反思问题解决法在金属切削原理及刀具课程中的应用探索

庞军

摘要：目前金属切削原理及刀具课程教学中普遍存在知识点关联性较差、学生学习兴趣不高等问题，本文探讨将反思问题解决教学法引入该课程教学中，提高学生对切削加工中综合分析金属切削变形、切削力及切削热和刀具磨损及刀具耐用度的能力.本文对其具体实施过程进行阐述，实践结果显示，学生逐渐形成了由被动到主动，从单一知识点集成为知识体的新学习方法，反思问题解决法的应用提高了学生的课程学习兴趣，激发了学生的学习主动性.

关键词：反思问题解决;金属切削;刀具;教学方法

中图分类号：G642.4  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）04-0153-03

1 引言

金属切削原理及刀具[1，2]是机械制造方向一门必修的专业主干课程，是现代机械制造和国防工业中广泛采用的重要去除材料加工方法之一，尤其适用于对精度和粗糙度要求较高零件的精密加工[3].课程内容涉及金属切削变形、切削力、切削热、刀具磨损、刀具耐用度以及加工质量等方面.其涉及知识内容具有很强的关联性、连续性和综合性[4]，单独就某一方面知识进行讲授，学生普遍反映概念繁多，公式繁琐，原理应用难度较大，课程实践性较强，是一门多因素综合性学科.应用型本科院校从实践角度出发，培养应用性技能型人才，要区别于职业院校，单纯的改善教学条件，培养学生的学习兴趣，运用案例教学，提高学生的分析问题的能力[5]，有一定的层次差距.将项目教学法应用在数控加工一体化教学课改中，通过教学案例分析，阐述了如何在数控加工一体化教学中应用“项目教学法”进行教学[6]，项目教学法应用在金属切削原理及刀具课程中将会缺乏对整个系统知识的综合梳理.通过对“零件的数控车削加工”一体化课程教学改革的做法和经验进行总结，阐述了课程改革的必要性、课程改革的理念、课程改革的具体实践方案[7]，从零件加工质量考虑加工工艺，应用到本科生课改中，缺乏对金属切削去除材料机理系统理论研究.为了突出应用型人才的培养目标，以现场实践和启发式与讨论式教学居多，使得学生更易对知识点进行掌握[8，9].针对本科应用型人才培养[10]，结合金属切削原理及刀具课程性质，本文提出了反思问题解决法，从产品加工质量，由单因素到多因素，由简单到复杂，由逐一到耦合，系统学会运用与分析课程中金属切削变形、切削力、切削热、刀具磨损、刀具耐用度等知识，以切实提高应用型高水平人才培养的质量.

反思问题解决法是一种由项目驱动法延伸的教学模式[11]，以构建学习理论为基础拓展知识点，在教学过程中结合问题，反推和引导学生自主思考，让学生从问题中思考，带着实践结果，在新工科教育模式改革背景下[12]，从新审视去除加工的工艺性、合理性及时效性，试图寻求更高效更优质的加工方法与工艺.通过改革性实践，将反思问题解决法引入到金属切削原理及刀具课程中，引导学生课堂上由被动到主动，从全盘接受到批判吸收，从质疑到认可，该课程改革探索了一条新教学思路，并收到良好效果.

2 金属切削原理及刀具采用反思问题解决法的必要性

金属切削原理及刀具是机械制造专业方向的综合性较强专业课程，融合机械制造工艺学、材料成型基础、材料力学等多门课程知识于一体的课程.开设这门课程的层次不一，有技能型的职业院校，有应用型的本科院校，更有研究型的科研院所.這些层次教育目的性不同，造成学生对所用的理论基础相差较大，整体目的性不强，就应用型本科院校，所采用的反思问题解决法较好地映衬出应用型人才培养的全面性.

反思问题解决法，强调以常见去除材料加工质量结果为依据，即“问题”，通过分析影响加工质量因素为思考点，即“反思”，寻求改善加工质量的新方法，即“解决”.重新认识金属切削原理及刀具在去除材料加工中所选择的依据，即切削原理与刀具选择.通过反思问题解决法使得学生对去除材料加工方法的认识，由抽象到具体，由多因素到主因素，获得分析该课程的新学习方法.

该课程理论课时为32课时，实践课时6课时，结合先进制造实践2周课时，使得反思问题解决法在金属切削原理及刀具课程中得到较好应用.关芳芳等[13]以大工程教育理念为指导，将课程和实践的教学内容进行整合和优化，调整为数控机床及刀具系统，增加了实践教学内容，减少了总课时，并将先进的教育教学理念和教学方法引入到各个教学环节.结合滁州学院人才培养特征，前期通过1/3理论课时的讲授，串联各章节主要知识点，初步了解课程的连贯性、逻辑性和相关性，制定零件加工的实验实习内容，进行为期2周的先进制造实践课程锻炼，再重返课堂，以探讨式互动课堂为主，有针对性的通过分析各组加工零件质量，反思金属切削过程中各因素及其影响，结合前期实践分析后可提出新工艺新方法，再通过课程实验进行验证.

