木材切削原理與刀具課程教學(xué)改革和實(shí)踐
郭曉磊 肖 璐
（南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）
［摘 要］筆者闡述了木材切削原理與刀具課程的內(nèi)容，結(jié)合木材科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和方向，針對(duì)該專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)過(guò)程中容易出現(xiàn)的理論枯燥乏味、教學(xué)內(nèi)容抽象、教學(xué)方式單一等問(wèn)題，分析其成因并提出課程教學(xué)必須進(jìn)行改革的觀點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)課程考核方式單一的問(wèn)題，提出一些完善課程考核的措施，以提高學(xué)生對(duì)木材切削原理與刀具課程的學(xué)習(xí)興趣并提升教師的課程教學(xué)質(zhì)量。
［關(guān)鍵詞］木材切削原理與刀具；課程教學(xué)；改革
木材切削原理與刀具是研究木材切削過(guò)程中的基本規(guī)律、標(biāo)準(zhǔn)刀具的選型與使用、非標(biāo)準(zhǔn)刀具設(shè)計(jì)原理與方法的一門(mén)學(xué)科。木材切削是指，使用硬度大于工件的單切削刃或多切削刃刀具，在工件的待加工表面切去既定的預(yù)留量，使工件獲得規(guī)定的表面形狀、表面質(zhì)量和尺寸精度。作為研究木材切削加工理論的一門(mén)學(xué)科，課程主要介紹了木材切削的基本概念、木工刀具的結(jié)構(gòu)及工作原理、木工刀具材料等，兼顧介紹了木工刀具的設(shè)計(jì)原理、選用原則和應(yīng)用場(chǎng)合，以及未來(lái)木工刀具的發(fā)展方向。
木材科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)具有木材物理化學(xué)、機(jī)械基礎(chǔ)及木材科學(xué)與加工技術(shù)、材料科學(xué)與基礎(chǔ)等基本理論知識(shí)的人才，這些人才能夠從事木材加工、家居設(shè)計(jì)、木材貿(mào)易和室內(nèi)裝飾等工作。本專(zhuān)業(yè)的主要課程就包含木材切削原理與刀具。所以，木材切削原理與刀具的課程教學(xué)有助于學(xué)生打好木工機(jī)床知識(shí)的基礎(chǔ)和掌握木材加工工藝，也為其專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)知識(shí)。
新時(shí)期木材科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)應(yīng)始終堅(jiān)持以人為本的宗旨，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)能力協(xié)調(diào)發(fā)展、實(shí)踐創(chuàng)新能力全面提升是教學(xué)指導(dǎo)思想。木材科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，堅(jiān)持知識(shí)傳授、能力提高、素質(zhì)培養(yǎng)、協(xié)調(diào)發(fā)展為核心的教學(xué)理念，建設(shè)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力共同提高的教學(xué)系統(tǒng)，建設(shè)設(shè)備先進(jìn)、資源共享、服務(wù)開(kāi)放的教學(xué)環(huán)境，建設(shè)現(xiàn)代化高效運(yùn)行的管理機(jī)制，全面提高實(shí)踐教學(xué)水平。在此背景下，我們對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題進(jìn)行了分析，結(jié)合新時(shí)期木材切削原理與刀具的課程內(nèi)容和專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，提出了幾條提升教學(xué)質(zhì)量的措施。
一、教學(xué)問(wèn)題
木材切削原理與刀具課程教學(xué)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題。
（一）課程枯燥乏味，學(xué)生沒(méi)有興趣
