激光加工实训课程模块化教学模式探究

郭佳肄, 杨 琦, 胡晓磊, 卢绣熔, 糜 娜

(1. 安徽工业大学 创新教育学院，安徽 马鞍山 243002；2. 安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山 243002；3. 北京正天恒业数控技术有限公司，北京 102206)

工程训练是面向本科相关专业学生，对其进行工程实践教育，引导其了解工业制造过程、体验工业文化。工程训练教学内含丰富，包括了机械加工(车、钳、刨、铣、磨)、热加工(铸、锻 、焊)和先进制造(数控加工、特种加工、3D打印)等机械制造工艺，是培养学生实践能力和创新意识的重要教育环节[1]。为了适应现代工业的发展，不少高校将工程训练课程内容由传统工种向先进制造技术训练转变，在“做中学”“学中创”的过程中，提升学生的工程实践能力和创新能力。激光加工技术就是其中热门的新兴加工技术之一。激光加工属于非接触式加工方式，它是利用激光能量密度高、方向性好的特点，对金属和非金属工件进行切割、焊接、表面处理和打标等工艺加工处理，尤其适用于硬度高、脆性强和熔点高的材料。激光加工实训课程是培养新时代工科应用型人才的一门工程实训课程[2-4]。

模块化教学模式是适应新时代教学内容产生的。模块化教学模式指的是根据学生的专业、层次、能力和特点的不同，依据培养方案的培养目标、教学内容、评价体系等，将所教课程进行模块化的分解，从而形成教和学的模块化教学闭环系统[5-6]。该种教学方法尤其适用于面向工科学校不同专业学生的工程实训课程。基于此，我们采用模块化模式对激光加工实训课程进行教学设计，制定模块化激光加工教学计划，建立模块化激光加工教学体系和评价标准。

一、激光加工实训课程

激光加工实训是以实践动手为主的一门工程训练课程。该课程主要以激光加工设备的操作为基本实训内容，辅以部分理论讲解，让学生将理论与实践有机结合。本课程培养学生分析问题和解决问题的能力，使其形成良好的学习习惯，同时对学生进行职业意识培养和职业道德教育。

激光加工实训课程的总体目标是使学生正确掌握各种激光加工机的操作和工艺调整的方法；熟悉一般激光加工的工艺路线与激光处理工序；掌握打孔、切割、焊接、刻划、表面强化等金属加工的基础操作技能；会使用常用的工、量、刃具；能阅读中等复杂程度的设计图及常见工种的工艺卡，并能按工艺卡要求进行加工；具备运用工具书、网络等查阅和处理金属加工工艺信息的能力；养成自主学习的习惯，形成探究意识，提高适应职业变化的能力；遵守职业道德和职业规范。

二、模块化教学方法

模块化教学方法(Modules of Employable Skills，简称MES)是20世纪70年代由国际劳工组织研究开发出来的以现场教学为主，以技能培训为核心的一种教学模式。模块化教学的知识体系按照结构和难易程度划分，每一个阶段作为一个“模块”，这种教学方式将理论知识、实践经验和操作技能相结合，让“教”与“学”实现一体化。

采用模块化教学方法，首先可以把纷繁复杂的教学内容进行分解，分而化之，降低了难度；其次可以帮助学生更好地掌握工作中的重点、分清主次，合理分配时间。

模块化教学过程主要包括如下几个方面：一是集中学习，重点讲解，分组讨论；二是启发教学，激发兴趣，动手操作；三是教师利用校企产学研平台指导；四是突出训练主题，采用多方评价体系；五是竞赛交流，拔高技能；六是研究讨论，持续改进。

三、激光加工模块化模式教学设计

(一)教学内容设计

在激光加工实训课程教学的实践中，我们将激光加工实训课程分为六个模块。具体包括课程总论、激光打标模块、激光焊接模块、激光切割模块、激光雕刻模块、其他激光加工技术模块。第一个模块是课程总论教学，内容包括绪论、激光与材料的相互作用、激光加工设备。绪论主要介绍激光的产生及发展简史、激光的特点、激光加工的特点、激光加工的种类。激光与材料的相互作用主要介绍激光与材料相互作用的阶段和影响激光与材料作用的因素。激光加工设备主要介绍激光加工用激光器，激光加工用光学系统，激光控制系统和激光防护。

第二个模块是激光切割教学模块。主要包括激光切割原理与主要特点、激光切割的质量评价、影响激光切割质量的主要因素、常用工程材料的激光切割、激光切割设备和激光焊接技术应用。激光切割原理与主要特点包括激光切割原理、激光切割主要特点。激光切割的质量评价包括激光切割的尺寸精度和激光切割的切口质量。影响激光切割质量的主要因素包括激光参数对切割质量的影响，工艺参数对切口质量的影响，其它因素对切割质量的影响。常用工程材料的激光切割包括金属材料的激光切割、非金属材料的激光切割、复合材料的激光切割。激光切割设备主要包括激光切割设备的组成、激光切割用激光器、激光切割设备的应用。

