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【关键词】机械制造;课程体系;开发;改革
机械制造课程是高等工程教育中的一门主干技术基础课,是对学生进行现代制造方法和工艺技术教育的一个重要环节,是对工科学生进行的第一次工程实践训练,也是大学阶段唯一的一次较系统的工程训练。因此,机械制造课程对提高大学生的全面素质、培养复合型、实用型的工程技术人材具有其它课程不能替代的重要作用,而积极探索和建立新课程教学体系的意义显得更为重要。
1.目前机械制造课程教学中存在的问题分析
1.1实习、实训与理论教学的整合。
另外,长期以来,学生的课程实习、实验一直存在着诸如实习(实验)设备单一落后、内容僵化陈旧、学生难以真正融入实践的问题,严重限制了该课程的进一步发展和完善。
教学效果评价体系的建立。传统的教学评价体系机械的依赖于固定的百分 比―平时成绩、期中考试成绩、期末考试成绩各按一定比例计入总评。但这样的教学效果评价体系过于片面,对学生在整个课程学习期间的表现不能客观、灵活、全面的给出科学的评价。
特色教材的开发与编制。目前教学中所采用的教材,往往格式化、套路化,不能适应当今对专业型、技术型、特色型人才的培养需要,立足本地产业特色进行产业特色教材的开发与编制,将为特色、优势人才的培养打下基础。
2.课程建设方案设计
2.1 建立系统性实践教学及评价体系,强化实践与理论的联系及融合
根据高素质高技能型人才成长的规律,以工作过程为导向,进行机械制造课程整合,尤其注重课堂理论知识与课外实践的整合,按照工作过程,将实习、实训化整为零,溶入整个教学过程。构建以项目任务为驱动的模块化、层次化、综合化的课程模式,优化机械制造课程结构。结合我校及周边机械产业实际情况,建立课程实践教学体系:金工实习,项目实验,校外实习实训。
经过组织课程组教师与实验实训指导人员共同研究、探讨,调整金工实习在教学计划中的安排,将其定位为机械制造课程的先期实践课程。金工实习共四周,分两个阶段进行。第一阶段安排在第一学年第二学期进行,在教学进程中,处于机械制造理论教学开始之前,为学生对后续知识的理解和掌握提供前期感性认识,让学生初步建立"机械制造"的基本概念;第二阶段安排在第二学年第一学期进行,与机械制造教学过程并行,让学生在理论教学过程中参与实践,为增强学生的理解和掌握提供实践保障。
重新定位金工实习课程的教育目标,以"学习工程知识,增加实践能力,提高综合素质,培养创新能力"为方针。由金工实习基地担负金工实践环节的提高性实验与新技术、新工艺的实验,由实验指导人员针对学生在实习现场的具体表现完成对学生现场实习任务布置、实习过程指导、实习表现的总结和实习效果评价等工作。
依托本院周边支柱产业,采用厂家实际产品为金工实习任务对象,引导学生进入"真实职业情景",增强实训实效性的同时,变消耗性实训为效益性实训,真正实现工学结合。
同时,针对机械制造课程各实验项目在各阶段教学中的作用,合理安排各实验项目开展时间。做到理论课内容与相应实验项目的紧密对应和结合;实验过程中,充分发挥学生的主观能动性,从"看实验、记结果",转变"做实验、重分析",为引导学生参与到实验项目设计、实验程序准备、实验过程进行、实验结果分析和实验效果评价的全过程,让学生充分从实践中获取知识,从而“知其然,知其所以然”。
充分与周边支柱产业企业实现对接,扩充和建设校外实训基地。发挥"订单式培养"的优势,定期让学生走进对接企业生产一线,由企业导师在实际工作情境中进行现场指导和教学,并对其在指定情境任务中的具体表现给予评价。
2.2 课程质量标准、教学大纲,考核评价方式的开发与改革
针对当前对职业学校机械制造课程教学的实际需要,重视实践环节在教学过程中的纽带作用,把学生在实践环节的表现及其评价纳入教学效果评价体系并明确及份额。通过“阶段项目考核期中考核阶段项目考核期终考核”的方式,开展理论教学效果评价;通过“实验项目单项评价+实验课程综合评价”的方式开展实验教学效果评价;将上述评价结果与学生平时考勤、作业评价结果、企业导师情境任务效果评价相结合,通过量化综合评价过程,完成教学质量的基本考核。
2.3 产业特色教材体系开发与建设
