创意雕刻在工程实践教学中的探索与应用

武强强， 乌 兰， 徐永胜， 沈 亮， 陈 响， 寇文军

（西北民族大学实验教学部，兰州730030）

0 引 言

高校工程实训是培养当代大学生工程实践能力、工程素养和创新能力的重要实践活动，是培养学生安全意识、工程意识、创新思维、创新能力、实践动手能力的重要实践教学活动［1-2］。但传统的金工实习实训项目已经满足不了现在工业化大发展的时代需求，为紧跟时代步伐，各高校必须进行工程训练实践教学内容的改革［3-4］，以满足时代的需求。以我校实验教学部开设的金工实习为例，在近期的实训中发现，学生的积极性不是很高，特别是参加实训的非机专业的同学，可以体会到，现在的学生不象之前的学生，他们更希望学习自己感兴趣的东西，并希望将自己的想法能够添加进实习作品中。随着受教育对象的改变，为适应学生学习要求的变化，我校实验教学部工程训练中心对实训内容进行了教学改革与探索，新增开具有学生自主创新性的激光内雕及数控雕刻创意雕刻实训项目。

1 创意雕刻应用于工程训练的必要性

先进制造技术在机械行业领域有着重要的地位，代表着制造业的发展方向［5］。高校工程训练也在从传统金工实习向现代化工程训练转变；从传统制造技术向先进制造技术转变；先进制造技术可以促进学生学习工程知识、激发创新潜力、提高工程实践能力和工程意识起到其他课程不可替代的作用［6-7］。当今大学生是随着社会、科技、经济高速发展的背景下成长起来的新一代大学生，接受新知识、新技术、新技能、新工艺的能力很强，在实训过程中发现有很多学生有自己的一技之长，而且更关注各自的学习兴趣爱好及对所学知识的实际应用［8-10］。

为此工程训练中心在实训项目上增设了激光内雕、数控雕刻等作为学生的创意雕刻实训项目，学生可以根据自己的兴趣爱好设计自己喜欢的作品并对其进行实体加工，这对提高学生创新意识、创新思维、创新技能培养及创新创业等方面有重要意义，既丰富了实践教学课程体系内容，也能更好地引导学生从事自己喜欢的实训项目，培养学生的创新创业能力，更好地适应制造业的大环境。

2 创意雕刻实训课程建设

2.1 创意雕刻实践教学课程改革

根据新时期民族高等教育和应用型人才培养要求，结合工程训练中心实践教学实际情况，以工程训练为载体，不断拓展和丰富实训内容。建设富有特色的应用型人才培养公共实践教学平台，创建“夯实基本技能，提升综合能力，激发创新精神”的实践教学体系［11］，在原有数控车、铣、电火花线切割等实训项目基础之上，增加了数控雕刻、激光内雕等先进制造技术方面的实训项目，作为学生的创意雕刻实训项目，学生可以根据自己的兴趣爱好设计自己喜欢的作品并对其进行实体加工，这对培养学生的创新意识、创新思维、创新技能培养及创新创业等方面有着重要意义；实训项目丰富了工程训练实训内容及人才培养课程体系。

2.2 创意雕刻实训的硬件保障

中心现有1台三轴数控雕刻机床，1台四轴数控雕刻机床，型号为Carver PMS16，2台五轴联动数控雕刻机，型号为SmartCNC450E_DRT，雕刻机X/Y/Z轴运动定位精度为8/6/6 μm，X/Y/Z轴重复定位精度为5/5/5 μm；该数控设备定位精度高，可实现复杂曲面零件产品、三维立体模型的精细化加工。并配置有ArtForm3.5及SurfMill8.0软件，可以进行产品的建模及完成数控编程；实验室有激光内雕机Argus Pro 1台套，三维相机1台，并配套有相应的设计软件，同时实训室有若干台台式机，可用于学生实习时的作品设计及数控编程。故该创意雕刻实训项目所需要的软硬件设备都已经具备，为实训项目开展提供了设备保障。

