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摘 要：本文分析了“制造工程基础”课程的要求及特点，结合教学实践，从教材选用、教学内容、教学方法、教学理念等方面论述了几个能调动学员学习积极性，提高其分析问题和解决问题的能力的实际问题。
关键词：制造工程基础；教学实践；教学方法
我校“制造工程基础”是一门知识面涉及广的课程。虽然具有一定理论性，但更重要的特点是实践性很强、系统性较差、综合性较高、概念繁杂、经验知识较多、与生产实践关系密切等。这门课程由历史上的数门课程（工程材料与成形技术、金属切削原理、金属切削机床、机械制造工艺学、机床夹具、质量控制等）合并而成，内容庞杂，知识点多，教学上存在着一定的难度。加之存在学时少，内容多，学员缺乏相关的感性知识和实际经验等问题，必须在教学方法上狠下工夫才行。
一、选好教材
我校要求这门课程采用双语教学，使得教材的选用上具有更大的灵活性。中文教材一般内容偏少，知识老化，系统性、逻辑性强，推理论述较多，讲究“系统完整无毛病”，力求自圆其说。一般不注重实践知识、缺少过程性描述，不讲究图文并茂，趣味性不足，属于“压缩饼干”型教材。英文教材内容丰富，新知识多，强调实用性；但逻辑性较差，强调运用数学工具，推理论述较少。特别是讲述详细，面广量大，习题丰富，属于“自助餐”型教材。经权衡比较，我们选用Mikell P. Groover 编写的《Fundamentals of Modern Manufacturing》作为教材，冯之敬主编的《制造工程与技术原理》为主要参考书，编写了常用英汉词汇，选择了习题，配备了习题参考答案，经两届学员使用，效果良好。
二、优化教学内容
《制造工程基础》内容繁杂，教学过程中存在着如下四种矛盾：一是有限的课时与较多的课程内容之间的矛盾；二是内容杂散枯燥与人类积累知识需要趣味性的矛盾；三是经验性知识与理论性知识取舍的矛盾；四是前沿知识与传统内容取舍的矛盾。要取得好的教学效果，必须对教学内容进行优化。
首先不能面面俱到，把课程变成制造工程师手册，或者变成制造百科全书，而是要在每部分优选一些能够启迪学员思想方法的代表性内容进行讲授，相类似的内容只出现一次。例如幂函数形式的经验公式，在真实应力与应变间的关系、真实应力与应变速率间的关系、切削力与切削用量间的关系、切削温度与切削用量间的关系、刀具耐用度与切削用量间的关系等多处出现，只需要选定一处进行论述即可。又如通过铲齿形成后角刀具，在铣刀、滚刀、丝锥等多种刀具中都会涉及，也只需在一处进行说明即可。其次是对多数学员通过阅读就能理解的内容只给出内容联系框架，不具体讲授实际内容。而对阅读中不易理解，容易出现理解错误或概念错误的问题，要详细、反复、形象地进行讲授。例如对钢的调质热处理和对铝的时效热处理不同；“拉深”与“拉拔”的区别；砂轮硬度与磨粒硬度的概念等，就要详细说明。又如对切削层厚度与变形程度间的关系，许多学员都会有切削厚度越大，变形程度就越厉害的印象，通常也不会把切削厚度与进给量联系起来，有时还与背吃刀量（切削深度）相混淆。这就要详细地反复解释，从切削变形到切削力再到切削温度，要反复进行论述。论述中还要讲究形象化讲授，如：“对这个问题，我们是这样讲的，原来切削厚度0.1mm，进给量增加一倍，切削厚度变为0.2mm。变形是厉害了还是减弱了？”再进行引导：“原来要切成两片，现在只切成一片，是切成两片容易，还是切成一片容易？”最后让学员自己得出结论：进给量越大，切削厚度就越大，变形程度就要减弱。再次要在个别点上深入进行讲授，让学员理解细节问题在制造工程中的重要性，明白“差之毫厘，失之千里”的道理，养成精益求精的习惯。我们选定了钢在冷却时的组织转变、铸件的体积收缩、轧制力矩的分析、拉深的工艺计算、刀具的工作角度、刀具耐用度的确定、钻头角度的分析、铲齿铣刀的后角的形成、磨削表面质量、等位误差分析、装配尺寸链计算等，作为重点讲授的内容。