木材切削原理與刀具這門(mén)課程主要講述了木材切削過(guò)程的基本規(guī)律，既包括木材切削的基本概念、角度定義、刀具結(jié)構(gòu)、材料選用以及切削力分析與計(jì)算、切削變形等內(nèi)容，也有木工刀具磨損機(jī)理以及木工刀具抗磨技術(shù)的介紹，還有以銑削、鋸切、鉆削為例對(duì)木工刀具工作原理及應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行的介紹，等等。這些內(nèi)容比較抽象，聯(lián)系實(shí)際不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難以理解，進(jìn)而喪失對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，而如果學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，那么教師再費(fèi)口舌，也無(wú)多大效果。
（二）部分內(nèi)容抽象，學(xué)生難以理解
木材切削原理與刀具課程的內(nèi)容整體比較抽象，學(xué)生需要在學(xué)習(xí)和理解過(guò)程中耗費(fèi)大量時(shí)間。以“銑削運(yùn)動(dòng)學(xué)”中“直齒圓柱銑削”的內(nèi)容為例，面對(duì)眾多銑削參數(shù)，學(xué)生常常難以分清參數(shù)之間的區(qū)別，比如銑削深度h是已加工、待加工表面之間的垂直距離，切削厚度a是相鄰兩刀齒切削軌跡之間的垂直距離；又如動(dòng)力遇角是進(jìn)給速度和切削速度之間的夾角，動(dòng)力遇角是木材纖維方向和切削速度之間的夾角。加之對(duì)木材切削加工的講解通常是快速進(jìn)行的，學(xué)生在理解這些概念時(shí)，難以理解其中的細(xì)小差別，聽(tīng)教師講課時(shí)好像一知半解，課后理解時(shí)一頭霧水，難以真正掌握課堂知識(shí)。
（三）教學(xué)方式單一，理論學(xué)習(xí)效率打折
根據(jù)我校現(xiàn)階段的木材切削原理與刀具課程的教學(xué)安排表，共安排了32個(gè)課時(shí)用以完成教學(xué)內(nèi)容。其中30 個(gè)課時(shí)安排在教室內(nèi)進(jìn)行理論教學(xué)，只有2 個(gè)課時(shí)的時(shí)間用來(lái)安排實(shí)踐學(xué)習(xí)，主要是參觀木工刀具實(shí)驗(yàn)室等，由此可見(jiàn)，實(shí)踐教學(xué)十分缺乏。不僅如此，在參觀學(xué)習(xí)的過(guò)程中，許多學(xué)生只是走個(gè)過(guò)場(chǎng)，并沒(méi)有細(xì)心觀察。多方面的因素導(dǎo)致學(xué)生難以掌握木材切削原理與刀具的知識(shí)，課程的教學(xué)水平也遲遲上不去。
（四）課程成績(jī)唯考試論，考核方式單一
課程考核是評(píng)價(jià)教師教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生對(duì)課程知識(shí)掌握狀況的重要手段，理應(yīng)受到學(xué)校和社會(huì)越來(lái)越多的重視[3]。根據(jù)我校木材切削原理與刀具課程現(xiàn)行的課程考核標(biāo)準(zhǔn)，課程成績(jī)包含兩個(gè)部分：考試成績(jī)（約占70%）和平時(shí)成績(jī)（約占30%）?？荚嚦煽?jī)指期末考試的筆試成績(jī)，筆試內(nèi)容大多為課本的基礎(chǔ)知識(shí)，主要為概念性知識(shí)，學(xué)生只要稍加理解后背誦好即可通過(guò)考試，導(dǎo)致學(xué)生在備考的過(guò)程中，只需根據(jù)教師考前給的“重點(diǎn)”做突襲，便能輕松通過(guò)期末考試。更有甚者，部分學(xué)生妄想通過(guò)作弊來(lái)通過(guò)考試。這顯然不利于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的思維、分析和創(chuàng)新等綜合能力。平時(shí)成績(jī)主要包括上課表現(xiàn)和課堂作業(yè)等。只要沒(méi)有曠課和及時(shí)完成課堂作業(yè)，絕大部分同學(xué)都能在平時(shí)成績(jī)這一項(xiàng)中獲得高分，成績(jī)沒(méi)有區(qū)分度。因此，這樣的做法使得學(xué)生不需要在期末考試中取得比較好的成績(jī)，就能取得課程及格的結(jié)果。這與我們想要的多元化課程考核目的是背道而馳的。
二、教學(xué)改革措施
（一）以應(yīng)用為驅(qū)導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生興趣
