机械加工实践与材料力学实验互联互通教学探讨

彭志敏, 陆舒瑶, 谢 灵, 刘勇健

(广东工业大学 a.实验教学部,b.土木与交通工程学院，广州 510006)

机械加工实践与材料力学实验互联互通教学探讨

彭志敏a, 陆舒瑶b, 谢 灵b, 刘勇健b

(广东工业大学 a.实验教学部,b.土木与交通工程学院，广州 510006)

机械加工实践与材料力学实验原本是两门独立的教学课程。由于材料力学试样必须先行机械加工，据此，提出将机械加工实践与材料力学实验教学变为互联互通的一体化教学。在本实践和实验教学中，学生在老师的指导下自主地进行实践和实验设计、组织、实施和管理。这种教学方法，不但能节省实验经费、提高学生的科研意识，而且能满足学生必做的基础实验和基本操作，又可强化学生的实践技能和实验动手能力，此教学实践对培养学生的综合素质和创新能力效果明显。

机械加工; 材料力学; 互联互通； 实验教学

0 引 言

机械加工实践训练是工科院校非常重要的实践性教学环节，材料力学实验又是工科院校必开的实验项目，一直以来，这两个教学环节各自独立进行。但是材料力学实验试件是来自机械加工，因此，这两个教学环节其实有很大的关联性。目前，材料力学性能的研究所用的“实验试样”是由企业加工好而购买得来的，每年需要几万元的材料消耗，如果利用学生在机械加工训练这一实践环节，让学生自行设计加工“实验试样”来进行力学性能研究[1-7]，不但能节省经费、提高学生的科研意识，而且能满足学生必做的基础实验和基本操作，又可强化学生的实践技能和实验动手能力。根据机械加工实践与材料力学实验的关联性，结合作者的多年实践，提出了机械加工实践与材料力学实验互联互通[8-11]教学模式。

1 互联互通教学的安排

1.1 教学程序安排

(1) 首先，材料力学实验教学部门向机械加工工程训练单位提供实验教学信息，比如:材料力学性能实验研究适用专业、班级、人数、实验时间和实验研究所用的材料型号(如低碳钢、铸铁)等。

(2) 机械加工实践部门根据提供的材料力学实验教学信息，在机械加工实践开启前,网上交待实践加工选择的材料,引导学生查找相关资料(如材料力学等),根据材料力学实验的要求自行设计出实验材料的机加工图纸，然后在教师的引导下，独立、按时加工出“实验试样”产品。待老师对“实验试样”进行验收和成绩评定后，各小组或个人自行保管好自己的“实验试样”，以备材料力学实验时使用。

(3) 在力学实验研究前，学生根据实验指导书，自主设计实验方案，制定详细的实验步骤，并用自行加工出来的“实验试样”分别进行力学性能测试与结果分析，掌握材料力学性能的测试方法。

1.2 机械加工组合方案

机械加工组合方案见表1。

表1 机械加工组合方案

1.3 实践小组的安排及任务

按试件的加工工艺方法，将学生分成若干实践小组，考虑到每组都要完成低碳钢和铸铁的力学性能测试，因此需3人一组，每人完成一个不同的加工组合。每一小组均需完成3种机械加工组合的内容及两种材质试样的力学性能(包括屈服极限、强度极限、弹性模量、延伸率、收缩率)测试,并比较铸铁和低碳钢在拉、压、扭的情况下力学性能有什么不同等。

1.4 实验结果分析与成绩评定

(1) 实验结果分析：要求学生根据试样的断裂情况及所测得的数据进行误差分析、讨论，对试样误差大的，引导学生去查找产生误差的原因。比如机加工或装夹时产生的偏心、截面不均、表面粗糙度不均等都会使试样产生应力集中，从而可能使试样的断裂面超出试件的实验尺寸的范围,即断在装夹或非试验尺寸位置。

(2) 实验成绩的评定：机械加工实践成绩的评定根据“实验试样”的加工质量和有否违反操作规程来评定；材料力学实验成绩的评定根据学生的操作和实验报告来评定。

2 教学实践情况及分析

2012年及2014年已分别对大学生创新实践教学方案作了初步的尝试。经过这2次的经验总结和讨论，2015年3月对2013级机电1-2班，2016年3月对2014级机电1-6班正式开启了机械加工实践与材料力学实验互联互通教学实践探讨，实践教学效果如表2所示。

表2 机械加工实践教学效果调查情况表 %

由表2可见,组合I比组合II能按时完成加工的百分比较低，是因为铸铁比较脆，容易断裂加工稍难一点；组合III比组合I和组合II能按时完成加工的百分比都要低，成绩也低一点，主要是因为组合III是六角加工，有铸铁又有低碳钢内容稍多加工难度也稍大，但没有丝毫影响学生对教学内容的兴趣，兴趣也高达96%，而且3种组合能按时完成的都达90%以上，远超预期。

