探讨智能制造下的《切削原理与刀具》的课程教学设计

李军利 王大中 张立强 王明红

摘要：《切削原理与刀具》是机械工程专业的基础课与必修课，主要介绍以切削加工为手段的金属加工方法及常见的切削用刀具，具有理论性与实践性较强的特点。在新一轮的工业变革、信息技术发展的背景下，培养适宜现代工业需求的机械工程专业人才显得愈加重要。本文通过探讨智能制造新专业下的《切削原理与刀具》教学方案优化，通过教学内容迭代，教学模式革新以及教学实验的优化设计，达到以学生为中心，产出导向，全面提升学生学习效能与综合实践能力的目标。

关键词：智能制造;课程教学;教学设计

1.引言

为推动新一轮的科技革命与产业增量发展，各国都出台了工业发展规划，如德国的“工业4.0”，美国的“工业互联网联盟”，日本的“日本产业重振计划”，韩国的“制造业创新3.0”以及我们国家的“制造2025”。在此背景下，从2017年以来，教育部积极推进新工科建设，启动新工科人才培养的新机制，拓展工程教育改革的新思路与新路径，助力高等教育的创新发展。智能制造是全球工业的必由之路，也是中国“制造2025”的核心与产业转型升级的重中之重。上海工程技术大学积极响应国家“人工智能”、“互联网+”与“智能制造”的号召，针对传统工科学非所用、与企业失枝脱节的弊端，开展了“智能制造”新专业建设，借助学校机械工程“一流学科”建设与工程教育认证，对机械工程专业培养方案进行了较大的调整，培养适用现代科技发展和国家经济建设需求，创新意识强，能够在现代工业各个领域从事机械工程的设计制造、产品开发及技术管理工作的高素质、创新人才。

《切削原理与刀具》是现代装备与控制工程专业的一门专业基础课与必修课，主要介绍以金属切削加工为主的金属加工方法以及常用的加工刀具，分析金属切削过程中材料的变形过程，引导并培养学生透过现象探寻本质的能力，理论性与实践性相辅相成。传统的课程教学设计中，主要以授课教师课堂讲授为主，学生参与度不高且难以评价，探讨性、拓展性教学更是寥寥无几。除此之外，课程知识因循守旧，陈言老套居多，与智能制造下的新工科模式、制造工艺往往应者寥寥，学生所学与社会脱节情况可见一斑。因此，对于《切削原理与刀具》这门基础与传统必修课，如何开展智能制造新背景下的教学改革，使得学生学习时甘之如饴，学成后能够学以致用，是我们当今面临的新问题与新挑战。

2.《切削原理与刀具》课程教学设计

2.1 智能制造与金属切削融合为一

《切削原理与刀具》的基本知识点涵盖了金属材料学、材料力学、大学物理、理论力学、大学化学以及机械原理、机械设计等多门学科的知识，因此课程的教学设计要综合多门学科的基础知识与、研究热点与前沿技术，这样才能保证课程的教学方案既能够夯实基础，又能够推陈出新，引人入胜，不至于全篇是枯燥乏味的基础知识，对当前新技术、热点技术全然不知。

《金属切削原理与刀具》课程包括切削过程基本定义、刀具材料与角度、金属变形过程、切削力与切削温度、加工表面质量、磨削以及各类加工刀具等。除了少数章节知识点外，如刀具材料、切削力与温度、加工表面质量、各类刀具等，都可以与智能制造有机融合。借助先进的制造理念、智能化的传感器、信息化与大数据技术，金属切削过程正在由最早的“黑匣子”转向为“开放式、可视化”，甚至基于VR的制造过程也已崭露头角。因此，在进行该课程的课程大纲与教学方案设计时，如果能够在知识点的讲解上加以展示智能制造相关的实例，既能帮助学生进一步巩固现有的知识点，还能进一步激发起学生的学习兴趣，培养他们具备一定的科学素养与工程认知能力。

2.2 混合式教学模式

教学过程中容易存在两个个误区，一是传统输入型教学方法，多以照本宣科，按照教科书填鸭式灌入教学为主;另一种则是深受所谓的“反转课堂”影响，提倡课程由学生主导，互动式教学方式，稍微控制不当就会放由学生听之任之，虽然课堂氛围热火朝天，但是实际上教学效果往往差强人意。