组织课程组成员、周边支柱产业企业专家,结合当前对职业学校机械制造课程教学的实际需要,拟定教材结构框架,并结合本地企业实训基地产品特点,配合"订单式培养模式"的要求,完成教材内容的更新和整合,完成产业特色教材的优化和完善,从而充分发挥本地资源在实训教学中的作用,将"情境、任务教学"落到实处。这样,既加强了学生的工程实践能力,拓宽了知识视野,又加强了学生对高新技术的认识以及创新意识。总之,加强教材的实用型,减少繁复的理论,增加规律性知识的总结和提炼,使教材成为"实用型的技术手册"。
3.结束语
一门课程的开发与建设,不仅仅是对教学内容的调整和知识的生硬重组,而是对教育理念的重建和更新、对人才培养模式的改革和创新、对人才本身能力和素质结构的重塑和完善。这是一项艰巨、复杂的系统工程,需要在教学中多方引入新的理念、新的技术、新的方法才能实现。
参考文献
关键词:学分制;工程训练中心;金工实习;教学;管理
Construction of the manufacturing engineering practice teaching mode under the credit system
Yang Yi, Wang Xiangjiang
University of south China, Hengyang, 421001, China
Abstract: This article analyses in brief present situation and shortcoming of traditional mental working practice teaching for our school. In order to adapt to the need of credit system, some reforming teaching modes and operating system are advanced. By adjusting new plan, integrating resources, reforming management mode, enriching practice content, we can develop student’s innovation capability continuously.
Key words: credit system; engineering training center; metalworking practice; teaching; management
重视实训教学环节,发挥实训教学作用,是高校培养创新型人才不可或缺的重要部分。机械制造工程训练作为一门覆盖面很广的实践性技术基础课,不但是绝大多数理工科学生的必修课,也是不少管理类、医学类、工艺美术类学生要修读的课程。实行学分制后由于同班同学课表及上课时间完全不同,过去以班为单位的数周时间的集中实习已不可能实现,而教务处课堂教学时间均已排定,摸索一套合适的分散式工程训练模式,以适应学校的学分制改革已成为各高校的当务之急。
1工程训练的教学现状
以我校为例,工程训练中心现承担全校机械、电子等近30个专业的实习任务,每年接纳实习自然班120余个,实习人数近5000人。单就金工实习而言,学生来中心实习的时间为集中的4周、3周、2周,需要完成车、钳、数控铣等12个工种的实习,各工种的实习时间也大不相同,由于设备、指导人员有限,学生每天在中心进行不间断的12个工种轮换。实行学分制后,学生不再有集中的时间来中心实习,如何在保证教学质量的前提下组织100多个班级在零散的时间内完成实习任务,成为摆在工程训练中心面前的一个难题。
目前大部分高校金工实习仍采用培养初级工人“师傅带徒弟”的教学模式。这基本解决了扩招后实习人数迅速增长的要求,满足了学生对全面认识各实习工种的需要,也方便进行实习教学的安排和管理。但在整个实习过程中学生只是“依葫芦画瓢”,被动地参与实习,约束了学生的思维,制约了学生的学习积极性,形成了一种“任务式”的模仿实习,几周下来他们只掌握了传统的应知应会,独立思考和创新思维没有得到锻炼,显然不符合当前素质教育的目标要求。这种实习方式的种种弊端已显露出来,教学改革势在必行。