教学实践结果超预期的原因分析：原先我校机械加工实践是独立教学的，学生加工出来的“产品”一般是留给学生自己当作纪念品，没有用于下一教学环节。纪念品没能真正体现出它的价值取向，因为知识只有在应用中才能体验到它的作用，在应用中才有价值，因此留作纪念品并不一定能激发学生主动实践的热情。而机械加工实践与材料力学实验互联互通后形成了一体化教学[12-13]，它是以一项任务为目标的教学过程，学生在进行机加工“产品”时，心里意识到自己加工的“产品”质量好坏,将会影响到后续材料力学试验的成败[14]，这种教学模式会改变学生的认知态度和观念,从而大大提高学生的工作学习责任心，当这种潜能一旦发挥，会有效地激发学生主动汲取知识与掌握实验技能的热情，从而带来最优或超预期的效果。

3 结 语

本教学实践的特色是:学生要将机械加工实践中加工的实验试样作为材料力学实验研究的出发点,在老师的指导下，自主地进行实验的设计、组织、实施和管理，运用所学的机械制图知识和材料力学的理论独立完成了实验试样的图纸设计和试样的加工,然后再将实验试样作进一步的力学性能实验测试研究，经历了从理论到实践，从实践再到理论的认识过程，是“知识的传递”向“知识的处理和转换[15]”，实现了人的认识的两个飞跃，是一项有效的实践教学活动。两项内容互联互通后既能满足学生必做的基础实验和基本操作，又可强化学生的实验技能和实验动手能力，因此教学实践设置合理、科学并具有综合性和创新性。

[1] 熊宏齐．凝练开放式实验教学核心要素，构建研究型大学实验教学体系[J].实验技术与管理, 2010,27(12):4-6．

[2] 季宜敬,杨 瑾，鞠永干.以创新机制培养创新人才[J].实验室研究与探索， 2011,30(7):82-84．

[3] 王 琼,盛德策，陈雪梅.项目驱动下的大学生创新创业教育[J].实验技术与管理， 2013，30(6)：99-101.

[4] 黄晓玫，李鸿飞，黄 涛．强化培养学生实践能力和创新能力的探索与实践[J].实验技术与管理,2014,31(2):1-4．

[5] 史 悦. 转变思想 开拓学生能力培养新途径[J].实验技术与管理,2014,31(6):206-209.

[6] 熊宏齐.论高校实验教学如何适应学生的自主选择要求[J].实验技术与管理, 2013,30(1):1-4.

[7] 马宝峰，李 岩，郭 辉,等.基于科研问题的力学综合实验教学研究与实践[J].力学与实践，2012,34(1):103-104.

[8] 李和平,龚波林,刘万毅.深化实验教学改革,强化技能型人才培养[J].实验技术与管理, 2013,30(2):159-161.

[9] 包 丽,张洪军,李西兵,等.校企联合探索实验教学模式[J].实验技术与管理, 2014,31(6):200-202.

[10] 朱新杰,顾大强,王庆九.机械工程专业科研拓展实验教学探索与实践[J].实验技术与管理,2016,33(5):191-193.

[11] 马汉达,张建明.高校混合式实验教学的应用研究[J].实验技术与管理,2015,32(9): 170-172.

[12] 孔祥强,李 瑛,杨前明.“教、学、做”一体化模式在课程实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2012,29(1):26-29.

[13] 马 洁,刘小河,付兴建,等.理论教学和实践教学一体化模式探究[J].实验技术与管理， 2013,30(11):172-175.

[14] 刘小蛮，杜国君．材料力学实验教学思考——会做、会用、会意[J].力学与实践, 2013,35(4):74-77．

[15] 岑羽乔,方 舒,谢 灵,等.电阻应变式压力传感器的设计在力学教学实验中的应用[J].力学与实践,2014,36(3):358-360.

Exploration on Experiment Teaching Reform by Interoperability of Mechanics of Materials Experiments

PENGZhimina,LUShuyaob,XIELingb,LIUYongjianb

(a. Experiment Teaching Department， b. School of Civil and Transportation Engineering, Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006, China)

This article discusses interoperability teaching approaches for subjects “Machining Practice” and “Experiment on Mechanics of Materials” which were separated before. The two experiments are replaced by an integrated interoperable teaching and learning. In this integrated approach, students independently organize, design and implement machining practice and mechanics experiment; teachers play only a guiding role. This teaching method can not only save machining and experimental cost, improve student’s awareness of scientific research and basic experimental skills, but also strengthen the students practical ability. Therefore, the discussed interoperable teaching method is comprehensive and innovative.

machining; mechanics of materials; interconnection and interoperability; experimental teaching

2016-07-07

广东省自然科学基金项目(2016A030313692)，广东省学位与研究生教育改革研究项目(2015JGXM-MS19)，广东省大学生创新训练计划项目(201511845106,201611845154)，广东工业大学创新创业训练计划项目(YJ201611845355)

彭志敏(1977-)，女，广东梅州人，助理实验师，从事机械制造及自动化研究.

Tel:15920388642。E-mail:390070843@qq.com

谢 灵(1965-)，男，广东阳春人，高级实验师，从事工程力学实验教学与研究.

Tel:13189007628;Email:xieling@gdut.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2017)04-0215-03