對(duì)于前面提到的部分學(xué)生上課提不起興趣，沒(méi)有學(xué)習(xí)主動(dòng)性積極性的情況，可以采用以實(shí)際應(yīng)用為驅(qū)導(dǎo)的方式來(lái)激發(fā)學(xué)生的興趣。具體的做法是在正式開(kāi)始授課時(shí)，可以先介紹一個(gè)現(xiàn)實(shí)的典型案例，然后引出所講的課堂內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生去思考上這門(mén)課的實(shí)際意義。這種循循善誘、由淺入深的做法可以吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生在上課的大部分時(shí)間內(nèi)都能保持專(zhuān)注。具體到每一節(jié)課，應(yīng)讓學(xué)生明白上課的主要內(nèi)容是什么，為什么要學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容，學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容能有什么幫助等。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生不再是被動(dòng)地接受老師的知識(shí)灌輸，而是積極主動(dòng)地汲取知識(shí)，相信這種方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教師的教學(xué)水平。
（二）善用建模軟件，化抽象為具體
木材切削原理與刀具課程中有許多涉及木材切削的動(dòng)態(tài)分析，切削力、切削角度、切削厚度等動(dòng)態(tài)變化切削參數(shù)的內(nèi)容，讓學(xué)生在理解時(shí)感到困難。比如刀具前刀面、后刀面、刀具切削各種角度等知識(shí)使學(xué)生摸不著頭腦，即使課堂和書(shū)本中有圖片、表格等信息作為理解補(bǔ)充，學(xué)生還是難以理解掌握。這時(shí)，可借助三維建模軟件將動(dòng)態(tài)的切削過(guò)程完整地展示出來(lái)，而且可以根據(jù)需求做出暫停、放大、旋轉(zhuǎn)等指令，讓學(xué)生直接進(jìn)行觀察，幫助學(xué)生全面立體地認(rèn)識(shí)木材切削過(guò)程，包括工件表面變化、切削要素的改變等知識(shí)。這一類(lèi)軟件主要有Auto CAD、Master CAM、SolidWorks等。
例如，直齒圓柱銑削中銑刀的運(yùn)動(dòng)軌跡是螺旋擺線(xiàn)，盡管書(shū)中給出了順銑和逆銑兩種情況下刀刃的切削軌跡方程，但學(xué)生還是難以理解直齒圓柱銑削實(shí)際加工中切削軌跡的變化。這時(shí)，可借助建模軟件對(duì)切削運(yùn)動(dòng)進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)仿真，以動(dòng)畫(huà)的形式直接展示切削運(yùn)動(dòng)過(guò)程，同時(shí)展示圖片進(jìn)行解釋補(bǔ)充，相信學(xué)生會(huì)在腦子里形成對(duì)直齒圓柱銑削的形象認(rèn)識(shí)。這樣，就提高了學(xué)生的理解能力，也減少了教師講臺(tái)前的工作量。
（三）豐富教學(xué)方法，提升教學(xué)效果
新時(shí)期的課程教學(xué)，應(yīng)該豐富教師的教學(xué)方法，建立開(kāi)放的課堂，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)積極地參與課堂教學(xué)。我們既可將教師一人講課改成學(xué)生設(shè)疑、提問(wèn)、答疑和總結(jié)，也可將課本中重要的內(nèi)容交給學(xué)生去備課、講課，然后接受其他學(xué)生的提問(wèn)并做出解答。這種方法可以讓學(xué)生動(dòng)起來(lái)，增加師生互動(dòng)，營(yíng)造積極活躍的課堂氛圍，幫助學(xué)生理解課程內(nèi)容。此外，還可以將木工刀具帶到教室中給學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)，這可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)木工刀具的印象。
一方面，對(duì)于課程內(nèi)容中的重點(diǎn)難點(diǎn)，可以采用專(zhuān)題教學(xué)的形式。根據(jù)木材切削原理與刀具的課程內(nèi)容，可以分為“木材切削基本概念”“木工刀具材料”“木工刀具磨損及抗磨技術(shù)”等專(zhuān)題。在“木材切削基本概念”專(zhuān)題中，側(cè)重介紹刀具的基本概念，包含前、后刀面及前、后角等。在“木工刀具材料”專(zhuān)題中，主要介紹高速鋼、硬質(zhì)合金和金剛石刀具，前者代表木工刀具現(xiàn)狀，后者代表木工刀具未來(lái)。“木工刀具磨損及抗磨技術(shù)”主要讓學(xué)生掌握刀具的磨損機(jī)理，對(duì)四種抗磨技術(shù)僅做了解即可。針對(duì)“銑刀與銑削”這一章內(nèi)容，需要對(duì)直齒圓柱銑削和螺旋圓柱銑削兩部分內(nèi)容做專(zhuān)題介紹。銑刀的種類(lèi)繁多，應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，銑削的種類(lèi)也很多，這就需要對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容做專(zhuān)題介紹。