在我校新修订的2009版人才培养方案中,对工程训练提出了明确要求,规定工科类各专业要安排一定数量的设计、综合、创新性训练项目。当前,我国已经有很多高校实行了学分制,对于工程训练,不同的学校也有不同的教学模式,绝大部分高校仍然实行了学年制下的集中实习,教务处在安排课表时专门腾出几周实习时间,让学生在非实习时间自主选课,这显然不是学分制的宗旨。湖南大学等高校实行分散下的集中,把实习时间以周为单位分散在整个学年,而合肥工业大学等高校将原计划6周的集中实习分解为学期中的2周认识实习+暑假中4周加强和创新实习。这些教学模式各有一定的优势,但在实行过程中也暴露出很多问题。
2全面学分制的特点
全面学分制是一种以选课制为基础,以学生所修学分为衡量学业完成标准,学生享有较大学习自的教学管理制度。从本质上讲,全面学分制与学年制、学年学分制的区别在于全面学分制赋予学生自主学习的权利和选择。全面学分制具备以下特点:(1)没有学制概念;(2)没有升、留级概念;(3)没有班级概念;(4)没有严格的上课时间概念;上午、下午、晚间,甚至假期都可以排课,以供不同情况的学生选课。学分制的优点主要表现在有利于多学科交叉和学生优化知识结构,有利于因材施教,培养多种类型的人才,特别是一专多能的复合型人才,还有利于充分利用学校的教学资源,提高办学效益。
3学分制下金工实习训练体系的设想
传统的工程训练模式是按班级在集中的时间、固定的训练场地进行。随着学分制的全面实施,学生的流动性越来越大,相同班级的学生所选择的课程不再一样,上课时间和上课地点也不尽相同,分散实习势在必行。为保证训练的安全性、完整性和系统性,笔者针对金工实习教学和管理提出以下几点设想:
3.1 创新实训教学理念
作为21世纪高等院校重要的实践教学基地,“工程训练中心”建设的最重要目的应该定位于培养学生的实践和创新能力。在实习中只注重基本技能训练的教学思想已不能适应当今形势发展的需要,工程训练课程建设要体现出向现代工程实践的转化,向局域网络条件下的集成技术培训方向转化,向技能与管理相结合的方向和技能与创新实践相结合的方向转化。按照有利于教学资源的优化配置,有利于教学质量的提高,有利于学生创新精神和工程实践能力的培养原则逐步深化中心运行机制改革,完善管理制度,加大全方位开放的力度。
3.2 改革实训教学模式
实训教学学分制改革的核心是实习教学内容与体系的革新,包括课程内容与考核方式的更新和对学生创新思维与综合能力的培养。实训教学应该打破教师演示、学生重复的传统模式,在实习教学中,增加设计性、综合性实习教学内容,有利于学生个性和创新能力的培养,另外,实习教学还必须层次化、体系化。
根据新编教学大纲的要求,各校不同专业金工实习的时间有4大类,而金工实习内容基本包括12大工种,这样各类专业每个工种的操作时间也将不同,也就是说同一个工种存在4种不同的教学内容。在完全学分制下,同一个时间单元内不同类别的专业都可以来实习,但教学内容的不同将会严重影响实习工作的进行。为了解决这一矛盾,我们拟采取“基础实习(2周)+强化创新(1周)+参观实习(1周)”的模式,详见表1。这样每类专业的实习时间分配到3个模块中,相同部分的“基础实习”中12大工种的时间、内容就完全一致,极大方便了教学工作。
“基础实习”中12大工种分散为20个单元,每个单元为半天,车、钳工安排时间较长,占5个单元,如果在多个实习段完成,两个实习段之间相隔时间不宜过长,以免学生遗忘学过的知识,操作机床具有很大的危险性,因此我们要求车、钳工在连续的2天内完成(包括2个晚上,每晚2小时),一般安排在周末和公共假期。其余的10个工种,学生可以任意选取10个半天来中心完成实习,考虑到工种的衔接问题,数控车、数控铣必须分别在车工、铣工实习后才能进行。为了知识的连贯性和其他课程的需要,我们一般要求学生最好能在二年级1年内完成“基础实习”,在大三、大四完成“强化+创新”,这样给学生的创新作品提供了更多的思考、修改和加工时间。
3.3 优化教学内容和方法
为了让学生认识到零件制造的整个工艺过程,我们将单一工种分离实习转变为注重制造工艺流程的整体实习,如榔头的加工采用锻造、铣削、钳工、磨削、车削、热处理等工艺。钳工实训中强化对自行车、减速器的拆装、组合实习,通过产品的拆装,最大限度地锻炼学生的动手能力,让他们领会产品的设计思想和构思技巧,最终实现知识积累向能力的转化。另外,实习中注意项目的扩展认识,鉴于学校实训条件的限制,我们充分利用CAI课件或影像资料开展教学,如激光快速成型制造、计算机柔性制造等,扩大学生的知识面,使其获得企业生产的其他相关工艺和加工知识,这样可提高学生的学习积极性,使之主动参与实习,大大提高实习的效果。
