实验教学法在数控加工工艺教学中的应用

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摘 要： 本文对实验教学法的内涵、实施过程等进行了概述，将其用于数控加工工艺教学，以切削参数对零件加工表面质量的影响案例说明了实验教学法的应用过程。实践证明，实验教学法可以提高学生的综合实践能力、创新能力，培养学生严谨的实验作风和合作精神。

关键词： 实验教学法 数控加工工艺教学 实施步骤 实施过程

1.引言

随着现代制造业的迅猛发展，培养具有相应专业的业务基础、较宽领域的基础知识、创新设计与实践能力，具备较高综合素质的机械类人才，更好地服务于地方经济发展，是高职院校机械类专业的人才培养方向[1][2][3]。

实验教学法是教学中经常采用的理论与实践一体化教学方式。通过实验手段，得到规律与定律，使学生掌握本专业的有关理论知识、实验方法和实验技术。在职业教育教学活动中具有非常重要的意义[4][5]。

2.实验教学法概述[4][5]

2.1实验教学法的内涵

实验教学法是借助与教学内容相关的专业设备和一定的技术手段，在一定的实验条件下，验证或探求一个技术或自然科学现象的真伪，参与者在实验过程中提出问题或假设，树立研究目标，提出实验方案，观察实验现象，并根据实验数据和实验现象来解释和验证其问题或假说。

2.2实验教学法的实施步骤

一个完整的实验法教学活动过程包括六个部分：对问题的定位和阐明；提出假设；制订实验计划；完成实验；验证/证伪假设；将关系/规律归纳成理论。

2.2.1对问题的定位和阐明。问题切入：阐述问题现象或由学生自己提出和阐明问题；由学生介绍实验目的，所需工具、条件和实验过程；实验结果很大程度上取决于此阶段对问题的基础定位。

2.2.2提出假设。分析问题现象，由此可能会让存在的知识、问题变得清晰明了；列出可能存在的或需要解决的问题；把期待的结果描述成准备检验的假设。

2.2.3制订实验计划。制订实验方案；探讨应用哪些检测或实验方法能够对假设进行验证；计划工作步骤，解释并介绍实验装置，绘制结构草图。

2.2.4完成实验。按照计划准备实验设备、装置；完成实验并书写实验报告或者描述测量和检测的顺序。

2.2.5验证/证伪假设。评估测量结果的目的是获取有质有量的结论；计算测量：确定测量顺序并绘制出数据图表；口头论述实验结果；对照假设，目的是验证或者证伪假设。

2.2.6将关系/规律归纳成理论。将所获取的各种知识和关系归纳到更高一层的理论；获得的部分结论将起到解释和说明规律的作用；将实验的范例性转化为基本结论。

这六个阶段并不是一条简单直线的过程，而是不同层次间的相互交织、不断反复的过程，是一个动态流程，而且不同流程之间的联系众多；行动与情境有关，在问题中得以具体化，在行动过程中得出行动目标，在实施过程中要进一步改进或重新制定行动目标，再次反馈到“对问题的定位和阐明”阶段，就可以比之前更精确地获取设定假说所必需的信息。

3.实验教学法在数控加工工艺教学中的应用——切削参数对零件加工表面质量的影响

3.1确定教学内容及教学目标

3.1.1教学内容

重点：正确制定轴类零件的车削加工工艺及切削用量和刀具角度的选择方法。

难点：根据设计要求合理选择切削参数、刀具等。

3.1.2教学目标

3.1.2.1知识目标：明确加工需要进行的准备工作；能确定典型轴类零件的加工工艺过程，并学会填写工艺卡；能掌握车削外圆，熟练、规范操作机床，按照图样上的技术要求，合理选择刀具、材料等，加工出表面质量、尺寸精度合乎设计要求的合格零件。