3 创意雕刻实训项目内容及教学效果

3.1 激光内雕实训项目及内容

激光内雕指的是利用激光对水晶等玻璃制品表面及体内进行文字、图形、图像的雕刻，是激光加工的一种形式［12-13］。

激光内雕实训项目内容如表1所示，通过实训，要求学生能进行简单模型的设计，会进行点云后置处理，并能将输出的点云文件在实体雕刻机上进行加工，最后完成浮雕作品加工。

表1 激光内雕实训项目及内容

学生部分内雕作品如图1所示。

图1 学生激光内雕部分作品

3.2 数控雕刻实训项目及内容

数控雕刻技术CNC（Computer Numerical Control）是将传统的手工雕刻技术和现代数控技术相结合的一种先进制造技术，它不仅传承了手工雕刻工匠的灵活、精细、自如的特点，同时又有数控技术的高效率及高精度；不仅可以改变传统手工雕刻效率低、劳动强度大的弊端，而且可以提高模型加工精度和工作效率，特别对一些轮廓复杂、难以加工的产品通过数控雕刻机完美地加工出来，使产品的制作更加精致［14-15］。

数控雕刻实训项目及内容如表2所示，通过实训要求学生进行简单模型的建模设计、工艺分析、走刀路径规划、NC程序的生成、NC程序的输出、实体机床的操作，并完成雕刻作品加工。

表2 数控雕刻实训项目及内容

学生部分雕刻作品如图2所示。

图2 学生数控雕刻部分作品

3.3 教学效果分析

实验教学部工程训练中心结合实际情况，对工程训练进行实训项目的教学改革探索，开设激光内雕及数控雕刻实训项目，在实训过程中学生可以自由选择设计自己喜欢的作品，并能进行实体操作加工，学生设计制作的产品可以带走留作纪念。在实训项目及实训过程中，改变传统的教学模式，实行小班化教学，调动学生的积极性、自主选择、增加实训的趣味性，增强学生动手的欲望，充分发挥学生的主观创意，让创意雕刻走进课堂，丰富数控雕刻实训内容，最后在实体机床上进行加工，使数控雕刻实践教学内容与学生自身的兴趣结合起来，形成具有创意性的数控雕刻实训项目，培养学生的自主创新能力和实践动手能力。

教学上工程训练中心逐步形成了选修、必修、实验室开放项目等多层次、多学科多类型的工程训练人才培养体系。激光内雕及数控雕刻创意雕刻实训课程在必修及选修学生中同时开设，必修课程主要针对电气工程学院、化工学院、土木工程学院、生命科学学院开设，必修学生主要是认知性实训，感兴趣的同学可以参加选修课进行更为深入的学习，也可以参加实验室设置的开放项目进行学习。图3所示为近3年参加金工实习学生来源及人数分布，从图可见，近年来参加实训的学生人数相对稳定。

图3 近3年参加实训学生来源分布图

在实训中进行小班化教学，原来每组3～4人的实习小组，现在改革为每组1或2人，大大提升了每位同学亲自动手实践操作的实践过程。参与动手的机会大大增加，而且作品的设计可以根据各自的喜好来选择，很大程度上调动了学生的自主性，积极性。在实训过程中发现学生的实训热情高涨，开设的创意雕刻项目在实践教学过程中，以学生为中心，以教师辅导为辅，以学生自身兴趣为动力，通过兴趣推动学生去自主学习实践，实践证明取得了良好的教学效果。

4 结 语

实践表明，将激光内雕及数控雕刻创意雕刻新技术应用于实训项目的实践，大大激发了学生的学习兴趣，提高了学生学习的主动性和积极性，让学生主动参与到实训项目中来；主动去获取理论知识，积极投入作品设计中，分析、制定加工方案，最后按照工艺流程加工出自己设计的作品。开设的创意雕刻项目在实践教学过程中，以学生为中心，以教师辅导为辅，以学生自身兴趣为动力，通过兴趣推动学生去自主学习实践，实践证明取得了良好的教学效果，对推动工程训练实践教学改革具有一定的借鉴作用。