3.4 建立创新工作室,鼓励学生创新
工程训练中心在培养学生的创新能力方面具有诸多优势,能够使学生在实践过程中发现问题、带着问题回到理论学习、解决实践中遇到的各种问题。但大多数高校在创新实践过程中缺乏相关制度、必需的设备、指导教师和激励政策,使创新活动一直停留在“为参加竞赛”而被动创新的层面。近年来我校依托训练中心成立了机电创新工作室,工作室配备一定的硬件设施并组建了具有丰富工程设计和加工经验的兼职教师队伍,鼓励有创意的学生提出立项申请,经审核后由学生选定或由实习基地选派教师指导学生将创意变成作品,并鼓励不同年级、不同专业的学生组成研发团队,携手攻克科技难关,并保持创新的连续性。另外为了全面反映学生的综合素质和能力,我们在实训评价标准、体系和方法等方面进行了相应的改革,鼓励有创新能力的学生脱颖而出。在这些活动中,从立项、资料查询到设计制造,从跨院系讨论研究问题到团队作战携手攻关,学生的知识面拓宽了,专业信心增强了,综合能力提高了。近年来中心指导的作品获得了全国挑战杯三等奖、省挑战杯二等奖、省机械创新设计大赛一等奖、省工程训练综合能力竞赛二等奖等十多项奖励,取得了宝贵的实践经验。
3.5 加强基地硬件建设
由于工程训练中心的特殊性,从一定程度上讲,设备的性能和数量决定着实训的效果,而机械设备普遍比较昂贵,而且后续使用、维护、维修费用较高,经费问题已成为各高校基地发展存在的普遍问题。况且实习不同于实验,设备不仅需要种类多,而且必须有一定的数量,零散的设备不仅不利于短学时背景下教师的教学,更将造成一人操作多人看、训练时间大大缩水的局面。近年来很多重点高校在“世行贷款”“985工程”“国家级实验教学示范中心”等经费的支持下投入大量资金,工程训练教育观念的转变、设备更新、基础设施建设以及师资队伍建设方面都出现了崭新的面貌。反观隶属地方的普通高校,办学经费普遍比较紧张,在前一轮教育部本科教学工作水平评估中,工程训练中心作为必检单位,很多高校为基地硬件建设和环境改造投入了一定经费,但与扩招后实习人数的骤增和综合性人才培养要求相比还相差甚远。按照“教育部金工课指组关于人机比的建议要求”和“工程训练中心教学示范中心的建设规范与验收标准”,我们应该在满足基本制造、现代制造保证人机比要求的同时,考虑设备的更新及种类与数量增加,并实现数控加工训练和特种加工训练网络程序传送及在线加工。
4结束语
学分制是21世纪实现高等教育目标的重要途径。工程训练中心作为工科高等院校学生进行工程素质教育和技能培训重要的、必不可少的实践性教学基地,既是低年级大学生的训练平台,同时也应成为面向高年级学生进行创新实践、课外科技制造和参与科研活动的实践基地。学分制的实施使以往以班级为单位同时安排金工实习的传统方法被打破,需要一种新的机制与之相适应。根据现在工程训练中心的实际情况,笔者提出的教学和管理设想,在保质保量完成基本训练的同时,为学校培养学生的工程实践能力和创新能力发挥重要作用。
参考文献
[1] 傅水根.抓住机遇研究问题总结经验完善模式深化改革开拓前进[J].金工研究,2000,4:1~9
[2] 蒋新兰.高校学分制下选课模式的实践与探索[J].常州工学院学报,2010,23(6):87~90
关键词 创新创业 实训模式 人才培养
教育部在《关于大力推进高等学校创新创业教育和大学生自主创业工作的意见》中指出要把创新创业实践作为创新创业教育的重要延伸,丰富学生的创新创业知识和体验,提升学生的创新精神和创业能力。
1 创新创业实训的发展现状
1.1 创新创业教育的模式分析