例如在讲授装配尺寸链计算时，通过具体的实例，根据学员已经学过互换性与质量控制课程，推导出决定修配件尺寸及公差的普遍方法为：根据修配件是越修越大（包容面）还是越修越小（被包容面，绝大多数情况），以及修配件是增环还是减环等具体情况，由封闭环的某个极限尺寸（根据装配精度确定）求解出修配件的最小实体尺寸（包容面的最小极限尺寸或被包容面的最大极限尺寸），再把最小实体尺寸向增大实体尺寸的方向偏移一个最小修配量（由装配技术要求确定），将此尺寸作为修配件的一个极限尺寸，再将此极限尺寸向增大实体尺寸的方向偏移一个公差值，此公差值是修配件的经济制造公差值，得到另一个极限尺寸。这种讲授方法，既复习了学员已掌握的知识，又有一定的思考推理过程，还能得到一个普遍性的结论。
三、改进教学方法
为提高学员学习效果，我们在教学过程中进行了如下探讨：
（1）充分发挥多媒体教学的优势。如讲授刀具角度时，就可以利用solidworks软件，绘制一个长方体，切去三刀形成主后刀面、副后刀面、前刀面，再绘制切削速度矢量和进给方向矢量。利用这个三维造型就可以进行提问和讨论。通过模型的旋转与剖切，通过不同的着色与视角，就可以十分形象地说明不同的刀具角度参考系和刀具角度等。又如讲授变形加工时，可利用数字分析软件，绘制工件受力情况或应变情况的假彩色图，为学员建立一个直观而生动的形象。
（2）充分利用学员的已有知识。例如讲授刀具角度时，可利用空间解析几何的有关知识，说明基面是由一点（切削刃上的选定点）和平面的法线（选定点的切削速度矢量）确定的平面；切削平面是由改点的切削速度矢量与切削刃的切线两条相交直线形成的平面等。又如讲述逆铣和顺铣时，说明切削刃上选定点的轨迹为摆线，有利于分析切削层厚度。再如教授机床温升过程时，可联系电容的充放电过程进行讲解等。
（3）充分利用视频资料。讲述半天，不如播放一段动画或录像。动画和录像要精心选择，“反映实质”，不能让学员形成错误印象。对一些网络流行的动画与视频，还要进行分析和取舍，既要避免如“失蜡铸造”动画中把融化的石蜡倒入热水中、“车削變形”动画中在切削刃前方绘出裂缝的学术性错误，也要避免如“砂型铸造”视频中工人用手去摸漂浮在铸铁熔液上的稻草壳之类的安全问题。 （4）处理好趣味性与学习知识的关系。目前网络和电视节目中，有很多可以利用的视频资料，特别是在材料生产和材料成形技术等内容的教学中，播放一些常见日用品的生产过程，既积累了知识，又生动有趣，还可避免干巴巴的语言描述。例如用“易拉罐”的生产讲“拉深”，硬币生产讲“落料”，螺栓生产讲“挤压”等。这方面如果采用外文资料时，如“Factory Made”“How Do They Do It”“How It’s Made”等，不仅应进行节选，还应对翻译后的语音解说和字幕进行审核，避免出现用词不准确和使用港台汉语词汇的问题。有时还可以播放一些生产厂家的广告资料，如高速切削、加工中心、激光切割等。对一些细节问题的讲解，教员可以对模型或操作事先进行录像，放大后展示在PPT中，比现场演示效果更好。教员还可自行拍摄一些图片和视频资料进行展示，针对性更强。如我们在北京机床博览会上拍摄的资料就很受学员欢迎。
（5）进行启发式、提问式教学。例如可以这样进行铸造的提问式教学：如“砂型铸造”的“沙”是指形成“空腔”的材料，还有什么材料能作“型”？引出金属型铸造；“模样”用于形成空腔，除木材外，还有什么能做模样？还有什么方法能形成空腔？引出各种造型方法；取出模样不能破坏已形成的空腔，怎样取出？引出熔模铸造和消失模铸造；形成内轮廓要用“型芯”，型芯如何取出？引出永久性型芯和一次性型芯；型芯如何定位？引出芯头；如何进行型芯受力分析？引出型芯所受液态金属的浮力为所排开液态金属的重量，型芯材料与液态金属的密度差较大，所以型芯所经受的纯浮力远大于本身的重量等。
四、融入新的理念
