工程实践教学与文创设计融合——以木工制作尤克里里为例

(清华大学基础工业训练中心，北京 100084)

为了培养一批创新能力强、适应经济高速发展的工程型人才，自进入本世纪以来，工程实训教育在各高校备受重视，一大批实训中心纷纷建起，面向理工、医疗、艺术、管理等多个专业的学生开放，与此同时实训内容在不断充实，形式多样，取得了一定的成绩，更重要的是积累了相关方面的宝贵经验[1-3]。另一方面，随着社会经济迅速发展，知识更新的加快，学生实践技能与社会需要的矛盾也越来越突出，因此提高工程实训教学质量对培养学生实践操作能力以及创新能力具有深远而重要的意义。

1 现状背景

当今社会对工程教育中高校培养的人才提出了更高的要求。金工实习作为培养学生综合能力的重要课程，完善和提升其教学质量已成为一项重要的课题[4-6]。通过工程实践教学与尤克里里设计过程中各环节，探究影响教学质量的因素，如教学课时的安排、教学内容的调整，以及教师师资队伍的培养等，从而提出针对性的解决方案，在不影响其他教学环节的基础上重新分配课时，提高教学效率以及增加综合应用的环节等，这样可以深化分层模块化教学的改革与创新。

2 尤克里里设计及制作融入实践教学

产品的设计融入教学是实践课程新的一种创兴形式。是文创设计导向教学模式的具体实践方法之一。以本校制造工程体验课程为例：学生在短暂(1-16周)了解各个加工方法并操作后，以小组为团队展开前期设计，中期零件加工，后期零件装配，制作设计没有脱离木工基本技能，达到了教学目的。学生通过制作尤克里里(Ukulele，夏威夷小吉他)，对木工、机械加工各个工种有了进一步了解，并且自行动手加工零件完成各项教学设计。文创产品设计融入原型设计制作尤克里里课程项目，实践教学安排为：木工前期设计——后期制作——激光雕刻——机械制造——打印技术——综合产品完成。

具体教学安排如下：

木工实践教学安排见表1，主要学习内容为一种传统木制品加工方式，通过选料、配料、毛料加工、净料加工、部件加工、部件装配各阶段获得合格的部件，利用木工机械设备与手工工具进行基准面、基准边、曲面、型面、表面的修整。

机械制造车工教学安排见表2，主要学习内容为机械加工的一种加工方式，车削主运动是工件的旋转运动，通过刀具的纵向、横向切削运动，车出各种回转体表面，如圆柱表面、圆锥表面、球面、成型回转表面、螺纹表面，配置附件工具还可进行钻孔、攻丝、铰孔等加工。现代化的数控车削工艺，能够加工出精度更高、尺寸更稳定、表面质量更高、曲线复杂的回转体零件。数控车削中心可减少零件的装夹次数，降低工件装夹精度的影响，能够大大降低操作者的劳动强度，常用于轴类、盘套类、螺纹表面、薄壁以及车铣复合的复杂零件加工。结合尤克里里弦准机构特点，运用车削工艺来加工蜗轮蜗杆零件、个性化旋钮以及过渡套零件，充分锻炼学生的动手能力，使学生掌握了机械机构的原理以及合理选用机械设备来制作完成旋钮的组装。蜗轮蜗杆加工原理如图1所示。

激光雕刻教学内容及时间安排见表3。主要学习激光切割原理，琴上下面板图案的设计及激光切割。在教学过程中，引导学生建立造物思维，培养学生主动发现问题、设计解决方案、最终解决问题的思维能力。在激光雕刻环节需要独立完成图案设计及激光加工的能力。

表1 实践教学安排

表2 机械制造车工教学安排

表3 教学内容及时间安排

图1 蜗轮蜗杆加工原理

3D打印教学安排见表4。3D打印是近30年内新兴的一种增材制造工艺，其是将金属、尼龙、树脂、塑料等材料以层层叠加的方式来制造零件，用于快速制造各类复杂三维形态产品，适合于学生进行快速创新设计。其基本工艺流程是三维建模设计、模型文件切片处理3D打印制造、模型件后处理。通过定制个性化logo挂件，学习了解3D打印工艺。学生作品如图2所示。

木工技术综合教学安排见表5。综合制作完成尤克里里作品，如图3所示。

表4 3D打印教学安排

图2 学生作品

表5 木工技术综合教学安排

图3 最终作品

3 工程实践教学过程中需注意的问题

3.1 实践教学选择要有针对性和典型性

木工、机械制造、3D打印、激光雕刻实训的项目有很多，但学生的实习时间有限，不可能每个项目都练习到，这就牵涉到项目的选择问题(一般情况下，先后八周实习，每组分配5～10人，最好不要超过10人，必须使每组学生的综合能力水平合理搭配)。实践环节要根据班级实际情况而定，且要考虑到实践的典型性。例如：分组前掌握学生的整体情况，然后采取自由组队的形式选择实践训练。在自由组队过程中，不能形成基础差的学生依赖于能力强学生的局面，要让他们在项目整体进行过程中有事可做。在各个实习过程中学生遇到困难，教师要及时进行指导，根据不同的学生，教师的指导方法也要不同，一定要把握好指导的尺度，让学生自己在摸索中学习知识，提高技能水平。其次，确定实习内容的难易程度要根据学生的实际水平；最后，实训环节要使大多数学生感兴趣，要用公正的评分标准准确地给予评价。实践环节的实施是以学生为中心，因此在实践教学中要全面调动学生参与的积极性，展示项目成果并鼓励学生，让学生有一种成就感。

3.2 实践教学对老师要求

各个工种实习指导教师的操作示范时间不能少于1 h。在实习过程中指导教师要根据学生的掌握情况，运用不同的教学模式指导学生实习操作。教师的自身能力也要提高，学生实习过程中指导教师要加强巡回指导，要及时发现学生训练中存在的问题并及时纠正，确保的较好的实习效果。

4 小结

本次实践课程以制作尤克里里产品模型构成基准来创建课程基础。课程的目的主要是培养工程技术人员在设计、制造、工艺、实践、创新与素养等各方面的整体成长。对实践教学模式的多样化也要与时俱进地进行创新，要不断更新和转变设计方法和设计方式。制作尤克里里调动学生的积极性，针对学生大胆创新、勇于探索，加强产品设计的社会实践，在制作实践课程中积累经验，进一步推进文创产品设计实践课程的教学改革。