反思问题解决法，将每一章看似孤立的知识点，通过对加工质量影响的主次性、关联性和时效性等等，系统地构成了分析金属切削过程的知识体.引出了学生求知解决问题的欲望，通过反思将课程所需要掌握的知识点串联成知识体，系统全面的呈现出来.

3 反思问题解决法在金属切削原理及刀具教学中的实施

3.1 确定以知识体为主线的课程目标

金属切削原理及刀具是滁州学院机械专业专业核心课程之一，对学生综合能力培养起着重要的支撑作用.制定课程学习目标必须兼顾理论知识点学习和实践能力锻炼，因此，从应用型人才培养角度出发，以简易之处见真理的出发点，结合反思问题解决法教学特征，制定实践内容进而通过分析获悉知识点的目的.鉴于实践环节及设备局限性，将课程学习人数分为若干组，平均以4人为一组.以三个出发点为依据，第一，加工对象材料分为塑性材料和脆性材料;第二，加工刀具材料不同加工相同质量技术指标参数;第三、以干切削为主.反思问题解决法在金属切削原理及刀具教学中的实施如图1所示.

3.2 设计以加工单一工序为任务

根据金属切削性能特征，兼顾学生真正意义上接触具体实践环节操作，以体现出相应知识点为触点，后期通过分析改进加工工艺，进行验证试验获取知识体为目的，设计加工工艺以单一形式为主，加工工序主要设计加工直槽，铣平面，铣直角，加工圆柱面等.所遴选的项目是模拟学生在实习期对机床的结构、操作等学习设计，通过对简单加工面，易于分析表明质量参数的工艺为主，利于学生认识加工质量的优劣性，有助于后期对加工工艺的分析.

3.3 改变加工环境分析加工质量

依据三个出发点，对加工环境进行改变，利用正交试验方法，加工出多个样本零件.相同加工刀具在干切削环境下，切削塑性材料和脆性材料，掌握两种材料的切削性能，同时通过切屑形状等分析刀具使用情况，尤其对塑性材料切削过程中切削热对加工质量的影响;不同刀具在相同材料进行干切削加工过程中，刀具使用寿命不同，分析刀具切削过程中所产生的切削力分布情况，进而确定影响刀具耐用度的因素.

通过改变加工环境，一是有助于学生对实践的熟练掌握，二是获取多个试验样本进行分析，对加工质量进行反思，通过自主学习运用知识点对试验结果进行分析.

3.4 验证新工艺确定加工主次影响因素

通过上述改变加工环境和正交试验，分析对加工质量产生影响的因素，设计适用于相应材料相应刀具进行加工的新工艺，制定新的试验方法，并对试验结果进行预测.

采用“先做后学”的方式来设计入门学习情境的教学环节，以降低学习的难度，引导学生入门并发挥主动学习的能力.试验中采用“分组实施”的方法，更是给每个学生独立在试验中担任各种角色，每位学生一台实际加工设备，实行轮换操作、分工合作;可担任生产主管、工艺员、编程员、操作员、质量检验员，进行分工协作，培养学生团队协作精神以及合作和交流能力，提升学生的职业素养.

值得强调的是要确定新工艺中对加工质量的主次影响因素，具有针对性的对后续验证性试验进行测试，是检验自己对知识掌握程度，以及分析的正确性，通过反思重新对书本知识进行再次认识，从实践中提高对金属切削原理及刀具课程的认识与升华.

3.5 总结梳理知识点为知识体

在反思问题解决法教学过程中，始终贯穿以学生为主体、教师主导的原则来实施理实一体化教学，实施过程中理论与实践反复交互进行，有助于对知识的深刻理解.教师教授学生机床操作，在机床使用过程中由教师“手把手”进行讲解，学生对知识进行简单复制;教师提供可参考的试验轮廓，并逐步减少示范操作，而学生的自主学习逐步增多，让学生根据所需要学习的知识点设计试验方案，这样不仅能培养学生的职业技能，还能培养学生的自学能力、创新能力和可持续发展能力.

4 总结

反思问题解决法教学实践表明，尽管在一定程度上削减了课堂理论知识的学习，但从学生学习情况看，对金属切削原理及刀具课程知识点的掌握有增无减，该课程教学改革提高了学生的学习积极性，增强了学生对机床知识模块的学习兴趣，大大提高了教学质量，学生的技能水平以及理论知识和自主学习能力相比以往有了較大的提升.反思问题解决法在实施过程中未减少必需的教学内容，主讲教师能够合理制定教学计划，在规定的时间内有效完成理论教学任务.

参考文献：

〔1〕陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

〔2〕左敦稳.现代加工技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

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