教学过程中，要坚持理论联系实际，将课堂理论教学、实验教学、工程训练有机结合起来，引导学员进行深度思考，前后贯通，相互联系，接触科技前沿，在学习知识的过程中培养思维能力。举例如下：
在学完零件工艺后介绍数控技术时，就要讲数控工艺的特点。以尺寸链为例，数控程序中的尺寸链，通常要采用概率法进行解算。一次装夹中，任意两个表面间的尺寸，都可以看成是由原点到两个尺寸端点的绝对尺寸为组成环的尺寸所形成的封闭环。采用合适的编程方法，所有尺寸的误差，都不会超过机床定位精度的两倍。特别要强调，为避免积累误差的形成，数控机床编程的尺寸都应采用平均尺寸，也就是最大极限尺寸与最小极限尺寸的平均值。或者说，所有编程尺寸的基本尺寸，都应取在公差带的中心。这样学员就会对数控工艺的特点有明确认识。
在学习熔模铸造后，我们提出，“模样”能用熔化的方式从型腔中取出，那么形状复杂的“型芯”如何取出？然后举出内冷油道铝活塞的盐芯铸造过程为例进行说明：高档活塞内部要由复杂截面形状的圆环形内冷油道进行冷却，一般型芯根本无法取出。工厂通常用食盐制成型芯，完成铝活塞的铸造后，再用水溶解盐芯，就可形成所需的内冷油道。
在学完增量制造技术（快速成形）后，我们提出：目前增量制造的材料通常为树脂一类机械性能较差的材料，如何“快速成形”机械性能好的材料？引导学员得出可以先用性能差的材料“快速成形”所需零件的“镜像产品”，再通过对“镜像产品”进行置換（如电铸等工艺）形成性能好的材料制成所需产品。如需要一个铜圆柱，就先用树脂快速成形一个圆柱孔形成镜像铸模，再对树脂铸模进行铜电铸就可得到铜圆柱产品。
这些引导性新理念，不需讲清细节，只需让学员建立一个思维方式即可。
参考文献：
[1]王 妍.激发——机械制造基础课程教学的有效切入[J].教师，2009（20）.
[2]刘长红，郭晓琴，王金凤.“机械制造工程”课程的教学改革与实践研究[J].中国电力教育，2011（5）.
[3]江树勇，赵立红，张艳秋，佟永祥.大工程观下《机械制造基础》课程的教学改革与实践[J].理工高校研究，2009（4）.
[4]费从荣.机械制造工程技术发展及实践教学[J].西南交通大学学报（社会科学版），2004（4）.
关键词：制造工程基础；教学实践；教学方法
我校“制造工程基础”是一门知识面涉及广的课程。虽然具有一定理论性，但更重要的特点是实践性很强、系统性较差、综合性较高、概念繁杂、经验知识较多、与生产实践关系密切等。这门课程由历史上的数门课程（工程材料与成形技术、金属切削原理、金属切削机床、机械制造工艺学、机床夹具、质量控制等）合并而成，内容庞杂，知识点多，教学上存在着一定的难度。加之存在学时少，内容多，学员缺乏相关的感性知识和实际经验等问题，必须在教学方法上狠下工夫才行。
一、选好教材
我校要求这门课程采用双语教学，使得教材的选用上具有更大的灵活性。中文教材一般内容偏少，知识老化，系统性、逻辑性强，推理论述较多，讲究“系统完整无毛病”，力求自圆其说。一般不注重实践知识、缺少过程性描述，不讲究图文并茂，趣味性不足，属于“压缩饼干”型教材。英文教材内容丰富，新知识多，强调实用性；但逻辑性较差，强调运用数学工具，推理论述较少。特别是讲述详细，面广量大，习题丰富，属于“自助餐”型教材。经权衡比较，我们选用Mikell P. Groover 编写的《Fundamentals of Modern Manufacturing》作为教材，冯之敬主编的《制造工程与技术原理》为主要参考书，编写了常用英汉词汇，选择了习题，配备了习题参考答案，经两届学员使用，效果良好。
二、优化教学内容
《制造工程基础》内容繁杂，教学过程中存在着如下四种矛盾：一是有限的课时与较多的课程内容之间的矛盾；二是内容杂散枯燥与人类积累知识需要趣味性的矛盾；三是经验性知识与理论性知识取舍的矛盾；四是前沿知识与传统内容取舍的矛盾。要取得好的教学效果，必须对教学内容进行优化。