创新创业教育意义重大,在高校中普遍实施。目前,我国创新创业人才的培养模式主要有:①知识传授型、创业园培养型、专项项目培训型以及竞赛活动型等等。知识传授型好似纸上谈兵,虽然掌握了创业需要的基本理论知识,但缺乏实战经验,对于知识的理解深化以及对于市场的把握能力都有所欠缺;创业实践型主要是依托大学科技园实现高校的技术创新和成果转化、高新技术的孵化等等,目前能真正得到锻炼的本科生比例较小;竞赛活动型中较有影响力的是大学生课外学术科技作品竞赛和大学生创业计划竞赛,参与高校较多,日趋完善成熟。去年开始,教育部启动“十二五”期间“大学生创新创业训练计划”,包括“创新训练项目”、“创业训练项目”、“创业实践项目”三个项目,以期在广大高校师生中形成以创新为荣,以创新带动创业的良好氛围。上述几种培养模式各有所长,但知识传授缺乏实践支撑,创业园培养以及竞赛活动模式涉及影响面也有所局限。
1.2 实训模式的发展现状
在创新创业培养模式中,我国实训模式处于借鉴和摸索阶段。国内相关专家在认真总结国外实训经验和全国试点工作成果的基础上,描述创业实训的特色,分析其对促进以创业带动就业的基础性作用,并希望以此推动更深层次和更大范围的研究和实践工作。②也有专家通过ERP、③KAB和SYB④项目的实施,希望让更多有志于创业的大学生在培训的过程中加深创业意识,增强创业理念,提高创业的积极性。还有专家探析“商务模拟公司”的实施方案和功能、意义,⑤将创业实训与专业实践进行有机融合,以实现共同发展,提高高等教育人才培养质量。
2 创新创业实训案例
2.1 卓越人才训练营
“卓越人才训练营”是我院继成功推出“登高人才训练营”(该项目重点打造本科生科研创新创业的发展路径)之后结合学生发展需求、与时俱进倾力打造的创新创业实训项目。该项目通过公共演讲口才训练、团队协作能力提升、商业理论知识学习等前期培训和“百元周创业实训”这两大环节将理论与实践充分融合,其目的不在于训练学生在毕业时即已成为创业者,而在于培养他们的创业意识以及作为创业者的基本素质。创业意识教育,即通过锻炼让大家亲身体会创业的过程,激发创业的意识;创业素质教育,即通过专家教授对创业知识的讲授和企业家、创业校友等创业成功者的现身说法,丰富学生的商业运营知识、风险意识,培养他们在公司管理、团队协作等方面的综合能力。
2.2 百元周创业实训
“百元周创业实训”是卓越人才训练营的重头戏。经过前期的磨合和酝酿,大家都期待可以大展身手的时刻。没有规矩,不成方圆。百元周创业实训虽然只是小额短期运营的公司,但是麻雀虽小五脏俱全。三十名学员,在聆听成功创业者的精彩讲述后,想担任CEO的同学需要公开(下转第75页)(上接第68页)竞选,把自己的创新创业思路和公司发展前景展示给大家,并招募自己的团队成员。而后,获得支持率最高的五位CEO即可带队组建公司,公司成员在四至八人不等。公司成立后,他们需要现场书写商业计划书,包括人事任免、公司发展规划及利益分配等方面内容。最后,专家评审会对公司运行的可行性和不合理的方面给予指导和完善。创业团队在领取100元启动资金后,即可按照自己的创业规划在一周左右的时间内实践自己的创业梦想。
2.3 卓越人才团支部
卓越人才团支部是依托卓越人才训练营组建的流动团支部,每期学员中的团员可经过自己申请、上期学员推荐的方式加入到流动团支部中,再通过申报、述职、投票等程序选举出本期的团支部委员,并进行职务任免。这也是创新团支部形式的一个较好的载体,团员会在这样一个新的团支部中进一步加强对团员身份的认识和对自身形象的塑造,形成比学赶帮的良好氛围。卓越人才团支部长期秉承“心系惠寒,志在服务”的新时代精神,将在“百元周创业实训”中的盈利捐赠给惠寒基金。卓越人才训练营不仅仅是创新创业教育的载体,更是广大青年团员意志和品德成长的摇篮。
3 影响实训成效的因素
3.1 实训人员与时间安排
天时地利人和是成功的关键因素。参与到实训的同学要经历报名—面试—选拔三道流程,选拔过程还要兼顾“五湖四海”和“特色搭配”的原则。“五湖四海”即让来自不同年级、不同专业的同学充分融合,打破常规思维;“特色搭配”即指根据报名的同学进行合理分批分流,确保每期学员的实训质量。
在对实训时间的把握上,要注意避开重大考试期和学校的其他特殊教学安排,如“金工实习”、“缝纫实习”等等,这样会使得同学们在学习之余有足够的精力经营自己的公司。
3.2 必要的前期培训
实训是整个创新创业教育的关键阶段,但不只是唯一阶段,精干给力的前期培训会为实训提供较好的剂作用。简短的开营鼓气、创意的自我介绍、给力的团队拓展、激烈的唇枪舌战、暖心的志愿服务将会使这群原本生疏的同学快速地凝聚在一起,熟悉彼此,为日后的实训组队、创造共赢提供基础。实践证明,缺少前期培训将会降低实训的满意度和学员的收获感。
