“核心产品制造贯穿式”的金工实训教学模式研究与实践

（内蒙古科技大学工程训练中心，内蒙古 包头 014010）

一、教学改革的意义

现行的高等教育体制，导致刚入校的学生实践动手能力非常差。工科类大学工程训练中心是学生实践动手能力培养和提高的有效平台，是高等教育的主要实践动手基地。

金工实训是一门实践性很强的课程，是机制类专业学生熟悉加工生产过程、培养实践动手能力的实践性教学环节，是必修课。通过金工实习可以使学生熟悉机械制造的一般过程，掌握金属加工的主要工艺方法和工艺过程，熟悉各种设备和工具的安全操作使用方法；让学生了解新工艺和新技术在机械制造中的使用，掌握对简单零件加工方法选择和工艺分析的能力，培养学生认识图纸、加工符号及了解技术条件的能力。通过实习，可以让学生养成热爱劳动，遵守纪律的好习惯，培养学生的经济观点和理论联系实际的严谨作风，并为学生学习工程材料及成型工艺基础和机械制造技术基础等后续课程打下良好的基础。

高等教育肩负着培养全面发展人才的重要任务。我校的金工实习教学寻求一个“核心产品”制造，使得各工种的工艺与实践能有机地串联起来，从产品分解到各个零件，学生能独立完成。整个核心产品贯穿我校的铸工、钳工、车工、铣工等主要工种，且该核心产品具有理论与实践结合紧密、动手与动脑相互关联等特点，在培养学生的工程实践能力、团队协作能力和创新意识等方面具有其他课程无法取代的作用［1］。

二、教学改革的现状

在教育改革不断深化的背景下，金工实习应改革现有的教学和实践方法，紧跟新时代变革的步伐，从传统的“学习工艺知识、提高动手能力、转变思想作风”为主要理念的金工实习，朝着“学习工艺知识、增强工程实践能力、提高综合素质、培养创新精神和创新能力”的目标发展［2］［3］。

目前，内蒙古科技大学工程训练中心金工实习的安排内容有车工、铣工、钳工、铸造、锻造、焊接和先进制造，基本包含了一般零件制造的主要加工方法，实习教学的设备投入完全满足教学大纲的要求［4］。传统制造部分的车、铣、钳、锻造等工种已经有了核心产品“小锤制造”贯穿，但铸造焊接以及数控工种还是各自为政，没有形成贯穿，特别是数控加工。经过多次调研，笔者发现大部分高校存在共性，即常规类数控加工如数控车、数控铣是进行参观性实习，实训时没有考核件，有少部分高校做得较好，如数控车进行产品“葫芦”加工，数控铣进行“印章”加工等，但实训效果不好。究其原因是数控程序是固定的，学生只完成装夹操作，本质上还是属于演示性实训。

总的来说，目前金工实习存在的问题主要体现在以下几个方面［5］：1.实践教学内容陈旧，实训方法、步骤教条化；2.实践教学模式单一，工种之间没有形成连贯，缺乏核心产品实例支撑教学；3.先进制造尤其是数控制造技术，演示性实训多，工艺性、创新性实训少。

总结以上内容，我校金工实习经过多次调研、试制以及考虑实际教学条件，确定了一个核心产品“缝纫机下针机构”加工实训项目，这改革了原有的教学方式，形成了以项目为驱动的新的教学模式，成果显著。

三、实训教学项目改革与实施

（一）项目实施的目的与组织

项目采用“核心产品制造实例”作为这次改革的切入点，利用项目驱动法的教学模式展开教学，项目包含如下工种：铸造（部分零件的毛坯）、CAD∕DAM实训、数控车、数控铣、拆装实训。“缝纫机下针机构”如图1所示，该机构是典型的滑块机构，转动手轮将动力通过滑块传递给机针，实现周期性运动的机械装置。