首先不能面面俱到，把课程变成制造工程师手册，或者变成制造百科全书，而是要在每部分优选一些能够启迪学员思想方法的代表性内容进行讲授，相类似的内容只出现一次。例如幂函数形式的经验公式，在真实应力与应变间的关系、真实应力与应变速率间的关系、切削力与切削用量间的关系、切削温度与切削用量间的关系、刀具耐用度与切削用量间的关系等多处出现，只需要选定一处进行论述即可。又如通过铲齿形成后角刀具，在铣刀、滚刀、丝锥等多种刀具中都会涉及，也只需在一处进行说明即可。其次是对多数学员通过阅读就能理解的内容只给出内容联系框架，不具体讲授实际内容。而对阅读中不易理解，容易出现理解错误或概念错误的问题，要详细、反复、形象地进行讲授。例如对钢的调质热处理和对铝的时效热处理不同；“拉深”与“拉拔”的区别；砂轮硬度与磨粒硬度的概念等，就要详细说明。又如对切削层厚度与变形程度间的关系，许多学员都会有切削厚度越大，变形程度就越厉害的印象，通常也不会把切削厚度与进给量联系起来，有时还与背吃刀量（切削深度）相混淆。这就要详细地反复解释，从切削变形到切削力再到切削温度，要反复进行论述。论述中还要讲究形象化讲授，如：“对这个问题，我们是这样讲的，原来切削厚度0.1mm，进给量增加一倍，切削厚度变为0.2mm。变形是厉害了还是减弱了？”再进行引导：“原来要切成两片，现在只切成一片，是切成两片容易，还是切成一片容易？”最后让学员自己得出结论：进给量越大，切削厚度就越大，变形程度就要减弱。再次要在个别点上深入进行讲授，让学员理解细节问题在制造工程中的重要性，明白“差之毫厘，失之千里”的道理，养成精益求精的习惯。我们选定了钢在冷却时的组织转变、铸件的体积收缩、轧制力矩的分析、拉深的工艺计算、刀具的工作角度、刀具耐用度的确定、钻头角度的分析、铲齿铣刀的后角的形成、磨削表面质量、等位误差分析、装配尺寸链计算等，作为重点讲授的内容。例如在讲授装配尺寸链计算时，通过具体的实例，根据学员已经学过互换性与质量控制课程，推导出决定修配件尺寸及公差的普遍方法为：根据修配件是越修越大（包容面）还是越修越小（被包容面，绝大多数情况），以及修配件是增环还是减环等具体情况，由封闭环的某个极限尺寸（根据装配精度确定）求解出修配件的最小实体尺寸（包容面的最小极限尺寸或被包容面的最大极限尺寸），再把最小实体尺寸向增大实体尺寸的方向偏移一个最小修配量（由装配技术要求确定），将此尺寸作为修配件的一个极限尺寸，再将此极限尺寸向增大实体尺寸的方向偏移一个公差值，此公差值是修配件的经济制造公差值，得到另一个极限尺寸。这种讲授方法，既复习了学员已掌握的知识，又有一定的思考推理过程，还能得到一个普遍性的结论。
三、改进教学方法
为提高学员学习效果，我们在教学过程中进行了如下探讨：
（1）充分发挥多媒体教学的优势。如讲授刀具角度时，就可以利用solidworks软件，绘制一个长方体，切去三刀形成主后刀面、副后刀面、前刀面，再绘制切削速度矢量和进给方向矢量。利用这个三维造型就可以进行提问和讨论。通过模型的旋转与剖切，通过不同的着色与视角，就可以十分形象地说明不同的刀具角度参考系和刀具角度等。又如讲授变形加工时，可利用数字分析软件，绘制工件受力情况或应变情况的假彩色图，为学员建立一个直观而生动的形象。
（2）充分利用学员的已有知识。例如讲授刀具角度时，可利用空间解析几何的有关知识，说明基面是由一点（切削刃上的选定点）和平面的法线（选定点的切削速度矢量）确定的平面；切削平面是由改点的切削速度矢量与切削刃的切线两条相交直线形成的平面等。又如讲述逆铣和顺铣时，说明切削刃上选定点的轨迹为摆线，有利于分析切削层厚度。再如教授机床温升过程时，可联系电容的充放电过程进行讲解等。
