应用型本科高校《特种加工技术》课程教学改革——基于铜陵学院机械设计制造及其自动化专业的实践

王东生 王泾文

（铜陵学院，安徽 铜陵 244061）

一、引言

机械设计制造及其自动化专业以培养系统掌握机械设计与制造理论知识，受到现代工程师的良好训练，能从事机械工程领域设计制造、应用研究、科技开发、管理营销工作的高级应用型专门人才为目标[1]，而《特种加工技术》课程是该专业重要的一门专业方向课。现阶段应用型本科高校的机械设计制造及其自动化专业，一方面存在难教，学生不愿意学的问题[2]，另一方面又面临卓越工程师培养、新工科建设、工程教育专业认证及“一流专业、一流课程”双万计划建设等诸多挑战，原专业培养方案已不能满足人才培养需求，急需进行课程教学改革并调动学生学习积极性[3]。文中以铜陵学院机械设计制造及其自动化专业开设的《特种加工技术》课程为例，在介绍其教材、师资、硬件等方面优势的基础上，深入探究了课堂教学改革和实践创新等具体措施，并对教学效果进行了讨论，以期给应用型本科高校课程教学改革提供一定的参考。

二、《特种加工技术》课程优势

（一）教材

课程选用了北京大学出版社的《特种加工》(第2版)，该教材为高等院校机械类专业互联网创新规划教材，教材结合主编南京航空航天大学刘志东教授及其团队在特种加工、精密加工及微细加工等领域近三十余年的教学、科研及生产经验，系统阐述了特种加工工艺方法的基本原理、加工规律、设备构成、加工特点及主要应用[4]。教材主要用于高等工业院校机械专业特种加工课程教材，也可以供机械制造、精密仪器、机电一体化、模具设计与制造等专业的本科生和研究生选用，同时可供从事特种加工生产方面的工程技术人员及技术工人作为培训和学习的参考。特别是该教材配套了100多段特种加工视频，并以扫描二维码形式呈现，可以利用移动设备扫描后在线观看，视频介绍了特种加工方法在生产中的新应用，方便学习教材时对特种加工有更感性的认识。

（二）师资

《特种加工技术》课程主讲教师毕业于南京航空航天大学机电学院机械制造及其自动化专业，硕博连读期间、博士后期间及到铜陵学院工作以后一直从事特种加工技术研究，其不仅对教材所涉及的特种加工技术内容熟悉，而且了解特种加工技术的研究现状及发展趋势，并跟踪国内外相关研究团队的最新进展。可以将个人的相关研究成果、课题组的相关研究成果及相关研究的最新进展融入到课程中，将教学和科研有机结合，充分发挥教学的言传和科研的身教协同育人作用。

（三）硬件

依托工程液压机器人安徽普通高校重点实验室及铜陵市增材制造重点实验室，优先采购教学与科研通用设备，重点建设了增材制造、特种加工等相关教学科研平台。其中增材制造实验室已采购选区激光熔化SLM装备，微滴喷射3D打印机等增材制造设备；而特种加工实验室配备了电火花线切割机床、电火花成型机床等。学校这些先进设备不仅可用于教师的科研，同时为《特种加工技术》课程实践教学提供了硬件条件，另外也是学生创新训练开放实验室的依托平台。

三、《特种加工技术》课程教学改革

（一）课堂教学改革

1.教学内容扩展

《特种加工技术》课程教学大纲只有32学时，教学课时少、内容多，但为了扩展学生知识面，培养学生学习课程和专业的兴趣，在教材的基础上，对教学内容进行了相当的扩展，注重学生创新思维的培养。对教材的内容，通过学生课前预习与课后自学相结合，采用核心内容重点讲解和一般知识快速梳理的策略，解决课程内容与课时的矛盾。扩展知识主要包括任课教师在特种加工技术方面所做的具体科学研究和服务社会工作，教材主编及其团队在特种加工技术方面的研究及应用，相关特种加工技术国内外最新研究进展等等，充分发挥科研提升教学的效果，如介绍教材主编及其团队通过电火花线切割实现半导体晶体的定向切割，用于X射线标定装置；突破了电火花超大厚度线切割，应用于超导托卡马克聚变实验堆中磁体加工；通过电沉积纳米晶镍制备破甲弹药型罩，比常规破甲弹药型罩射流提高10-15%，破甲能力提高20-30%等应用实例。

2.线上线下混合教学

相对与传统的线下教学或单纯的线上教学，线上线下混合教学模式是当前高校最关注的教学方式，其在激发学生的学习兴趣、加强教学互动性、教学多元化等方面都有着明显的先进性和优越性[5]。《特种加工技术》课程在传统线下教学的同时，基于线上教学平台建立线上课程，采用课堂线下学习为主并辅以线上教学平台使用，课堂以外以线上教学为主的混合学习方式，深度融合现代信息技术与教育教学。在课堂教学中充分利用线上平台的各种功能，如签到、选人、投票、抢答、多屏互动、测验等，增加与学生的互动。对课前预习、课后自习、作业等内容，按照教学计划，提前在平台上准备教学内容，并进行资料推送，通过设定任务时间节点督促学生按时完成线上学习任务。