3.3 合理的竞争机制
当今社会,竞争无处不在,在创新创业教育中引入合理的竞争机制会在更大程度上激发同学们的积极性和创造性。例如,实训最终评选出优秀创业团队、优秀创业达人等等,利用人类的好胜心理让同学们在全身心参与的同时具有荣誉感,大大提高实训的参与度和积极性。当然,有竞争就需要遵循公平、公正、公开的原则,要制定严格完善的考核加分评选方案,不能仅凭盈利的多少作为评判的唯一标准,这样就失去了实训的意义。
4 创新创业实训的作用
关键词:逆向工程;三维扫描;3D打印;工程训练
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)22-0147-02
逆向工程(Reverse Engineering,RE)又称反求工程,起源于精密测量和质量检测,是设计下游向设计上游反馈的回路。逆向工程的应用越来越广泛,涵盖工程、医学、考古、文物修复等多学科门类,尝试将逆向工程引入工程训练教学,丰富了工程训练的教学内容,开阔了大学生的视野,提高了实践和创新能力。
一、开设逆向工程实训课程的意义
工程训练是现代高等工程教育的重要组成部分,是一门实践性的技术基础课,是大学生熟悉零件的常用加工方法及其所用的主要设备和工具,了解新工艺、新技术、新材料在现代机械制造中的应用,拓宽工程知识背景的重要途径[1]。逆向工程技术的广泛应用和快速发展,吸引越来越多的院校开设这门课程[2]。大部分是将逆向工程作为一门专业课程进行开设,仅覆盖少数学科专业,如何让更多的学生学习逆向工程技术的专业知识,掌握产品快速开发的过程和方法,是教育工作者面临的一项紧迫课题[4]。
二、逆向工程实训项目教学内容
逆向工程实训教学中,应加强实践教学,使学生真正掌握逆向工程相关知识和技能。教学目标和内容为:(1)了解逆向工程的基本概念及主要技术,应用和意义;(2)了解常用的三维数据采集方法,学习三维扫描仪的基本操作方法,采集零件的点云数据;(3)学习逆向软件的使用方法,反求生成3D模型;(4)学习熔融沉积式快速成型机基本工作原理,硬件和软件构成、应用及特点,成型过程流程及工艺,并打印出产品。学习该课程后应达到以下要求:了解逆向工程的流程、关键技术,掌握三维数据获取、三维模型的建立以及模型快速制造等基本能力,学会相关软件及设备的基本操作技能,培养利用逆向技术完成产品创新设计的能力[3]。由于该课程教学信息量大,教学时间短,所以要精心设计教学过程,充分开发大学生潜能。采用项目驱动教学法,师生围绕案例展开充分的研讨和分析,制定工艺方案,完成逆向工程的完整过程的学习,最终快速制造出作品,在教学现场采用教学展板、作品展橱、多媒体触屏学习机等进行辅助教学,扩大课堂教学信息量。在课程安排上,采用“精讲多练”的方式,让学生边学边练,围绕着案例实践,教师巡回指导,逐个点评,最后进行总结归纳,实现预定的教学效果。
三、“逆向工程”实训项目教学实施
1.开设逆向工程实训项目的软硬件条件。逆向工程实训课程的开设要具备基本条件,要有三维数据采集设备、3D打印设备、必要的逆向工程软件以及相应的教学设施及场地。我中心现有北京某公司生产的结构光光栅照相式三维扫描仪一台,配有Geomagic逆向软件,北京某公司生产的FDM打印机4台,自制3D打印机2台。软件方面,制定了“逆向工程”实训教学大纲、教学计划、教案、教学挂图、视频自学资料,实训报告等,保证教学过程顺利开展。
2.逆向工程实训教学实施过程。逆向工程实训课程既涉及理论知识,更涉及三维扫描、逆向建模和3D打印的实践知识,其知识量大,对设备和师资要求高,而工程训练课程具有以实践操作为主,受众学生专业广、人数多等特点,所以要采取相应措施和办法[4]。实施过程如下:(1)理论讲授。工程训练教学以实践操作为主,所以该项目理论讲授学时较少,辅以视频和实物为媒介,简要而直观地介绍逆向工程的基本概念和主要技术、逆向测量设备、点云处理及逆向建模,3D打印的基本方法和工艺。(2)点云数据采集。数据采集是逆向工程的第一步重要阶段,也是后续工作的基础。常用的数据采集方法主要有接触式测量和非接触式测量。我中心采用结构光光栅照相式三维扫描仪,结构光扫描可在极短时间内获得复杂工件表面的完整点云,与接触式测量相比,非常适合逆向工程训练课程中作为数据采集设备。