《精密加工与特种加工》教育教学改革探索*

周圣军

（武汉大学动力与机械学院 湖北武汉 430072）

一、背景

作为传统机械加工技术的补充和拓展，《精密加工与特种加工》技术利用电能、热能、光能、电化学、高能束、超声波或其他能量等非传统加工方式，来完成传统加工方式难以实现的加工，如特殊材料、复杂曲面、精密零件的加工。精密及特种加工技术是衡量一个国家制造水平的重要标志之一，是我国在国际竞争中取得领先地位的关键技术。[1-3]但是，我国精密加工及特种加工技术起步晚，技术积累相对薄弱，与发达国家相比具有较大差距。而这些问题也约束着我国智能制造技术的发展，导致我国在关键核心技术上被“卡脖子”。由此可见，深入学习及研究精密加工及特种加工技术是发展智能制造的关键一步，也是解决关键核心技术“卡脖子”问题的有效方法之一。

在《精密加工与特种加工》课程教学中，为提高学生利用所学知识解决实际工程问题的能力，培养创新型、应用型人才，在课时不断压缩的现实条件下，对传统课程体系和教学内容进行整合，结合学校与企业的优势资源，结合理论教育与实践，引入最新学术研究成果和工业界研发进展，使学生了解世界科技前沿和国家重大战略需求，教育教学改革已势在必行。

二、课程内容及教学目标

《精密加工与特种加工》课程详细介绍了金刚石刀具精密切削加工、精密与超精密磨料加工、电火花线切割加工、电化学加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、超高压水射流切割等加工技术的技术原理、加工方式、技术特点、所用设备、具体应用实例和发展趋势。学生在掌握传统切削及磨削加工的基础上，进一步掌握利用机械、光、电、热、化学、磁、原子能等能源进行加工的非传统加工技术及多种加工方法复合作用的复合加工技术，从而能够准确、熟练地确定机械零件的加工方案，并根据加工方案确定加工工艺路线。最终起到锻炼学生解决实际复杂工程问题能力的作用，培养学生的创新意识、思维和动手能力。

为了培养应用型、创新型人才，本课程包含三个教学目标：

（一）介绍当前机械制造领域的先进制造工艺核心技术，包括金刚石刀具精密切削加工、精密与超精密磨料加工、电火花线切割加工、电化学加工、激光加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、超高压水射流切割等；学生通过本课程的学习能够了解到这些加工方法的技术原理、加工方式、技术特点、所用设备、具体应用实例和发展趋势，对精密加工及特种加工技术产生浓厚兴趣，能够针对高精度、复杂零件制定先进的加工路线，从而运用精密加工及特种加工技术解决传统加工技术无法解决的技术难题。

（二）通过该课程的学习，学生能够掌握所涉及的加工技术的基本原理和优缺点，掌握各种精密加工及特种加工技术基本的加工方法及工艺规律，鼓励学生自己上网查阅有关精密加工及特种加工技术的英文文献及技术资料。这样不仅让学生了解本专业领域的发展趋势和前沿科技成果，而且锻炼了他们阅读英语文献的能力。

（三）通过该课程的学习，学生能够根据实际材料及零件需求，制定相应的加工工艺路线，并利用相关软件编写加工程序，能够熟悉设备并进行简单的操作。

三、课程存在的问题

（一）《精密加工与特种加工》这门课程涉及的内容多，包含了电、光、热、声、磁和化学等大量的物理、化学、材料学科的知识，对学生的知识面有一定要求，许多技术原理对学生而言难度很大，不容易理解，课程中教师传授的知识量过大，学生不易融会贯通。同时，该课程的学时偏少，授课学时总共只有30 个，难以全面、深入地讲解本课程涉及的金刚石刀具精密切削加工、精密与超精密磨料加工、电火花线切割加工、电化学加工、激光加工等十几种工艺技术，经过本课程的学习后，学生仅仅只是简单地了解工艺方法，不能熟练运用所学知识解决实际工程问题。