另一方面，充分利用互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代網(wǎng)絡(luò)資源便捷可取的特性，將課程的電子學(xué)習(xí)資料上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)供學(xué)生學(xué)習(xí)。在中國(guó)最大的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)——慕課上，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)木材切削原理與刀具的課程教學(xué)視頻，同時(shí)在網(wǎng)易公開(kāi)課平臺(tái)上也沒(méi)發(fā)現(xiàn)有課程教學(xué)視頻。筆者建議，可將課程的教學(xué)大綱、教學(xué)講義、教學(xué)視頻和考試測(cè)評(píng)等資料上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)。這樣，學(xué)生可以在其課余時(shí)間內(nèi)預(yù)習(xí)或者復(fù)習(xí)課程內(nèi)容，對(duì)于課程知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，可以反復(fù)觀看教學(xué)視頻以達(dá)到理解的目的。這種學(xué)習(xí)方式不局限于場(chǎng)合，學(xué)生既可在教室，也可以在圖書(shū)館、寢室，甚至乘坐公交時(shí)也可學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。
與此同時(shí)，課程教學(xué)不應(yīng)局限于教室的三尺講臺(tái)?？晒膭?lì)學(xué)生課堂外接觸生產(chǎn)實(shí)踐。比如組織學(xué)生參觀木工刀具企業(yè)，讓學(xué)生了解上課所講的木工刀具實(shí)際上是如何工作的，從而形成學(xué)生自己直接的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高教學(xué)質(zhì)量。又如，可以讓學(xué)生在課余時(shí)間中前往市場(chǎng)做木工刀具市場(chǎng)調(diào)研，了解各類(lèi)木工刀具的價(jià)格、用途和銷(xiāo)售情況，這樣不但可以提高學(xué)生的溝通交流能力，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，可向?qū)W生提供課程相關(guān)企業(yè)宣講會(huì)和展覽等信息，鼓勵(lì)學(xué)生在條件允許的情況下參與此類(lèi)活動(dòng)，這樣可以讓學(xué)生對(duì)木工刀具這個(gè)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)有更深的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)的興趣，對(duì)教學(xué)質(zhì)量提升也有促進(jìn)作用。
（四）完善考核方式，課程考核多元化
現(xiàn)行的課程考核標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該做出調(diào)整，以適應(yīng)新時(shí)期的專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和發(fā)展趨勢(shì)。筆者認(rèn)為，課程考核方式應(yīng)該朝多元化方向發(fā)展，以往“平時(shí)成績(jī)+期末筆試”的考核方式應(yīng)改為“平時(shí)成績(jī)+期末筆試+實(shí)踐創(chuàng)新”的多元化的考核標(biāo)準(zhǔn)，比例由“70%+30%”調(diào)整為“20%+50%+30%”，賦予平時(shí)成績(jī)更多內(nèi)容，設(shè)立實(shí)踐創(chuàng)新成績(jī)的考量標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)于平時(shí)成績(jī)，教師可增加課堂提問(wèn)、學(xué)生解答環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)，根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)記錄平時(shí)成績(jī)。教師可布置沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案的主觀題作業(yè)，以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、搜集資料的能力。這樣一方面可以增加教師和學(xué)生的課堂互動(dòng)，活躍課堂氣氛，另一方面有利于學(xué)生掌握課堂知識(shí)，提升教師教學(xué)質(zhì)量。
