关于《金属切削原理及刀具》课程教学的探索与实践论文
摘要：在结合自身从事《金属切削原理及刀具》课程教学工作四年多的基础上，对教学过程中存在的一些问题进行了分析和探讨，从五个方面进行了教学改革与实践，有效地提高了学生学习本课程的兴趣，较好地调动了学生的主观能动性，顺利完成了教学目标。
关键词：金属切削原理；刀具；课程教学；探索与实践
《金属切削原理及刀具》是研究金属切削变形过程及规律，探索刀具在实际生产中的应用的一门技术科学；是我校机械设计制造及其自动化专业的一门选修课[1-2]。要求学生通过金属切削过程中的切削变形、切削力、切削热及切削温度、刀具磨损、磨削基本原理、刀具切削角度对切削过程的影响等基本理论的学习，掌握刀具材料选择、刀具几何形状设计、合理切削用量拟订、专用刀具设计等基本技能，为后续的金属切削机床、机械制造工艺学等课程学习和课程设计、毕业设计等实践学习提供必要的基础知识。
近年来，为了适应理工科教学改革，本课程学时缩减到32学时。由于本课程涉及机械制图、金属物理学、金属工艺学、力学、热学、化学、弹塑性理论等相关学科，理论知识过于抽象，加之课堂教学缺少必要的实物，学生普遍感到不少课程内容不易理解和掌握。对此，笔者在4年的教学工作中，对如何提高本课程教学质量及教学效果进行了不断地思考与探索，并通过教学实践，积累了一定的教学经验。
一、紧扣大纲，合理调整教学内容
《金属切削原理及刀具》课程采用了《金属切削原理》和《金属切削刀具》两本教材，教学大纲规定了16章节教学内容。要在32学时内完成如此多的内容，必须针对教学目标恰当分配课时并合理调整内容，例如，将刀具基本定义、刀具材料、金属切削变形过程、刀具磨损、刀具合理几何参数的确定、磨削、车刀设计、孔加工刀具、铣刀等重点内容安排2-4学时讲授，其它内容安排1学时讲授；将刀具基本定义中的刀具标注角度的换算调至车刀设计中讲解，将刀具材料中的涂层刀具融合到如何改善高速钢刀具切削性能中讲解；将干切削、化学涂层、物理涂层、数控刀具等新材料、新工艺、新技术、新设备，补充到教学内容中来，使学生及时了解本学科的现状及发展趋势，扩宽其知识面[3]。
与此同时，为了使学生掌握教学大纲规定的教学内容，针对每一章的教学内容，突出重点和难点、兼顾一般。对于重点和难点内容的讲解做到基本概念清晰、基本理论透彻、基本方法易懂，直至学生真正理解和掌握。在章节讲授开始时，首先介绍该章节的重点和难点，使学生心中有数；该章节讲授结束时，用一定时间进行总结，提高学生对所学知识的掌握程度。如第一章“基本定义”，其重点是切削用量的基本定义和刀具的几何参数，难点是刀具标注角度在参考系中的角度标注方法，特别是在正交平面参考系中的标注。
二、把握目标，理论密切联系实际
《金属切削原理及刀具》是理论性与实践性很强的课程。根据培养计划安排，在本课程开讲之前，学生已进行了金工实习，通过铸工、锻工、车工、钳工等不同工种的培训，基本熟悉了机械制造的一般过程和机械零件的常用加工方法，初步具备选择加工方法、进行加工分析和制定工艺规程的能力，特别是通过在车床上加工不同零件，对切削加工有了很深的感性认识。因此，课堂上结合金工实习讲解切削理论是提高学生知识程度的有效方法。
结合金工实习中铝制零件的.制造过程，即铸造毛坯→车削外圆→镗削内孔→插削键槽→铣削外齿，在引导学生读懂零件图的同时，通过分析获取零件预定几何形状、准确尺寸、表面质量的途径，介绍相关切削加工的概念；通过外圆车削中为什么要“对刀”，分析刀具安装位置的高低对实际加工刀具角度的影响；通过金属切屑的形状来判断切削过程平稳性；通过切削用量的不同来观察表面质量、刀具磨损；通过加工过程中切削液的使用来介绍其功能和作用；通过不同机床使用不同刀具来介绍车刀、孔加工刀具、铣刀等各种刀具的实际应用。如此等等内容的讲述，还可以结合学生金工实习照片的展示，使学生温故而知新，在传授理论知识的同时，解答他们实践中的疑惑。
利用刀具模型来介绍刀具形态结构和几何参数[4]。如普通车刀切削部位具有“三面两刃一尖”的特征，并结合其在正交平面内的投影，介绍不同角度的定义；利用先进刀具模型，如75°大切深强力外圆车刀，介绍刀具几何角度的合理选择及结构优化，即通过卷屑槽、负倒棱、直线过渡刃、刀尖圆弧过渡、负刃倾角、修光刃等改变刀具几何参数的多重途径在实际刀具制造中的应用。
利用CAD/CAE软件演示分析金属切削过程。如利用solidworks软件建立刀具三维模型，通过选择不同视角，观看其在不同平面内的投影，让学生容易明白各个角度的位置；利用ansys软件对金属切削过程进行动态仿真，通过应力、应变以及温度变化的动态显示，使学生能更容易接受知识点。