图1 缝纫机下针机构

项目分为CAM软件模拟（包括三维造型、装配与动画）、拆装、毛坯制造和零件加工，项目实施可以达到以下目的［6］［7］［8］。

1.通过实习，让学生了解典型的机械滑块机构工作原理及其所涵盖的零部件名称和在构件中所起的作用。

2.学习掌握CAM软件的造型、装配、动画演示以及零件装配之间的约束及干涉。

3.通过拆装实训，了解简单的机械结构和传动特点，零部件配合技术要求和各零件之间的装配方式。

4.熟悉产品各零件的制造过程，同时熟悉连接件之间的装配公差。

5.熟练掌握产品装配中装配工具的使用。

6.掌握产品中零件拆装工艺及具体拆装操作方法。

CAM软件模拟（包括三维造型、装配与动画）项目具体实施过程，组织了金工实习基地1名实习指导教师进行CAM软件的教学；拆装项目实施过程，配备6套已加工的零件和6套自行设计的拆装平台，组织2名实习指导教师进行指导和成绩考核；零件加工实训项目具体实施过程，组织了金工实习基地6名实习指导教师，在6台不同的设备上进行加工。根据教务处教学进程，每次每批进行金工实习按200人进行分组，先划分4个大组，每组50人，分配到各个工种，各个工种再分成6人一组的小组，每个小组团队需要协作完成产品的各个零件的加工。

（二）项目实施步骤

1.CAM软件实训项目

CAXA软件是我校金工实训数控实习开设的一门自动化编程软件，原来的教学模式是只对学生开展三维造型和自动程序的生成教学，现在增开软件中“设计模块”，用于构件的装配仿真，具体如下：学生运用CAXA套装软件中的“制造模板”将考核要求的8个零件根据零件图要求进行三维造型；运用套装软件中的“设计模板”将已造型好的零件进行装配及动画演示如图2所示。这一步的实训，着重考核学生CAM软件关于三维造型、装配中的约束、动画过程中的干涉等的掌握程度。通过软件的模拟，可以使学生对缝纫机下针机构的整个过程有初步的认识。

图2 CAXA软件模拟装配及动画

2.装拆实训项目

学生通过已学的软件模拟装配进行实物拆装，拆装的顺序为先装后拆，零件及安装平台如图3所示。让学生带着问题进行产品的装配，可以使学生清楚每个零件在产品装置里所起的作用和工作原理，能让学生在众多的零件中准确找到装配顺序，弄清楚装置整体结构及每个零件之间的装配连接关系。同时，这还能让学生熟悉掌握零件在装配过程中的装配公差，关注哪些零件在装配时是关键装配件，在后续的加工过程中注意关键零件的加工尺寸公差。装配完成后，进行转动检查机构装置的干涉情况。正常运转后开始进行拆卸，拆散后的零件统一放置在已设置好的零件箱内，并按要求摆放在箱内的固定位置，形成良好的工作习惯［9］。

图3 零件与安装平台

3.铸造毛坯实训项目

原来的铸造工种实习，实习内容单一，考核单一，只有学生进行砂型铸造这一实习形式。现在将消失模铸造和模型铸造加入进来，丰富了铸造实习工种的内容和考核形式，同时形成了工种之间的连贯。具体实训如下：选择机构里1个零件的毛坯采用铸造的消失模铸造，1个零件采用钢模铸造，1个零件采用砂型铸造。学生采用消失模铸造毛坯时，自己独立设计制作泡沫原型；钢模铸造采取演示性教学模式，让学生在实训铸造工种时了解一种铸造方法；砂型铸造毛坯为每一位学生必做的考核件。

（三）零件加工实训项目

拆散后的零件，精选8个典型零件进行现场测绘加工，指导教师按小组发布机构里的零件加工任务，小组里的每位成员根据零件特点，选择数控车或者数控铣独立完成1个零件的加工，8位成员每位完成机构的1个不同零件；在学生进行加工的教学过程中，采用教师讲解、动手演示、学生独立操作练习的教学方式展开实训教学。在零件加工时，小组里的成员被分配到不同的数控设备上进行零件加工。

