人才培养目标中起着越来越重要的作用。传统的实验教学方法机械单一，学生对实验环节掌握过于机械，主动性较差［1，2］。因此，对实验教学方法和教学模式进行探索和改革，提高实验课教学质量，对于培养创新型人才具有重要意义。文章结合河北农业大学木材科学与工程专业的特色，拟就木工机械与刀具实验课程的实验条件、实验内容、实验方法和考核等进行探讨。

一、优化实验条件、合理设置实验内容

实验条件的完整和先进性是保证实验教学的必要条件，同时也是开展实验的基础。因此，优化实验条件是实验教学改革的基本条件。

（一）维护原有实验条件

根据河北农业大学木材科学与工程专业木材加工工艺实验室中现有的设备情况，将试验条件分为如下几类：

第一类：木制品加工使用的固定机床，包括木工圆锯机、细木工带锯机、平刨床、压刨床、窄带砂光机、木工联合机床和开榫机。对此类设备需要定期维护，保证零部件的完整性。

第二类：手提工具和设备，主要包括修边机、雕刻机、平板砂光机、斜切割机、电刨、电钻等。此类设备比较容易出现小的故障，而且附属零配件较容易丢失和磨损，如配套的柄铣刀在每一个周期的实验课后总会出现丢失或者崩刃等问题。因此，对此类设备的维护应做到实验课前和课后都要检修和查点零配件。

第三类：实验室中已经破坏不能够使用的设备，如台锯和压块机等。此类设备虽已不能使用，但却是学生学习机械结构、机构传动方式的好样本。对此类设备的维护不在于修理，而在于保持现状。

（二）增加新的实验设备

实验设备的更新和补充是实验室建设和实验内容革新的一项重要内容。增加新的实验设备方法有如下3种：

第一，上报计划，购买。这在很大程度上依赖于国家和学校的支持，利用诸如中央财政补贴等有限的机会上报需购置的设备是比较明智的选择。

第二，充分利用已经购置却没有使用的设备，如德国FESTOOL的木工工具系统。此类设备由于实验室装修等原因一直没有使用，却是让学生开拓眼界、学习先进技术的好平台，因此应当充分利用。

第三，自行开发的试验平台，比如各种专利技术的实体化、与企业合作项目的引进设备等。而前者更是实验室建设应该高度重视和付诸努力的部分。

实验内容的设置取决于实验条件和学生的基本知识结构。因材施教、有针对性地设置可以开设的实验内容才是正确的选择。为此，设置实验内容应注意如下两点：（1）木材加工专业的学生对机械设计相关知识的掌握程度有别于纯机械专业的学生。因此，木工机械中有关机械结构的实验环节就应区别于机械专业学生。只有这样，才能够做到有的放矢。（2）木工机械与刀具是木制品工艺学的先行课，同时是设计制图的后续课程，在培养学生的专业综合能力中起到了承上启下的作用。因此，实验内容的设置应该注重培养学生的综合能力，注意内容的广度和深度。

二、采取探索、互动式的教学模式

正所谓“与其授人以鱼，不如授人以渔”，实验教学不仅要重视知识的传授，更为重要的是通过这一直观的实验教学过程，教会学生怎样去获取理论知识和实践技能［3，4］。以往的实验课，主要采取的方式仍然是针对具体的机床和设备由教师讲解结构组成、使用方法，学生虽可以观摩和接触机床，但被动式的接受知识方式仍然占主导地位。木工机械与刀具课程强调理论和实践的结合，更重要的是培养学生的实践能力。因此，实验教学改革的重点是授课方式的革新和因材施教。

（一）以学生为主体，探究机械结构和使用方法

欲提高学生对主要木工机床和设备的结构组成和使用方法的掌握程度，最好的方法是靠学生自己去认识和操作。为此，可采取以下的方法和步骤：第一，根据实验室具体的机床数量，将学生分组，以每个自然班30人计算，每组5～6人，指定一位组长，做好分组记录。第二，根据每一节实验课的时间和安排学习的机床数，划分时间间隔，要求每一组学生在每一台设备或者机床上展开研究和讨论的时间不能超过规定值。第三，要求每一组学生针对具体的机床或者设备，充分探究其结构组成和操作方法，各结构中零部件的名称由学生自己指定，并且可不拘泥于机械设计中的专有名词，同时要做好研究记录。为发挥组内每一位同学的积极性，要求针对不同的机床和设备由不同的学生负责，组内其他成员参与，做到机床、设备与人对应。第四，指导教师讲解，并要求各组同学将教师讲解内容和记录进行对比，并就不同意见展开讨论，最终确定机床各主要部分的机械机构名称和使用方法。

