馬樹(shù)軍 金鐵錚

東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 遼寧沈陽(yáng) 110000

東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院于2015年采購(gòu)了Sodick線(xiàn)切割放電加工機(jī)AQ327L(EDM/EDW)，旨在為全院本科生校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)提供更好的實(shí)踐條件，更深入學(xué)習(xí)電火花成型加工技術(shù), 現(xiàn)已成為全院本科生校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的重點(diǎn)培訓(xùn)設(shè)備。從近幾年暑假校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)情況來(lái)看，學(xué)生在實(shí)踐中對(duì)電火花成型加工技術(shù)的掌握尚停留在模仿照搬和了解儀器設(shè)備基本操作的學(xué)習(xí)階段，實(shí)踐只能有限地加深對(duì)電火花成型加工技術(shù)知識(shí)的理解和掌握，活學(xué)活用還無(wú)從談起，改善目前的教學(xué)情況需認(rèn)清當(dāng)前實(shí)際現(xiàn)狀。

1 生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)情況現(xiàn)狀

當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)習(xí)明顯存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

(1)重理論、輕實(shí)踐，重知識(shí)、輕能力的教學(xué)模式使培養(yǎng)出來(lái)的大多數(shù)學(xué)生缺乏創(chuàng)造性、缺乏分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的工作能力。在Sodick線(xiàn)切割放電加工機(jī)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，受實(shí)踐時(shí)間和教學(xué)模式的限制，學(xué)生的實(shí)踐只是認(rèn)真觀察，照搬老師的標(biāo)準(zhǔn)操作，完成一次加工過(guò)程而已。而對(duì)儀器設(shè)備、線(xiàn)路連接、操作步驟的詳細(xì)說(shuō)明知之甚少。單純的展示性操作和低水平的重復(fù)實(shí)踐只能讓學(xué)生在一定程度上了解儀器設(shè)備的基本操作。但是很難達(dá)到培養(yǎng)動(dòng)手能力、分析與解決問(wèn)題能力的目的，創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)更是無(wú)從談起[1]。

(2)缺乏通俗易懂、由淺入深的設(shè)備操作教程及規(guī)范。Sodick線(xiàn)切割放電加工機(jī)操作專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，設(shè)備先進(jìn)且不常見(jiàn)。實(shí)習(xí)教師也往往缺乏該設(shè)備的操作經(jīng)驗(yàn)，大部分本科生亦是初次接觸此類(lèi)設(shè)備。在師生準(zhǔn)備不夠充足的情況下，很容易導(dǎo)致生產(chǎn)實(shí)習(xí)流于形式，過(guò)多依附于理論介紹，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊老化，不能體現(xiàn)現(xiàn)代科技發(fā)展水平。而由廠家提供的儀器設(shè)備說(shuō)明書(shū)，強(qiáng)調(diào)設(shè)備工作原理而使用專(zhuān)業(yè)性術(shù)語(yǔ)過(guò)多，詞句過(guò)于僵硬，語(yǔ)言晦澀難懂，讓師生很難在生產(chǎn)實(shí)習(xí)前進(jìn)行早期學(xué)習(xí)及預(yù)習(xí)，更加惡化了生產(chǎn)實(shí)習(xí)條件。廠家初期雖然安排專(zhuān)業(yè)人員對(duì)教師進(jìn)行培訓(xùn)，但由于培訓(xùn)人員素質(zhì)參差不齊、講解過(guò)快以及人多空間小等因素，培訓(xùn)效果并不理想。培訓(xùn)期間有個(gè)別教師用手機(jī)等簡(jiǎn)易攝像設(shè)備對(duì)儀器操作進(jìn)行了錄制，但是零星的錄制視頻不夠系統(tǒng)，錄制效果也不夠理想，因此，急需整合和總結(jié)全部的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，做一份通俗易懂、由淺入深的設(shè)備操作教程及規(guī)范。

(3)受實(shí)踐時(shí)間的限制，每個(gè)學(xué)生不可能有足夠的時(shí)間完全掌握包括儀器設(shè)備、線(xiàn)路連接、操作步驟等多方面、多角度的實(shí)踐內(nèi)容，無(wú)法有充裕的時(shí)間熟練操縱設(shè)備達(dá)到較高操作水平；受資金水平的限制和資金合理化利用的要求，設(shè)備的數(shù)量有限，不可能做到人手一臺(tái)，在學(xué)生較多的情況下，勢(shì)必?zé)o法給學(xué)生更充足的實(shí)踐操作時(shí)間，在有限實(shí)踐時(shí)間下提高學(xué)生的實(shí)踐操作水平是我們面對(duì)的問(wèn)題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，在電腦上搭建一個(gè)虛擬仿真平臺(tái)為解決這個(gè)問(wèn)題提供了方案，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真操作，既是學(xué)前預(yù)習(xí)學(xué)后復(fù)習(xí)的有效途徑，也能減少初次操縱設(shè)備摸索浪費(fèi)的時(shí)間[2]。