三、突出优势，精心制作教学课件
采用多媒体现代教育技术教学具有知识形象化、课堂生动化、增大课堂教学信息、便于课后学生复习等优势，是增强课堂教学效果、提高教学质量的有效手段[5]。因此，必须优质制作多媒体课件和熟练运用多媒体技术。
在多媒体课件制作过程中，应以精品教材为蓝本，以教学内容为主线，合理安排讲解的逻辑顺序，并且还要收集大量的素材来丰富课件，做到课件内容充实、页面色彩悦目、图像清晰、声音柔和，通过实物显示和实况播放，弥补学生感性认识和实践经验的不足，重点解决教学中比较抽象难懂的问题。多媒体课件文字不宜过多，应充分利用图片、动画和视频等素材使讲课内容形象化、生动化。如介绍切削用量三要素时，可采用切削加工视频；讲解刃倾角对切屑流向的影响时，可结合gif动画演示。注重使用不同的色彩或标记，注明讲授重点内容、难点及与教材安排不一致的内容，留给学生做课堂笔记的机会。
使用多媒体教学设备时，必须熟悉其使用性能，了解相关设备的操作，精通各应用软件的使用，研究其表现形式，防止实物、模型不能展现出来，动画、视频不能正常放映等问题出现，确保教学内容及安排正常进行，完好地体现教学思路；必须注重把握时间，合理控制节奏，防止因信息量加大，造成学生思维跟不上，降低教学效果。
四、不拘一格，多种教法灵活运用
坚持多种教学方法的使用是提高教学效果的必要途径。本课程以讲授法为主，其它教学方法为辅，通过多媒体课件演示和黑板板书讲授教学内容。
一是采用引入法，即讲授新章节时，以一个实例引入课程内容。如“在车床上以60m/min的切削速度精加工的零件，已知零件材料为45号钢，试选用合理的刀具材料”，由此展开刀具材料的讲授。
二是采用提问法，即结合讲解内容，因势利导向学生发问，以激发学生的兴趣。如讲解车刀主偏角的大小对切削力三个分力影响时，向学生提出“加工细长轴时，为什么选择大的主偏角？”，由此引导学生根据刚才所学的知识认真思考，提高分析问题解决问题的能力。
三是采用讨论法，即针对某一问题开展讨论，发挥学生的主观能动性。如根据切削液的分类及作用机理，引导学生针对不同工件材料、加工方法和刀具材料，开展合理选择和正确使用切削液的课堂讨论。
四是采用对比法，即通过直观性强的列表比较各相关因素的影响程度[6]。如切削力主要受工件材料、切削用量、刀具角度、刀具材料的影响，具体影响程度采用表格形式展现出来，有助于学生对此问题的理解。
此外，运用生动、形象的教学语言，有助于充分调动学生课堂学习的积极性。如介绍直角切削和斜角切削时，以课堂演示削铅笔为例，让学生亲自体会两种方式在用力上的不同。
五、注重实效，教学密切联系科研
教学和科研是现代高校的基本职能。教师在完成教学工作的同时努力开展科研工作，促使专业课程教学与科研实践紧密结合、相得益彰，有利于培养学生创新能力。
笔者课堂讲授时有意结合自己参与的科研项目，向学生介绍了刀具知识在实践中的运用。如联系船式旋耕埋草机项目的研制，重点介绍了一种新型旋耕埋草刀辊。该刀辊与圆柱铣刀结构相似，工作原理相同。刀辊带动各刀具连续转动，以较高的切削速度切削土壤；由于该刀辊呈多刀多刃切削，刀刃总长度大，具有提高生产率和刀具使用寿命等铣削特点。同时，该刀辊具备大螺旋角、容屑空间大、开有分屑槽等高效铣刀的合理结构。
以此科研实例作为比较案例进行讲解，学生学习积极性很高，同时探讨问题的主动性和深度都有所提高，有利于举一反三、触类旁通、增强学习效果，培养学生科研意识。
以上是我对《金属切削原理及刀具》课程实践教学的总结和体会。通过合理安排教学内容、注重理论联系实际、不断改善教学方法，有效地提高了学生学习该课程的兴趣，较好地调动了学生的主观能动性，顺利完成了教学目标。
参考文献：
[1]陈日曜.金属切削原理[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2]乐兑谦.金属切削刀具[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3]张春红.《金属切削原理与刀具》课程的教改探索[J].装备制造技术,2010(5):203-204.
[4]陆晓星.《金属切削原理与刀具》课程实践性教学初探[J].科技资讯,2009(11):153-154.
[5]周建军.浅谈对高校多媒体授课的再认识[J].中国高新技术企业,2009(9):192-193.
[6]梁建龙.提高《金属切削原理》教学效果的方法探讨与实践[J].塔里木大学学报,2009,21(1):109-111.
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