为使分组研讨收到理想的效果，指导教师需针对具体的机床设备提出一些思考问题供学生讨论，例如：细木工带锯机如何张紧锯条？圆锯片的锯齿如何排列、锯身结构特点如何？压刨床工作部件共有几个轴、其作用和区别是什么？整个过程中让学生互相交流，查找资料，做到动手、动脑、动口、动眼、动笔，并且对出现问题比较多的地方有针对性地进行集中辅导答疑。

（二）以废弃设备为对象，开设拆装试验

拆装训练对于提高学生的动手能力具有重要意义［5，6］。对于实验室中已经损坏不能够使用的台锯和压块机等设备，让学生分组完成拆装训练。要求学生在实验前通过查资料了解相关设备的结构、工作原理及附件的作用，完成预习报告。拆装过程严格遵循熟悉整体结构——拆卸——零部件分组编号——重新组装的过程。要求学生做好拆装记录。

拆装实验同样需要指导老师设置一些思考问题。例如，轴上各零件是如何满足轴向与周向固定的？外伸轴的轴承为什么要设置密封件？所拆卸机构的基本传动方式是怎样的？通过对这些问题的讨论，使学生从思考台锯、压块机的机构、常用工具的使用等问题入手，了解机构的组装和工作过程，切实提高学生的工程实践能力和研究创新能力。

三、强调综合性、连贯性，培养学生的综合能力

木工机械与刀具实验的根本目的在于提高学生的实践动手能力，从而为木制品设计打下坚实的基础。机械为工艺服务。对木工机械和刀具的知识掌握能够在木制品设计和加工工艺的锻炼中得到进一步升华。因此，将AutoCAD、家具结构设计、木制品工艺学等课程综合应用到木工机械与刀具实验课，是培养学生综合能力的有效措施。

要求学生依靠实验室的机床、设备和刀具加工一件制品，可以是一个简单的零件，也可以是一件完整的家具。设计图纸必须靠AutoCAD参照绘图的相关标准绘制，如基本的三视图、局部的剖视图和详细视图等。加工过程需要制定出工艺过程，包括工序、采用的机床、刀具等，编制简单的工艺路线图或者工艺图表，最后完成制品的加工。学生可以分组完成上述任务，最后上交一份完整的任务说明书，包括设计图纸、加工工艺图表、机械和设备的使用情况以及操作过程中出现的问题。

四、建立有效的考核机制

要从制度上保证开放型实验教学的顺利进行，使学生真正在综合能力和综合素质上得到培养和提高，则必须改革传统以实验报告为依据的考核方式［7，8］。将实验考核分为预习10%、操作和讨论60%、记录和报告30%，将考核的重点放在实验过程中。对于以学生为主体的分组探究和讨论机械机构以及拆装训练环节，应更加看重操作过程和实验记录。综合制图和工艺过程的实验环节重点在于操作过程和任务说明书的撰写。这些综合设计实验训练了学生动手动脑的能力，更有利于培养学生的独立思考能力、归纳分析能力、综合能力和创新能力。这对于木材科学与技术这一与工业生产联系紧密的专业来说尤为重要。

加强实验教学改革的探索和研究，充分利用实验教学环节提高学生实践能力、思考和分析问题的能力具有重要意义，同时也是贯彻教育部“卓越工程师培养计划”，培养出创新能力强、适应经济社会发展的高质量工程人才的重要举措。只有通过不断探索和创新，才能够将木工机械与刀具课程建设成具专业特色并能与工业生产紧密结合的完整教学体系。

［1］叶荣昌，强文江，李成华，等．材料力学性能实验课教学改革探索［J］．实验室研究与探索，2011，30（9）：136－138．

［2］樊桂玲，罗琴娟，韩宁．对微机原理与接口技术实验课教学改革的实践探索［J］．中国现代教育装备，2011（23）：106－108．

［3］冼进，贾德良，毕盛．嵌入式系统实验课的教学改革初探［J］．实验室研究与探索，2011，30（8）：282－284，288．

［4］李玉柱，罗四倍，姬江涛．农业工程类实验课与实践性教学改革［J］．中国现代教育装备，2011（13）：83－84．

［5］方策，王启明，高安礼，张波．减速器拆装与测量实验教学改革与实践［J］．实验室科学，2008（5）：45－46．

［6］迟玉伦，李郝林，林建中．汽车变速器拆装测绘实验教学的实践和探索［J］．科技教育创新，2011（13）：132，135．

［7］李莉云，张萃，巩校东，等．研究生分子生物学实验教学中创新能力的培养［J］．河北农业大学学报：农林教育版，2012，14（1）：73－75，78．

［8］吴秀娥，崔青竹．理论力学实验课教学改革实践［J］．辽宁科技大学学报，2011，34（3）：330－332．