第三个模块是激光雕刻教学，主要包括激光雕刻加工工艺、激光雕刻设备、激光雕刻的实践应用。激光雕刻加工工艺主要包括激光雕刻的基本原理、激光雕刻优点、影响激光雕刻的因素、激光雕刻的缺陷及解决方法、激光雕刻软件。激光雕刻设备主要包括激光内雕系统的组成及维护、激光内雕机的安装与维护、激光内雕机使用过程中常见故障及处理方法。激光雕刻的实践应用包括激光雕刻应用和激光三维雕刻技术。

第四个模块是激光打标教学模块。内容包括激光打标原理、激光打标工艺、激光打标设备、激光打标工艺技术和激光打标应用。激光打标的原理部分包括激光打标的基本原理、激光打标的特点和激光打标的方法。激光打标工艺主要包括影响激光打标质量的因素和激光打标工艺参数的调整。激光打标设备部分内容主要包括常见的激光打标机以及激光打标机的发展。激光打标工艺技术主要包括激光打孔原理、激光打孔方法分类、激光打孔工艺。激光打标应用部分有金属材料打孔、非金属材料打孔、陶瓷材料打孔和金刚石激光打孔等。

第五个模块是激光焊接教学模块。主要包括概述、激光焊接工艺、激光焊接设备、激光焊接技术应用四个部分。其中激光焊接工艺主要包括激光焊接原理和激光焊接的工艺参数。激光焊接设备主要包括激光焊接设备的组成、典型激光焊接机的机构和安全与操作。激光焊接技术应用主要包括激光焊接在汽车工业中的应用、激光焊接在钢材行业中的应用和脉冲激光焊接的应用。

第六个模块是其他加工技术。主要包括激光淬火、激光熔覆激光合金化、激光冲击强化、激光快速成型技术、激光清洗技术、激光毛化技术、激光弯曲技术。激光淬火主要包括激光淬火概述、激光淬火工艺工艺、激光淬火技术工业应用实例与研究展望。激光熔覆激光合金化主要包括激光熔覆技术和激光合金化。激光冲击强化主要包括激光冲击强化概述、激光冲击过程理论分析和激光的吸收及能量传输。激光快速成型技术主要包括激光快速成型技术的原理及主要优点、激光快速成型技术和激光快速成型技术的重要应用。对激光清洗技术、激光毛化技术和激光弯曲技术仅做应用简介。

(二)考核形式

激光加工实训课程主要是通过理论和工程实训相结合进行教学。本课程采用形成性过程考核形式对学生进行考核。

针对第一模块课程总论，为了提高学生学习的热情，采用学生自己提案例、自己分析、教师点评的方式进行。主要是在教师介绍激光加工实训课程内容后，引导学生自己举激光加工应用实例，并结合运筹学原理让学生自己分析其加工工艺过程。最后授课教师对加工工艺过程进行补充。该部分主要以分组讨论为主。

第二至第五模块为课程核心模块，这四个模块原理抽象，但是应用性较强。这部分采用原理、案例教学和操作相结合的方式进行。由于该门课程是工程训练类课程，以案例提高学生的认知，同时利用现有的条件和设备让学生自己动手操作，提高其工程训练的技能。

第六个模块为其他激光加工技术。该部分主要是对激光加工的技术进行介绍，应用性强，因此采用案例的形式进行介绍。针对每一种激光加工技术，引入一个案例，让学生自己分析其中的工艺过程。最后，授课教师对学生的分析进行总结和补充。充分调动学生的积极性。

该门课程学生最终的成绩由如下几个部分组成：第一部分是平时成绩，包括每一个模块的出勤率、讨论参与度和质量、平时作业和课程小结报告，该部分占20%；第二部分是卷面成绩，该部分以智慧课堂的形式进行考核，内容突出应用背景，该部分占20%；第三部分是每一个模块的加工作品成绩，该部分主要是对学生的激光加工作品准备、工艺卡的制作、操作过程和工作作品质量等几个方面进行评价，该部分占60%。

(三)评价形式

为了对课程的教学过程持续改进，该门课程的评价形式为教师评价、学生自评和互评相结合。教师评价由教师对班级所有学生的平时表现进行打分，体现在学生的平时成绩中。学生自评主要是在课程结束时，学生撰写的课程报告中体现。互评分为两个方面，第一个方面是学生之间的互评，这主要体现于课堂讨论中；第二个方面是学生对教师的评价，主要是利用学校和学院开发的教学选课和评价系统，由学生匿名对教师的教学过程进行评价。通过这三种评价方式，形成激光加工实训课程教学过程闭环系统。

四、结语

激光加工实训课程是培养新时代工科应用型人才的一门工程实训课程。采用模块化教学方式对激光加工实训课程进行设计，采用多种考核形式和评价方式形成教学过程的闭环系统，提升教学效果。