（二）沿用传统的教学方式

教师上课以课堂讲授为主，以教师为主体，学生只是被动接受知识，未主动思考，学到的知识未及时消化吸收，教学效果差。同时，缺乏有效的教育反馈渠道，教师难以掌握学生对知识点吸收、消化的程度以及平时学习所遇到的难题，导致教师不能及时调整教学方案。此外，由于课程知识点多，内容枯燥且难以理解，导致学生主观能动性较差，往往放弃学习中的重难点内容，教学中无法实现对学生工程应用能力的培养。

（三）实践教学少且难以实现。该课程所需设备多数为高精度尖端设备，如电火花成形加工机床、电火花线切割机床、电解加工机床、激光加工设备、超声波加工设备、电子束加工设备、离子束加工设备及光刻机等，购买、使用这些设备需要的投资大、成本高，而且部分设备对环境要求高。如光刻机工作环境中的颗粒数量需严格限制，空气中温度及湿度也要维持在恒定值，为满足这样的加工环境，需建造专门的超净间来放置光刻机，但是超净间造价昂贵，难以承受。因此实训设备种类上难以满足教学要求，导致许多实践教学不易实现，学生缺少实际操作加工设备的机会，操作技能难以得到提高。

（四）学生对这门课的了解程度和重视程度不够。《精密加工与特种加工》这门课程的授课对象是机械相关专业的学生，他们往往对传统的加工方法比较熟悉，如铸造、锻压、焊接以及机械加工方法（车、铣、镗、磨等），对精密加工和特种加工的任务性质和适用范围不了解，导致学生在碰到加工特殊材料、特殊结构的加工零件时，无法实现加工要求。

四、教学改进措施

为解决本课程存在的问题，在教学工作中主要采取以下措施：

（一）针对本课程学时偏少的问题，在课堂教学中结合教师的科研工作着重讲解重点、难点内容。较为简单的内容安排学生预习、自学，同时也能够锻炼学生的自主学习能力。比如《电火花加工》一章中，重点介绍电火花加工的机理、特点以及基本的工艺规律，对关键技术进行重点讲授，使得学生深入理解并掌握电火花加工的核心技术，从而为学生将来应用这些技术打下坚实的基础。

（二）针对本课程涉及知识范围广、学习难度大的问题，教师会在每次课讲授新知识之前，带领学生对上次课的重难点内容进行回顾，进一步引出本次课的新内容。同时在本次课结束之前，对本次课的内容进行总结，而在每讲完一章的内容后，对这章的重难点内容也进行及时的回顾。同时，针对每一章的内容，给学生布置相关的思考题，使得学生在思考的过程中加深对章节重难点的理解和记忆。比如，超硬磨料砂轮磨削有哪些特点？电火花加工的基本要求有哪些？电火花线切割与电火花成形加工有哪些相同点和不同点？光刻加工技术的基本过程包括哪些步骤？这样，通过对课程重难点的回顾、总结和思考，使学生建立起完整的知识体系。

（三）采用讲解应用案例为核心的授课模式。如芯片制造过程中，传统的湿法腐蚀和干法刻蚀技术难以加工硬且脆的碳化硅材料，采用飞秒激光加工技术却可以达到事半功倍的效果。讲解这些案例可以有效地激发学生的求知欲，调动其主观能动性，提高学生对加工技术理论的学习热情。丰富的应用案例配合相关图片、动画、视频、加工实物或模型，将抽象的技术理论形象具体化，让学生更加容易理解，取得了更好的教学效果。

（四）举办讲座、参观工厂、小组讨论、现场教学等多种教学模式。像高能电子束加工、超声波加工等内容比较晦涩难懂，而且学生很少能接触到这些尖端技术，所以可以邀请活跃在生产一线的专业人员以讲座或专题的形式进行讲解，让学生更加清楚这些加工技术的关键细节和难点，了解其研究现状和发展趋势，明确其发展前景和应用范围，拓展学生专业知识面，为未来从事研究和产业化工作打下坚实基础。