1.项目考核方式

（1）CAM软件实训考核方式。由于实训内容是在CAD∕CAM机房进行，学生一人一机，每位学生根据给定的零件图进行机构里8个零件的三维造型，教师根据学生造型的尺寸及造型时间进行考核打分；零件的装配及动画考核是根据零件之间的约束条件和干涉情况进行考核打分。

（2）装拆实训考核方式。拆装是以小组为单位进行的，为了避免个别学生在实训中不动脑思考，我们采用多个小项考核，每个小项采取对全组学生一人一个问题提问的方式，指导教师根据学生现场解答及动手装拆进行考核，既要考核装拆的正确性，还要考核拆装的效率及方法。

（3）铸造毛坯实训考核方式。铸造工种分为砂型铸造、钢模铸造和消失模铸造三种铸造方法进行考核，其中砂型铸造成绩根据铸造毛坯的质量及外观尺寸进行打分；消失模铸造分为泡沫板制作毛坯尺寸成绩考核和铸造件尺寸及质量进行考核打分。

（4）零件加工实训考核方式。零件加工在数控车和数控铣设备上进行加工，小组成员被分配到不同的设备上进行不同的零件加工，加工出来的零件采用学生自检、小组内成员互检打分，最后教师根据零件图纸要求进行打分的方式。加工合格的零件进行组装，最后再给出小组团队协助成绩和装配成绩。因此，零件的加工考核是根据现场完成的情况及时打分的，打分根据零件图所标示的尺寸和技术要求来进行，其中包括测绘件的零件图考核。

四、实训教学改革的实施过程

（一）解决的关键问题

本项目解决的关键问题是工程训练项目优化与实现。

1.数控工种重新规划，解决各工种各自独立，没有连贯的现状，根据实习流程进行数控各工种的规划。

2.对已有的教学大纲、教学日历、实习指导书进行重新修订，解决理论与实践之间合理衔接以及如何保证实训实习内容的实用性、时间的灵活性、操作的独立性等问题。

3.该实践教学模式实施的核心是提高年青教师技术水平，拟采“走出去”的方式，让年青教师深入到一线企业，利用假期时间，提高他们的业务水平。

4.精心设计“核心产品”，将产品设计、工艺设计、加工制造、质量检测等融于一体，加工出合格产品，完成实习，同时通过实习提高学生创新能力和创新意识。

实习不是独立的完成零件加工，而是加工出整个产品所包含的主要零件。

（二）项目实施方案

本教学改革的实施方案，采取试点、分析、比较，由点到面逐步推广的方式进行。方案以“123”为原则，即1条主线，坚持“学生创新意识培养、团队协作能力培养”为主线；2个体系，理论与实践体系并重；3种能力，培养学生就实践动手能力、创新能力、团队协作能力。

（三）项目实施方法

1.进行调研，积极吸取外校成功经验，并结合我校工程训练实际，构建满足我校工程训练实践教学要求的实施方案。

2.通过小范围的试行，逐步确立实践教学内容的综合性和实际可操作性，协调理论知识与实操知识内容的衔接与穿插。

3.对各项数据进行收集、整理、调查、分析处理后总结实践教学规律。

五、实训教学改革的主要特色

实训课程的特色主要体现在以下几个方面。1.CAD∕CAM软件模拟实训项目增加了零件的装配及动画演示。2.拆装实训不是单纯独立的实训项目，而是将其融入各工种中来。3.零件加工实训项目中小组不同成员分别进行不同零件的加工。4.铸造工种实训展示了消失模铸造、砂型铸造及模型铸造等不同铸造方法。5.整个“缝纫机下针机构”是一个典型的滑块运动机构，贯穿了铸造、CAD∕CAM模拟、数控车、数控铣、拆装等工种。

六、结束语

经过多轮的实践教学，我校采用的“核心产品制造工艺贯穿式”教学模式是切实可行的，现已建立了一支较为稳定的实训队伍，年轻的指导教师都参与了理论和实践课程的教学，教师的教学改革积极性大大提高。这一教学改革提出了构建高校大学生模块化工程实训平台建设的新思路。