3.1.2.2能力目标：培养学生的观察能力和动手操作能力；培养学生运用知识解决问题的能力。

3.1.2.3情感目标：通过“实验教学法”的实施，让学生养成规范的操作习惯和精益求精的工作作风。培养学生严肃认真、科学务实的工作态度和安全操作的良好作风。

3.2教学条件

铸件、45#钢和塑料棒等材料；数控车床、磨床等加工设备；900、350等外圆车刀；游标卡尺、外径千分尺、粗糙度标准比较样板等量具；《车工工艺与技能训练》、《切削加工手册》、《金属切削刀具》等参考书目及网上资料等。

3.3具体实施过程

第一步，对问题的定位和阐述。本次实验教学的内容是以影响机械零件加工表面质量的主要切削参数为重点内容。通过本次实验活动，掌握影响零件的表面质量的不同加工方法、刀具、材料、切削参数选择等综合因素，加强对理论知识的形象化、综合化掌握，培养学生的专业兴趣。

第二步，提出假设。影响零件加工表面质量的因素很多，针对教学过程中存在的疑惑提出一些假设或伪证，如：切削速度越快工件表面越光滑；切削深度越小工件表面质量越高；不同材料的表面质量提高的方式都一样；刀具类型和刀具角度选择与材料没有关系；在不同的加工阶段为保证表面质量进给量的选择关系不大等。

第三步，制订实验计划。为顺利完成实验需要制订实验方案，明确工作步骤，各实验小组对工作任务进行适当分工，做好充分的准备工作。

（1）教学组织。完成学生分组。组内对实验的准备工作、数据记录、实际操作等任务进行分工；因影响实验结果的因素较为复杂，故组间工作重点要有所侧重（如切削速度、进给量、刀具和材料等）。

（2）教学流程。复习轴类工件车削的常用加工方法及注意事项制订工作计划进行图纸工艺分析明确主要工作目标及加工要点实际加工操作成果检测展示与小结评价与总结。

第四步，完成实验过程。实验教学过程是按照计划准备实验设备或装置，完成实验并书写实验报告或描述测量和检测的结果的过程；教师检查审核每个小组的实施方案，对其出现的错误给以改正建议，由其小组讨论后重新制订方案再交给教师，检查通过后方可投入使用。

第五步，验证/证伪假设。各小组选派一名代表叙述其实验方案并陈述其结论，回答教师和其他实验组学生的提问，要求在规定时间内完成方案叙述、图片资料的提供、产品展示等。

在汇报实验结果的过程中，教师应引导学生针对实验准备阶段所提出的一些假设和设想等问题，来阐述在实验过程中自己所做出的观察和探索，实验中记录的实验数据和计算结果之间的关系分析，展示支持结论的图表、信息等。

第六步，将关系/规律归纳成理论。通过实验结果的评价和总结，教师引导学生将所获取的各种知识和关系归纳到更高一层的理论。

通过此次对影响零件表面质量的重要因素的多角度、多种形式的实验活动，让学生明白直接影响零件加工的表面质量的因素非常复杂多样，如切削用量、刀具角度、刀具材料、零件自身的材质、切削液选用等。

第七步，评价内容与评分标准。影响零件加工表面质量的切削参数实验评分标准及成绩评定，如表1所示。

4.结语

通过影响零件加工表面质量的切削参数实验的完成，学生学习了零件表面加工的一些理论知识及加工步骤，认识到零件表面质量是一个非常复杂的综合性问题。将实验教学法应用于数控加工工艺教学中，为学生提供了在“做”中“学”的机会，培养了学生的自我学习能力，提高了专业学习的兴趣，调动了学习的积极性和主动性。

参考文献：

[1]李胜武.机械加工实践教学要以培养能力为主线[J].天津职业院校联合学报，2007，（3）：74-75.

[2]黄建平.机械加工技术专业课程设置模式改革探讨[J].职业技术研究，2008，（9）：143-144.

[3]徐美燕.以就业为导向培养学生职业能力[J].教育与职业，2005，（8）：65-67.

[4]Dr.Frank Buenning.行动导向教学理论基础[M].同济大学职业技术教育学院，2009，8.

[5]郭杰.大学专业课实验教学法改革与效果分析[J].黑龙江教育，2009，（11）：74-76.

课题来源：河北科技示范学院教学研究项目：基于行动导向的高职机械设计与制造专业教学模式研究。q