本实训项目采用任务驱动的教学方法,根据学科专业不同,由教师给定课程任务,或者学生根据要求自选任务。以现场零件为例,介绍扫描方案的拟定,并演示零件的三维扫描方法和过程,要求学生分组操作,制定扫描方案,操作三维扫描仪对产品进行多角度拍摄,采集零件的点云数据并保存。(3)反求生成3D模型。逆向工程建模件主要有Imageware、Geomagic、CopyCAD、RapidForm等,根据实际情况,我中心采用Geomagic软件进行实训教学,要求学生熟练掌握从拍摄获取点云到生成STL格式文件的全部操作过程[4]。在Geomagic软件中导入点云数据,先进行点着色使其更直观,删除体外孤点,采样处理减少点云密度,除噪处理优化点的排列,进行封装得到多边形模型[5]。在多边形阶段进行填充孔,去除特征用于快速去除对象上的肿块和压痕,砂纸命令用于光顺或松弛对象上的区域,简化多边形,多边形修复,边界优化等操作。进入精确曲面阶段,编辑轮廓线和曲面片,拟合曲面创建NURBS曲面。如需对曲面等进行优化处理,可保存为IGS或其他格式导入正向CAD软件进行编辑;如果模型不需考虑拓扑结构,可保存为OBJ格式导入Sculptris软件,直观地进行雕刻和形状处理。最终保存为STL格式文件,用于3D打印。(4)产品快速制造。3D打印的工艺方法有几十种之多,我中心采用北京某公司生产的FDM打印机。将STL格式模型导入打印机应用程序,通过自动布局、几何变换等对模型进行编辑,然后进行分层切片,将三维CAD模型转化为二维几何信息,通过分层制造,最终实现零件的沉积成型,打印出产品。最后经过去除支撑、打磨等后处理,使零件精度、表面粗糙度达到要求。
3.考核u价与总结归纳。考核是保证教学质量和反馈教学问题的重要手段。逆向工程实训考核分为理论考核、实训报告、实践考核三部分。该课程以实践操作为主,所以实践考核占60%,理论考核部分占20%,实训报告占20%。理论考核采用自主研发的工程训练理论考试系统进行上机考试,实现自动阅卷、自动评分。理论试题库涵盖该项目理论讲授部分和实践操作部分全部内容。实践考核采取对三维扫描的点云数据、模型数据处理、3D打印作品分项评分之和。
实训项目结束之前,学生先对训练过程进行自我总结,从中了解学生对教师及教学过程的要求和建议。指导老师也要对训练过程和结果进行分析,找出成绩与不足,进行小结。不断完善教学过程,提高实训教学的有效性。学生通过以上环节的实践训练,可以体验到逆向工程的完整流程,学习逆向工程思维,培养工程实践和创新能力。
本文对高校工程训练课程开展逆向工程实训教学进行了研究,讨论了从三维扫描获取点云数据、三维模型重建到通过3D打印实现快速制造的完整流程,下一步将探讨三维扫描与激光加工、数控加工进行对接的逆向工程训练项目,以便进一步扩充该训练课程的内容。工程训练课程开展逆向工程实训,丰富了工程训练的内容,培养了学生逆向工程思维能力,提高了大学生的工程实践和创新能力,提升了大学生就业竞争力。
参考文献:
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Study to Set "Reverse Engineering" Course in Engineering Training
NIU Guo-dong,WU San-chuan,WANG Hong-bo,LI Sheng
(Shandong University of Technology,Zibo,Shandong 255049,China)
我校过控专业自07年成立以来,已经多次组织学生深入工厂进行金工实习和生产实习,并且取得了一定的教学成果,但由于实习基地不稳定、教学管理制度不完善等原因,实习教学质量大打折扣。因此,我们应该正确认识实习现状,加强实习教学改革,提高实习教学质量,培养具有较高的工程实践素养的大学生。
一、我校过控专业实习情况问题分析
为切实搞好我校过控专业的实习教学改革,通过对本专业在校学生进行问卷调查,并结合相关文献资料分析,发现本专业在实习教学中存在如下问题。
1、实习教学动员不到位,实习效果不佳