3.课程思政

在2016年的全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记要求坚持立德树人，把思想政治工作作为教育的中心环节，要把全程育人、全方位育人贯穿教育教学的全过程，努力实现我国高等教育事业的新局面。高校思想政治工作不仅是思政课程的责任，更要融入专业课程教学过程中，从而实现“思政课程”向“课程思政”的转变[6]。

在《特种加工技术》课程教学，积极将思想政治内容溶于应用实例中及时政中。如介绍电火花线切割用于X射线标定装置的半导体晶体时，指出在国内攻克这个技术之前，所有的X射线标定装置的半导体晶体都需要委托日本企业加工，不仅加工费极其高昂，一个半导体晶体加工费超过一百万人民币，而且几天就可加工完成的半导体晶体，签订合同时都是半年甚至一年交货，故意拖延交货，严重影响到国内X射线标定装置的生产。在光伏产业风口发展起来的太阳能硅片电火花线切割技术现在在定向电火花线切割半导体材料方面发光发热，不仅突破了技术壁垒，实现了国内自主生产，加工成本远低于日本企业，而且质量优于日本企业。这个技术起步于任课老师的同门同学，让学生明白科研并没有那么神秘、创新并没有那么难，懂得处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人的道理。在介绍到某些技术国内与国外差距时，会结合时政讲国外对中国技术的限制、美国与中国的贸易战等等，从而激发学生的爱国情怀、学习热情以及社会责任感。

（二）实践创新

1.课程实验改革

根据学校的实验硬件条件，特别是工程液压机器人安徽普通高校重点实验室及铜陵市增材制造重点实验室的建设，及时修订了《特种加工技术》课程教学大纲，设置了电火花线切割和增材制造二个实验。课程实践完全弃用了常规的演示性实验，而且将综合性实验与设计性实验相结合，每个小组实验对象需要自己设计，除课程知识外，另外需要结合专业相关的二维及三维软件设计、优化设计、有限元分析等课程才能完成实验过程，从而充分培养学生的理论结合实践能力、动手操作能力及综合应用知识能力。

电火花线切割实验基于DK7720高速走丝电火花线切割机床，每个小组需要分别采用AutoCAD绘制线切割轮廓并存为DXF文件和在机床的X8系统上绘图，并生成加工轨迹DFT文件，分别实现常规线切割，锥度切割和上下异面切割。增材制造实验基于NCL-M2150T选区激光熔化SLM装备，在软件及设计方面，要求学生用三维软件实现典型增材制造零件的建模，建模过程需要综合优化设计及有限元结构分析，实现零件轻量化优化设计，并生成STL文件，然后用Materialise Magics及AutoFab软件实现打印零件加支撑及切片（设置激光功率、扫描速度、成型厚度、扫描轨迹等工艺参数）过程；在具体成型阶段，需要学生了解并掌握粉末除湿柜保存，成型前粉末真空干燥箱预热，NCL-M2150T主设备成型，成型零件真空热处理炉退火，线切割机床实现试样与基板分离，万能工具磨床实现基板磨平再使用，粉末筛分机收回粉末等全流程操作，如果采用复合粉末成型还需要采用实验行星高能球磨仪球磨获得待成型粉末。

2.行业实践

机械工程学院已与国内特种加工技术行业相关的铜陵元一精工机械有限公司、安徽中科春谷激光产业技术研究院有限公司等建立了战略合作关系，如铜陵元一精工机械有限公司为第四批安徽省重大新兴产业工程：“高端装备制造－－铜陵经济开发区集成电路（半导体）智能化仪器仪表重大新兴产业工程”承担单位之一，其主要采用电火花线切割和电火花成型制造高密度半导体封装模具，学院与公司联合申报了铜陵市重点研究与开发计划项目及铜陵市半导体封装模具工程技术研究中心；而安徽中科春谷激光产业技术研究院有限公司是第五批安徽省重大新兴产业专项：“高端装备制造——芜湖繁昌区增材制造（3D打印）重大新兴产业专项”主承担单位，学院与公司双方基于资源共享与优势互补、高校与地方融合与协同创新、互利共惠与携手发展的合作原则，进行了全方位的合作。这些产学研基地不仅给机械设计制造及其自动化专业学生提供了良好的认识实习、生产实习、毕业实习机会，而且让学生接触到特种加工技术行业前端，获得行业实践机会，对学生增长见识、巩固专业知识及进入相关行业工作提供了很好的条件。

四、结语

通过优选教材，配强师资，提升硬件，结合课堂教学改革和实践创新，较大的提升了我校机械设计制造及其自动化专业学生对《特种加工技术》课程及至专业的学习兴趣和效果。学生不仅很好的掌握了《特种加工技术》知识，而且通过综合应用知识和动手能力训练，大大提高了学生理论联系实际能力，另外也培养了创新意识和科研兴趣。该专业很多学生的大学生创新创业训练计划项目、铜陵学院大学生科研基金项目及学科竞赛会结合特种加工技术选题，此外每年都有多个学生报考主讲教师母校的研究生，已有多人就读/毕业于南京航空航天大学的特种加工方向，并从事相关方向的教学及科研工作。