期末筆試的試卷內(nèi)容設(shè)置應(yīng)當(dāng)合理。首先，試卷題型應(yīng)包括選擇題、填空題、主觀題和計(jì)算題，不僅要考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，更要注重考查學(xué)生的綜合能力。其次，試卷的知識(shí)點(diǎn)要全面，不必全部取自教材，可以適當(dāng)結(jié)合關(guān)于課程的新見(jiàn)解和新觀點(diǎn)的課外內(nèi)容。最后，可以根據(jù)情況采取開(kāi)卷考試的形式，試題可以沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，但需要加深難度以考查學(xué)生利用知識(shí)點(diǎn)分析問(wèn)題、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。新時(shí)期的人才需要有開(kāi)放性的思維能力，能夠?qū)χR(shí)點(diǎn)做到活學(xué)活用，開(kāi)卷考試這一形式正好滿(mǎn)足了這一要求。
新時(shí)期對(duì)學(xué)生的要求不僅是掌握理論知識(shí)，更要提升實(shí)踐創(chuàng)新等綜合能力。因此，在實(shí)踐創(chuàng)新成績(jī)這一項(xiàng)中，教師可增加學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，包括進(jìn)行刀具切削實(shí)驗(yàn)、市場(chǎng)調(diào)研等內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、調(diào)研報(bào)告等成果進(jìn)行評(píng)分。在完成一章課程內(nèi)容的理論教學(xué)后，教師可根據(jù)需要，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)刀具實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。這個(gè)方法可以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，也可強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握。與此同時(shí)，教師要鼓勵(lì)學(xué)生多多參與木工刀具宣講會(huì)，到木工刀具市場(chǎng)中去做調(diào)研。學(xué)生可以了解木工刀具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)，根據(jù)對(duì)行業(yè)的認(rèn)識(shí)改變自己的學(xué)習(xí)方式，對(duì)課程知識(shí)學(xué)習(xí)做到有的放矢。
“平時(shí)成績(jī)+期末筆試+實(shí)踐創(chuàng)新”的課程考核標(biāo)準(zhǔn)改變了以往學(xué)生“只要期末考得好成績(jī)就好”的觀念，促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力的協(xié)同發(fā)展，提升了教學(xué)質(zhì)量。
三、結(jié)束語(yǔ)
木材切削原理與刀具作為木材科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課，對(duì)于學(xué)生走向工作崗位后的生產(chǎn)學(xué)習(xí)有實(shí)際意義。本次教學(xué)改革通過(guò)對(duì)木材切削原理與刀具這一課程在教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題的思考，針對(duì)課程枯燥的特點(diǎn)，提出了“以應(yīng)用為驅(qū)導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生興趣”的措施；對(duì)于課程教學(xué)中部分內(nèi)容抽象，學(xué)生無(wú)法理解的情況，提出了“善用建模軟件，化抽象為具體”的方法；對(duì)于“教學(xué)方式單一，理論學(xué)習(xí)效率打折”現(xiàn)象，提出了豐富教學(xué)方法的措施；最后，將傳統(tǒng)的“平時(shí)成績(jī)+期末筆試”（30%+70%）的考核方式改變?yōu)椤捌綍r(shí)成績(jī)+期末筆試+實(shí)踐創(chuàng)新”（20%+50%+30%），幫助解決課程考核方式單一問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)考核標(biāo)準(zhǔn)多元化。
［作者簡(jiǎn)介］郭曉磊（1980-），男，山西晉城人，博士，副教授，研究方向：木材加工裝備工程。