近年来网络课程建设、精品课程建设、金课建设如火如荼，上述资料应当作为课程教学的借鉴与参考。同时教学者应该要注重因材施教，因为每一届的学生都是不同的，基本素质可能会有偏差，个体就更加大同小异了，而技术的发展却是日新月异的，因此，每一次教学完成后，到下一年应该对教材、教案乃至教学设计都进行一次总结与更新。例如，借助多媒体、网络短视频、网络精品课程等多媒体手段，结合信息化平台技术，实现“线下”教学与“线上”的有机结合。

总之，采用混合式教学方法，发挥多媒体视频的优势，利用好信息化技术平台技术如虚拟仿真、VR情景，改变传统教师讲授为主的填鸭式教学方法，根据教学内容，合理运用案例法、身份转换法等以学生为主的教学手段，引导学生积极参与课程设计与学，及时对学生反馈信息进行更新迭代，增强学生的获得感与自信心，从而使得教学效果更显著。

2.3 面向综合工程能力培养的实验实践

改革现有简单实验为多样化实验，《金属切削原理与刀具》共有两次课内实验，分别为刀具角度测量、切削力测量试验。以往的实验课，大都采取教师现场演示，学生依葫芦画瓢的方式，效果往往差强人意。通过以往的教学过程与效果来看，部分学生到了试验课堂上两眼一抹黑，根本不知道从何下手，试验课上临时抱佛脚的大有人在。甚至在刀具测量试验课上，部分学生在做刀具角度测量时，将刀具摆放位置弄反而不自知;切削力测量试验课上，有的学生甚至都搞不清楚哪个是装夹工装，哪个是测力仪，而对于测力仪的测量切削力方向与机床坐标系的对应关系一头雾水的同学也不在少数。凡此种种，试验课程的教学效果究竟如何可见一斑。

针对上述这些情况，有必要对试验课程的教学方案进行变革，尤其是做好试验课程的前期准备工作，对于试验课程的预期教学效果具有良好的促进作用。具体而言，可以采用提前给学生布置好实验要求，明确试验的目的与一定的试验条件，但是不限定具体的试验方法，给予学生充分的准备时间，以往的既定实验方案不提前公布，调动学生自己去查资料，鼓励学生提出不一样的试验方法与手段。同时利用微信群、QQ群等方式与学生进行及时、有效的沟通，对学生自己制定的试验方案尤其要注意多与学生沟通，避免部分学生试验方案出现原则性错误的情况，加强对学生试验准备过程的指导，发挥学生的主观能动性，改变传统试验课程被动式接收学习方式，

作为机械工程专业的必修课程，《切削原理与刀具》系统地阐述了金属切削过程的工件材料在切削刀具的作用下发生的一系列弹塑性变形、断裂行为、摩擦磨损行为以及在此过程中切削参数、工件材料性能、刀具材料与角度与切削力、切削温度、切屑形态的变化规律，另外还介绍了常见的车、铣、钻、磨等加工方式与刀具，对机械工程专业尤其是机械制造方向的专业知识支撑起着承前启后的作用，在此背景下开展《切削原理与刀具》的教学设计改革对于进一步提高課程教学效果，培养新形势下的社会主义价值体系下的专业人才具有重要意义。很有可能实验效果出人意料。这样的多样化实验方法也能促使学生开动脑筋，提高解决实际问题的能力。通过增加实验教学环节的内容与课时，聚焦工程实际能力的培养，强调学有所用，让学生在解决问题的过程中把所学知识系统性地串联起来，达到以学生为中心、产出导向、持续改进的目的。

3.结语

在以互联网、信息化技术为载体的全球工业智能化转型发展的浪潮下，借助教育部“新工科”以及上海市教委“一流本科”建设契机，依托上海工程技术大学智能制造新专业平台，开展《切削原理与刀具》的教学设计改革是非常有必要而且合时宜的。通过对教学知识点的进一步挖掘与更新，确保学生能够在掌握知识点的同时更好地贴近工业应用与前沿科技;通过混合式教学模式变革，充分利用互联网平台大数据应用，实现“线下”与“线上”的相互交融，提高教师的授课输出效能，增强学生的学习获得感与自信心;最后通过启发式的课程实验，促使学生主动设计实验过程，引导其解决工程实际问题，使得学生真正做到学有所成，学有所用，成为社会主义新中国新征程的合格建设者与实践者。

参考文献

[1]张媛，李小平，《机械制造技术基础》课程教学设计，[J].轻工科技，2020，36（4）：131-132.

[2]李聪波，林利红，汤宝平，江桂云.新工科建设背景下机械制造技术基础课程建设探索[J].高等建筑教育，2020，29（2）：23-28.