2 生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)改革路徑

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是先進(jìn)加工技術(shù)、智能制造系統(tǒng)、工業(yè)4.0技術(shù)等技術(shù)的快速發(fā)展，不少高校的機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)本科生生產(chǎn)實(shí)習(xí)在內(nèi)容和模式上都在進(jìn)行改革探索，力求減少經(jīng)典，增加現(xiàn)代，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生掌握的機(jī)械工程領(lǐng)域知識(shí)與技能與時(shí)代的發(fā)展同步。如清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)等許多院校先后進(jìn)行了機(jī)械學(xué)科生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)已經(jīng)取得了不少成功經(jīng)驗(yàn)。但各校的性質(zhì)和特點(diǎn)不同，生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式也不應(yīng)完全相同，尤其對(duì)于本校的獨(dú)特的校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)體系的改革還未有成熟經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。

為了緊跟時(shí)代步伐和適應(yīng)當(dāng)前對(duì)創(chuàng)新人才的要求，現(xiàn)有的校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)亟須進(jìn)行教學(xué)改革，研究切合本院實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)模式并更新內(nèi)容，使之適應(yīng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。提出打破現(xiàn)有校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)培訓(xùn)體系，根據(jù)我校性質(zhì)和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)一套完整的電火花成型加工技術(shù)(EDM/EDW)在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)。

電火花成型加工技術(shù)(EDM/EDW)在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)為師生提供一套簡(jiǎn)單明了的儀器設(shè)備操作手冊(cè)和原理說(shuō)明書(shū)；提供一個(gè)步驟清晰的、循序漸進(jìn)的操作視頻和一個(gè)在線(xiàn)的、可廣泛用于師生的EDM/EDW技術(shù)虛擬仿真平臺(tái)。通過(guò)師生在線(xiàn)反饋，不斷優(yōu)化設(shè)備操作教程，使其更加由淺入深，更加通俗易懂，不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成果，總結(jié)寶貴經(jīng)驗(yàn)財(cái)富。

正確使用電火花成型加工技術(shù)在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)應(yīng)做到實(shí)習(xí)前了解實(shí)習(xí)目的和目標(biāo)，預(yù)習(xí)基本知識(shí)和操作，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教平臺(tái)上參考操作流程大膽實(shí)踐，熟悉操作；實(shí)習(xí)中熟悉EDM/EDW加工工藝，用實(shí)際操作印證虛擬操作中的疑點(diǎn)，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，舉一反三；實(shí)習(xí)后溫故知新，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教平臺(tái)上操作，回憶所學(xué)知識(shí)，鞏固加深所學(xué)知識(shí)，對(duì)所學(xué)內(nèi)容及時(shí)總結(jié)，從而改變重理論、輕實(shí)踐、重知識(shí)、輕能力的教學(xué)模式[3]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教平臺(tái)的出現(xiàn)讓師生可以在生產(chǎn)實(shí)習(xí)前后在線(xiàn)仿真操作，使每個(gè)學(xué)生都有足夠的時(shí)間去探索實(shí)踐，另一方面在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教平臺(tái)仿真操作也可以減少因操作不當(dāng)造成的不必要損失。

電火花成型加工技術(shù)(EDM/EDW)在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)使用對(duì)于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對(duì)于本科教學(xué)水平和學(xué)科建設(shè)上新臺(tái)階都具有十分重要的意義。同時(shí)，對(duì)于推動(dòng)其他課程體系的改革與創(chuàng)新也具有積極的促進(jìn)作用。

3 建立EDM/EDW在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)