在以往的实习中,学院每次都会组织全院学生召开实习动员大会,但因人数太多,坐后面的同学根本听不清或者也不想听,就不认真听。调查问卷显示,有60.8%的同学表示自己在以往的实习环节中根本没有明确的实习目标和任务。关于完成实习报告的数据来源,仅有37.6%的同学回答是自己在实习期间亲自搜集的。这一结果表明,学生在实习时缺乏对实习环节的深刻认识,从而不能认真对待实习过程,造成实习机会的浪费。
2、实习队伍庞大,现场混乱
在过去的生产见习中,全院5个班共200多名学生统一出发,队伍庞大,现场散乱,在公司的会议室,由单位的技术经理讲解,靠近讲解员的同学还能认真听讲,记笔记,但距离远点的同学就在里面照相、聊天,带队老师多次维持秩序,但效果甚微。这样不但大家都学不到东西,还严重影响我们学院的形象,在一定程度上对以后联系实习单位也造成了困难。而且由于任务量大,见习只能走马观花式的参观,很难达到预期效果。
3、实习结果考核存在局限性
在以往的实习过程中,实习成绩考核仅以实习报告为主,从而导致学生抄袭严重,考核结果难以客观、真实的反应学生的实习效果。这种考核方式在一定程度上挫伤了部分学生的实习积极性,未能有效提高学生对生产实习的热情,更不利于往后实习教学活动的开展。
4、校内实习基地欠缺,学生实践操作机会少
我校是一所偏文科的综合性学校,校内实习基地是一个空白,这很大程度上限制了学生实践的机会。而在企业的生产实习过程中,由于人数过多、厂方考虑生产以及安全等问题,学生只能在短时间内参观,根本没机会动手操作。
5、校外实习基地不稳定,实习教学困难
在市场经济条件下,企业没有承担毕业生实习的义务,很多实习条件好的单位因担心学生实习会影响企业的生产和惧怕安全事故等,多数拒绝接受毕业生的实习,这就使得实习教学变得困难。
二、实习教学改革的措施
针对我校实习教学存在的问题,提出以下改革措施,以改善实习效果。
1、做好实习前的动员工作,明确实习目标
在每次实习前组织两次动员大会。第一次是学院统一组织,简单介绍实习状况,强调实习纪律、注意事项、要求、成绩考核等。第二次以班级为单位,由班级带队老师统一组织学习,强化重点事项,细化实习内容,简介实习单位情况,明确布置实习任务。
2、分散实习队伍,保证实习质量
在参观学习时以班级为单位,同时进入不同的企业,不同的班只要岔开进入同一企业的时间即可,或者也可以两个班同时进入同一家企业,分别到两个车间分路参观,这样就能有效解决队伍庞大而造成的场面混乱、实习效果不佳等问题。
3、构建科学的实习考核体系
首先要求学生在实习过程中做好实习笔记,将其作为考核成绩的参考之一;其次参考企业对学生的评价进行考核;最后在实习结束后,及时进行总结表彰,抓住实习过程中的正反典型事例,总结成功经验,查找不足,鼓励学生进行实习交流、汇报,将结果作为考核的参考。
4、建立校内实训基地
我校的校内实习基地是一个空白,要在短时间内建立大规模的生产实习基地,是不可能的,但可以从零开始,从小到大,一步一步的着手建设。首先可以建立流体机械拆装实训基地,可以辅助完成我们过程流体机械的教学。问卷调查显示,若我们建立校内实训基地,有78.4%的同学愿意利用课余时间去实践。当问到在课堂上搞不清楚的机械机构,您会去实训基地通过拆装机器弄明白吗?有63.2%的同学表示会。在流体机械拆装实训基地,可以增加学生的实践机会,通过流体机械的拆装实践,学生能够加深对各类流体机械的了解,掌握流体机械的结构,进而提高学生的动手能力和实践操作能力。
5、加强与企业的联系,建立稳固的校外实习基地
虽然建立固定的校外实习基比较困难,但我们充分利用自身优势,与企业形成互惠的模式。首先,依托我们师资的知识理论、科研和信息等优势,建立起与企业长期的合作关系,如义务提供技术支持,或联合进行技术攻关等。其次,完善我们的实习管理制度,加强学生在企业实习期间的管理。当然,我们也不是
随便找企业合作。为使我们建立的校外实习基地能达到教学要求,实现教学目标,联系实习单位时可以考虑以下原则:第一,在合作时,企业生产运转正常,经济效益较好,有接纳实习教学的能力,具备承担实习教学的条件;第二,企业交通、食宿方便,最好是在学校周边地区。这样不仅方便集体出行,减少安全隐患,还能节省开支,缓解经费紧张的压力;第四,企业愿意承担学生实习教学,只有企业热情参与我们的实习教学,我们才能很好的进行实践操作,达到实践教学目的。