新工科背景下“光學零件加工技術”課程教學探索與實踐
——以凱里學院光電專業為例

楊永亮，張泓筠，李 娜

（凱里學院，貴州凱里 556011）

工科建設提出，問產業需求建專業，構建工科專業新結構；問學生志趣變方法，創新工程教育方式與手段.我國西部地區的地方本科院校多為師范類專升本院校，對工科專業學生的培養多沿用師范生的培養模式，教師在課堂講授的授課內容限定在課本中，學生被動接受，課程考核又以卷面成績為主.這種教學模式下，多數學生動手實踐能力不足、基礎不牢、知識面窄、學習興趣不濃.造成該結果的原因很大程度上是因為許多教師缺乏企業生產及研發經驗.教師的專業素質狀態多呈理論強、實踐弱的現狀，他們的教學方式和重點亦局限在理論教學及師范類學生教學技能的培養方面，這樣很難滿足新工科建設的要求.為改變這種教學現狀，進行教學模式的改革是必要趨勢，我們以“光學零件加工技術”課程為例，對傳統教學模式進行反思，結合教情學情探索與實踐新的教學模式，嘗試采用以課題牽引教學的理論-實踐結構的模式進行教學，以期學生能夠滿足新工課建設的需求.

1 改變傳統工科專業的教學觀念

曾無意中看到這樣一個視頻，一只被喂習慣了的小鳥，一離開鳥巢見到面前爬行的小蟲時，不會主動捉蟲吃，只會張開嘴巴嘎嘎叫，它以為一張開嘴就可以吃到蟲子.這不由得引起筆者深思，如何在新工科建設背景下將學生在課堂上的“被動學習”轉換為“主動學習”，是值得每一位教師深思、實踐并探索的課題.在光學零件加工技術的教學中，如何結合學生現狀以及該課程的課程性質，改變傳統的授課模式是筆者近年來一直思考的問題.筆者結合自己在企業中的學習和工作經歷，嘗試將課題牽引式教學模式［1］引入課堂.首先，要將課題牽引式教學模式引入課堂，必須改變傳統課堂按章節授課的模式，根據各章節知識點的邏輯性和實操性，對《光學零件加工技術》教材進行重新整合并設計出與各章節知識點密切相關的實踐課題，以課題的形式引出各章節的知識點及其學習目標，讓學生明確學習目標，激發學生探索性的學習興趣.其次，引導學生沿著“課題”這一主線，主動帶著問題和學習目標到課堂和實踐中去尋找答案，該過程既可以讓學生主動參與到各個課題的探索和學習中來，也可以讓學生根據自身情況找到自己的學習難點在實操中進行各個擊破.課題牽引式教學模式可以激發學生的學習興趣、培養學生的獨立思考能力，進而能快速掌握專業技術操作技能，學生在完成課題的過程中，逐個擊破設計在課題中的教學重難點，將課題中所涉及的各個知識點融會貫通、學以致用，化被動“投喂”式學習為主動探索式學習，讓學生在實際課題實施的氛圍中掌握專業知識，提升綜合素質.要做到這一點，不論教師還是學生都要進行改變.

1.1 教師要主動思變

學校是人才培養的搖籃，教師作為學生的引路人，對學生將來的發展至關重要.傳統工科專業要真正變革為新工科，首先要求教師改變思想觀念和更新學科知識.常言道：“給學生一滴水，老師要準備一桶水”.光學零件加工技術，作為工科的專業方向課，實踐性極強，該課程的學科性質要求教師不僅要有廣博堅實的理論知識，更要有豐富的實踐經驗.在教學過程中，教師不能局限于教材的理論知識進行滿堂灌式教學，必須注重知識的深度和廣度的延伸.社會非一成不變，科技亦日新月異，要培養出適應社會發展需要的學生，教師本身要做到不與社會脫節，作為工科教師，更應該及時了解社會的需求，多去大中型企業或研究所調研，并參與企業的科研和生產中去，發現并解決生產中的實際問題，同時將這些問題引入課堂，尋找教學與生產實踐的契合點，加強學校與企業的產學研合作［2］.教師要主動思變，了解自己所講授的知識與社會應用的關系，勇于改革創新，適時改進教學設計，更新教學方法和手段，不斷提高教學水平，這樣培養出來的學生，才能讓家長滿意，讓社會放心.