(1)通過(guò)深入研究電火花成型加工技術(shù)(EDM/EDW)理論，熟讀和吃透Sodick廠家提供的繁雜而厚重的說(shuō)明書(shū)，整理和精煉Sodick線(xiàn)切割放電加工機(jī)(EDM/EDW)工作原理和操作流程(如圖1所示)。并反復(fù)在設(shè)備上實(shí)踐和應(yīng)用，使理論和實(shí)踐得到真正的融合。然后按照生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基本要求(基本知識(shí)與基本技能訓(xùn)練等)制訂有獨(dú)到之處的實(shí)習(xí)計(jì)劃和大綱，編寫(xiě)詳細(xì)的、循序漸進(jìn)的實(shí)習(xí)教程，以適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)培訓(xùn)的教學(xué)要求。同時(shí)不斷豐富生產(chǎn)實(shí)習(xí)內(nèi)容，注重學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，開(kāi)設(shè)新的EDM/EDW加工方案，拓寬學(xué)生知識(shí)面，教學(xué)內(nèi)容更注重體現(xiàn)當(dāng)今先進(jìn)制造、智能制造等要素。堅(jiān)持知識(shí)、能力、素質(zhì)三位一體的全面教育和培養(yǎng)格局，融知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為一體，使學(xué)生全面、協(xié)調(diào)發(fā)展[4]。

圖1 電火花線(xiàn)切割加工示意圖

(2)采用專(zhuān)業(yè)視頻錄制和編輯設(shè)備，錄制通俗易懂的、由淺入深的教學(xué)視頻。在建設(shè)思路上，以翻轉(zhuǎn)式課堂設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，深入了解當(dāng)前流行的MOOC 理念，試行生產(chǎn)實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)與MOOC相結(jié)合的教學(xué)模式，探索互動(dòng)式的教學(xué)模式，推進(jìn)以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)改革。在視頻錄制開(kāi)發(fā)上，關(guān)注網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者在線(xiàn)學(xué)習(xí)過(guò)程，開(kāi)發(fā)符合碎片化學(xué)習(xí)特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)課程，給予學(xué)習(xí)者精細(xì)化思維的學(xué)習(xí)體驗(yàn)：每個(gè)重要操作流程錄制時(shí)長(zhǎng)為10～15分鐘的小視頻[5]。

(3)自主開(kāi)發(fā)電火花成型加工技術(shù)(EDM/EDW)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開(kāi)展電火花成型加工技術(shù)(EDM/EDW)的加工方案。該系統(tǒng)采用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，人機(jī)交互界面友好，操作直觀、方便。

(4)最后，自主設(shè)計(jì)在線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將編撰的實(shí)習(xí)計(jì)劃、教程、視頻及虛擬仿真軟件在線(xiàn)發(fā)布，突破生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)間和空間的限制，使參加校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的本科生在實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)樓和生活區(qū)可以隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，保證學(xué)生有充足的時(shí)間去研究探索和設(shè)計(jì)方案[6]。

圖2 電火花成型加工技術(shù)(EDM/EDW)在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)整體框架

4 使用EDM/EDW在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)

實(shí)習(xí)前，登錄EDM/EDW在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)，閱讀實(shí)習(xí)計(jì)劃和大綱，參照實(shí)習(xí)教程，初步了解生產(chǎn)實(shí)習(xí)的目標(biāo)和電火花成型加工技術(shù)的工作原理，觀看在線(xiàn)教學(xué)短視頻，學(xué)習(xí)設(shè)備設(shè)置和操作方法，使用電火花成型加工技術(shù)(EDM/EDW)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行仿真操作，對(duì)工作原理、操作流程等知識(shí)和仿真操作進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)試，學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題可在線(xiàn)提問(wèn)與師生交流；實(shí)習(xí)后，登錄EDM/EDW在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)，在線(xiàn)測(cè)試工作原理、操作流程等知識(shí)和仿真操作，在線(xiàn)交流和解答學(xué)習(xí)中遇到的疑點(diǎn)難點(diǎn)，針對(duì)疑難點(diǎn)，更新在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)，完善實(shí)習(xí)教程、教學(xué)視頻和仿真平臺(tái)等，以更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。

5 結(jié)語(yǔ)

EDM/EDW在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)集實(shí)習(xí)教程、教學(xué)操作講解視頻、在線(xiàn)能力測(cè)試、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)于一體。通過(guò)師生在線(xiàn)反饋不斷優(yōu)化系統(tǒng)，使設(shè)備操作教程更加由淺入深、通俗易懂，同時(shí)總結(jié)和積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成果。在線(xiàn)仿真操作使學(xué)生有足夠時(shí)間預(yù)習(xí)和鞏固實(shí)踐所學(xué)，亦可以減少因操作不當(dāng)造成的不必要損失。

EDM/EDW在線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)示教系統(tǒng)以便捷直觀的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為特色，為提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力、全面深入地掌握實(shí)習(xí)內(nèi)容提供了有效的保障，同時(shí)也為生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)進(jìn)一步建設(shè)發(fā)展提供新的方向。