（3）充分利用视频资料。讲述半天，不如播放一段动画或录像。动画和录像要精心选择，“反映实质”，不能让学员形成错误印象。对一些网络流行的动画与视频，还要进行分析和取舍，既要避免如“失蜡铸造”动画中把融化的石蜡倒入热水中、“车削變形”动画中在切削刃前方绘出裂缝的学术性错误，也要避免如“砂型铸造”视频中工人用手去摸漂浮在铸铁熔液上的稻草壳之类的安全问题。 （4）处理好趣味性与学习知识的关系。目前网络和电视节目中，有很多可以利用的视频资料，特别是在材料生产和材料成形技术等内容的教学中，播放一些常见日用品的生产过程，既积累了知识，又生动有趣，还可避免干巴巴的语言描述。例如用“易拉罐”的生产讲“拉深”，硬币生产讲“落料”，螺栓生产讲“挤压”等。这方面如果采用外文资料时，如“Factory Made”“How Do They Do It”“How It’s Made”等，不仅应进行节选，还应对翻译后的语音解说和字幕进行审核，避免出现用词不准确和使用港台汉语词汇的问题。有时还可以播放一些生产厂家的广告资料，如高速切削、加工中心、激光切割等。对一些细节问题的讲解，教员可以对模型或操作事先进行录像，放大后展示在PPT中，比现场演示效果更好。教员还可自行拍摄一些图片和视频资料进行展示，针对性更强。如我们在北京机床博览会上拍摄的资料就很受学员欢迎。
（5）进行启发式、提问式教学。例如可以这样进行铸造的提问式教学：如“砂型铸造”的“沙”是指形成“空腔”的材料，还有什么材料能作“型”？引出金属型铸造；“模样”用于形成空腔，除木材外，还有什么能做模样？还有什么方法能形成空腔？引出各种造型方法；取出模样不能破坏已形成的空腔，怎样取出？引出熔模铸造和消失模铸造；形成内轮廓要用“型芯”，型芯如何取出？引出永久性型芯和一次性型芯；型芯如何定位？引出芯头；如何进行型芯受力分析？引出型芯所受液态金属的浮力为所排开液态金属的重量，型芯材料与液态金属的密度差较大，所以型芯所经受的纯浮力远大于本身的重量等。
四、融入新的理念
教学过程中，要坚持理论联系实际，将课堂理论教学、实验教学、工程训练有机结合起来，引导学员进行深度思考，前后贯通，相互联系，接触科技前沿，在学习知识的过程中培养思维能力。举例如下：
在学完零件工艺后介绍数控技术时，就要讲数控工艺的特点。以尺寸链为例，数控程序中的尺寸链，通常要采用概率法进行解算。一次装夹中，任意两个表面间的尺寸，都可以看成是由原点到两个尺寸端点的绝对尺寸为组成环的尺寸所形成的封闭环。采用合适的编程方法，所有尺寸的误差，都不会超过机床定位精度的两倍。特别要强调，为避免积累误差的形成，数控机床编程的尺寸都应采用平均尺寸，也就是最大极限尺寸与最小极限尺寸的平均值。或者说，所有编程尺寸的基本尺寸，都应取在公差带的中心。这样学员就会对数控工艺的特点有明确认识。
在学习熔模铸造后，我们提出，“模样”能用熔化的方式从型腔中取出，那么形状复杂的“型芯”如何取出？然后举出内冷油道铝活塞的盐芯铸造过程为例进行说明：高档活塞内部要由复杂截面形状的圆环形内冷油道进行冷却，一般型芯根本无法取出。工厂通常用食盐制成型芯，完成铝活塞的铸造后，再用水溶解盐芯，就可形成所需的内冷油道。
在学完增量制造技术（快速成形）后，我们提出：目前增量制造的材料通常为树脂一类机械性能较差的材料，如何“快速成形”机械性能好的材料？引导学员得出可以先用性能差的材料“快速成形”所需零件的“镜像产品”，再通过对“镜像产品”进行置換（如电铸等工艺）形成性能好的材料制成所需产品。如需要一个铜圆柱，就先用树脂快速成形一个圆柱孔形成镜像铸模，再对树脂铸模进行铜电铸就可得到铜圆柱产品。
这些引导性新理念，不需讲清细节，只需让学员建立一个思维方式即可。
参考文献：
[1]王 妍.激发——机械制造基础课程教学的有效切入[J].教师，2009（20）.
[2]刘长红，郭晓琴，王金凤.“机械制造工程”课程的教学改革与实践研究[J].中国电力教育，2011（5）.
[3]江树勇，赵立红，张艳秋，佟永祥.大工程观下《机械制造基础》课程的教学改革与实践[J].理工高校研究，2009（4）.
[4]费从荣.机械制造工程技术发展及实践教学[J].西南交通大学学报（社会科学版），2004（4）.