1.2 學生要改變學習態度

新的課程標準強調以學生為主體，學生應該知道，新工科背景下要求的個人技能水平直接關系畢業后自身的生存與發展，實操技能是同行競爭的一個先決性條件.學生到社會上各企業應聘，各企業對應聘人員首先進行考核的并非專業的理論知識，而是解決問題的能力和實操能力.而課題牽引式教學過程中，老師讓學生帶著課題中的疑問，主動深入到課堂、實驗室及企業，通過實踐來解決學習中遇到的問題，充分發揮學生自身主體性作用，無形中提高了學習效率.讓學生帶著課題進入課堂，再從課堂回到課題，如此往復，學生不僅學到了知識、提高了技能水平，而且因親身參與了課題研究，獲得了一定的滿足感，提高了學習積極性.學生在課題引導式學習過程中，應當嚴格按照操作規程規范操作，注意培養自己科學嚴謹的研學態度，養成良好的工作習慣和學習習慣.

2 光學零件加工技術課程的教學探索與實踐

2.1 光學零件加工技術課程的教學目標

光學零件加工技術課程的教學目標分為知識及能力層面和思想層面兩個方面，在知識能力層面上必須實現以下目標：通過工藝流程的總體設計，理解團隊合作的重要性；通過全程參與課題，認識到相鄰工序之間配合的重要性，了解管理、協調、質量控制等方面的知識；生產中引入統計過程控制（SPC）對光學零件的批量生產過程進行分析評價，讓學生熟悉生產中常用的監控手段；通過在課題研學過程中發現自身知識的不足，提高學習的積極性和主動性；了解企業及行業標準，熟悉工藝流程、管理制度及檢測標準；培養學生應用所學知識分析和解決實際生產中實際問題的能力，提高學生的工程意識和專業素質.在思想態度目標上，教師必須在潛移默化中讓學生明白作為光學零件加工的技術人員或工程師，要深知“細節決定成敗”；切忌眼高手低；具備吃苦耐勞的精神；具備工匠精神；學會思考和解決實踐問題的方法.

2.2 光學零件加工技術的教學方法

新工科背景下的《光學零件加工技術》將不再采用傳統的“教師教、學生學”的教學方法，而是將學生主動探究、小組討論、師生研討三者有機結合，教師的講授則起指導和引導作用.教師的引導事實上就是教師對學生解決問題的方法步驟進行引導.在開課前，教師先把課題按大小、難易、深淺、主次等分成多個小課題，再將學生分成若干小組，每個小組都按自己的興趣愛好和實際情況認領課題.教師先讓學生提前準備，引導學生運用現有知識、圖書館或網絡資源等，提出自己解決問題的方案.學生在自學自研解疑過程中無法解決的問題，則可以由教師重點引導，利用講解光學零件加工技術的事實性知識，讓學生在課堂上或實踐中找答案.針對學生在課題中遇到的問題，引導學生去思考問題產生的原因，進而去嘗試解決問題，而不是代勞.指導學生解決企業生產中遇到的問題，讓學生參與到課題、論文寫作、專利申請中，提高學生的知識產權保護意識和論文的寫作能力，并將論文成果推送給學生借鑒和參考.在整個學習過程中，小組間通力合作，完成課題任務并向大家匯報、演示.

學生帶著課題中未解決的問題，主動到《光學零件加工技術》課堂中學習.為了達到課堂的最佳效果，教師針對課題中易錯點巧妙設置“陷阱”，在策略實施過程中適時創設情境，營造學生討論的學習氛圍，實現師生間的思維互動，培養學生主動思考問題的能力，使學生的學習目標進一步明確.對表現突出的學生給予正向評價，同時多關注厭學的同學，注意引導的方式方法.