（五）充分利用学校资源，实施一体化教学。利用学校工程训练中心的加工设备，将工艺分析、编程、机床操作培训结合为一体，把课程学习中所需掌握的关键技术分解到现场教学之中，比如数控加工、激光加工、线切割加工等。通过师生互动教学，使学生掌握相关技术的理论知识，又能详细了解精密加工和特种加工的加工步骤。而课本上的设备组成结构，在现场就能讲解得明明白白，并且在保证安全的情况下，让学生自己动手操作设备，同时老师巡回指导，及时解决学生在实际操作过程中提出的问题，这样可以加深记忆，实现事半功倍的教学效果。

（六）开展课题项目实践，注重培养实际应用能力。教师从企业的实际生产需求中寻找课题项目，提出实际生产加工中的难题，要求学生提出解决方案。学生通过收集整理相关资料，提出不同的方案，分析其优缺点和可行性，最后确定具体加工方式和工艺。课题项目选择要和教学目标一致，具有典型性、启发性、可行性，选择的课题要符合两个条件：一是包含《精密加工与特种加工》技术的基本理论，二是有利于增强学生实际应用所学知识的能力。例如，在碳钢上加工50×40mm 的方孔，孔深为30mm，要求根据传统加工方式和电解加工方式分别设计工艺，通过这个案例，引导学生讨论加工方孔的方法，并比较采用传统加工方式和电解加工方式各自的可行性和优缺点。传统的机械加工方式不易形成方孔等异形孔，但是采用电解加工就很容易实现，而且能够保证方孔的形状和精度。通过引入这个案例，学生能够较好掌握电解加工方法的原理、特点和适用范围，同时拓展学生的思路，建立工程思维。

（七）组织课题项目汇报，锻炼学生表达能力与项目汇报能力。教师组织专门的课题汇报课，要求学生将自己的课题项目加工方案、工艺路线以及对《精密加工与特种加工》技术的理解感悟汇总整理成PPT，在课题汇报课上进行展示。在课题汇报结束后，教师针对汇报内容与学生讨论，探究加工方案、工艺路线的可行性，分析加工过程中可能出现的问题，根据问题讨论解决方案，最后对加工方案和工艺路线进行优化。这个过程能很好地锻炼学生的思考能力和表达能力，学生在做PPT 的过程中，需要厘清课题各部分内容之间的逻辑关系，思考如何用图、表以及文字清晰地表达课题的加工方案、工艺路线，学生在思考的过程中也进一步加深了对《精密加工与特种加工》技术的理解和记忆。此外，在课题汇报结束后的讨论过程中，教师学生思维碰撞，能有效开阔思路，激发灵感，有利于提出创新性的加工方案。教师也能通过讨论了解学生掌握课程知识点的程度，在之后的教学环节中，加强相关知识点的讲解。

（八）为了实现学以致用，在教学实践环节中，要根据学校实训中心的资源，给学生最大限度的自由。学生可以根据自己喜好，充分发挥想象力、创造力，设计出自己想要加工的零件，并在加工设备上进行数控编程，将设计图稿变成实际零件。教师应随时关注学生的实践进展，进行引导、点评。学生通过实践，消化和巩固所学理论知识，并运用所学知识解决实际工程问题，实现理论知识向专业技能的转化。要引导和鼓励学生积极参与各种比赛，锻炼学生运用精密加工和特种加工技术解决实际加工问题的能力，对所学知识进一步理解、巩固和运用。

（九）优化课程考核体系，调动学生的学习热情，培养学生的专业素质。精密加工和特种加工课程采用了试卷+思考题作业+课题报告+课题汇报+课堂问答+实践的考核方式，通过采用多元化的考核方式，强化学生对所学专业知识的综合应用能力，最大化发挥学生的主观能动性，全面考核学生对精密加工和特种加工专业知识的掌握程度。

结语

结合课程内容、特点，并充分利用学校的实践教学平台，通过优化教学内容、调整教学方式、开展课题项目实践、组织课题汇报、增加实训机会与优化课程考核体系，突出创新型、应用型人才的培养，本课程实现了较大的教学进步。课程教改是整个教学改革中的重要一环，本课程的教改实施给其他课程的教学改革提供了经验和借鉴，对培养具有创新思维和创新能力的应用型人才，具有非常重要的实际意义。