在課堂教學中，教師依舊強調以解決問題為主線，引導學生主動積極參與問題解決的全過程.對此，筆者在教學實踐中，將教學過程分為課題引入、課題探索、課題問題解決、課題應用等四個過程；在課堂教學環節中，亦注重“引導式”教學，將教學環節具體分為引疑、質疑、討論、反饋、歸納、自評、和運用等環節.此外，注重信息技術的融合，利用學校的在線教育平臺、雨課堂、QQ、微信等工具，上傳教學大綱、教案、PPT、企業生產中的視頻、工作崗位要求及薪酬，企業的管理制度等，學生可在線學習.利用QQ群，微信群進行提問，組織同學進行討論答疑，并將學生討論的質量情況作為學生平時成績.

2.3 光學零件加工技術教學內容設計

2.3.1針對企業需求的實訓室建設

積極申請課題支持，加強校內實驗及實訓室的建設，針對企業需求籌建了針對中等精度光學零件加工的小試線，包含了銑磨機、上弧擺精磨拋光機、下弧擺精磨拋光機、機械定心磨邊機、點膠機、單軸修模機、偏心儀、球心儀等加工設備.購買合適尺寸的毛坯后可完成光學零件的整套加工工藝.實驗室對學生開放，學生可隨時到實驗室中完成相關課題.任課教師常駐實驗室，可以隨時對學生進行指導和引導，特別是對學生難以解決的問題，有針對性的指導或引導，能極大地提高學生技能.同時加強與企業的溝通和聯系，了解企業的最新動向，邀請企業工程師或從事光學零件加工技術的畢業生，給在校生做講座.給予學生一定的課題經費支配權，允許學生自行購買耗材及模具加工，使學生知道如何控制購買量，通過學生自主組建課題組和自主安排課題進度，提高學生的溝通能力，學會處理課題研發過程中涉及的各種問題，進而培養多方面的工程實踐能力［3］.

2.3.2加強相關課程教師之間的溝通

組織相關課程的教師進行集體備課，在制定教學大綱、寫教案時加強溝通.例如在光學零件加工中，離不開模具及夾具的設計，要經常與機械制圖老師溝通，將光學零件加工中模具及夾具的設計作為案例引入教學中，并針對標準化生產要求，對圖紙進行優化，學生在模具設計中遇到的問題，可在機械制圖課中找到答案.統計過程控制（SPC）是一種借助數理統計方法的過程控制工具，它對光學零件的批量生產過程進行分析評價，根據反饋信息及時發現系統性因素出現的征兆，并采取措施消除其影響，使過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態，以達到控制質量的目的［4］，在零件的口徑及中心厚度進行分析評價時，通常用到均值-極差圖，在對零件表面疵病進行檢測時，通常用到不良率P圖，要經常與數學老師溝通，將均值-極差圖及不良率P圖用于生過程的分析評價的數學思想及數學過程進行深入的講解，讓學生理解數學與質量控制的關系.

2.3.3自編講義

隨著智能手機的普及以及無人駕駛技術的日益成熟，對中等精度光學零件的需求量日益增加，古典加工工藝無法滿足批量生產的需求，而準球心加工工藝具有正壓力恒定、擺架繞通過工件球心的軸線作弧線擺動、生產效率高等特點，適用于中等尺寸、中等精度光學零件的批量生產［5］，而現有教材內容多針對古典加工工藝，對準球心高效加工工藝的介紹很少.因此，有必要在自編講義中加入弧擺機的工作原理及使用介紹、球心儀的原理及操作步驟、批量生產中模具的種類及作用、高速拋光工藝中拋光粉的種類及使用的玻璃型號、涂墨機的原理及涂墨夾具的設計、作業指導書及工藝流程卡的基本要求及規范、準球心加工工藝中的精磨模與傳統精磨模的區別與聯系.并在自編講義中引入企業加工的最新案例，實時更新，供學生參考.

2.3.4將創新成果引入課堂

在銑磨工序中，可設計簡易球徑儀對銑磨后零件的曲率半徑大小進行判斷；通過對上擺機的施壓裝置進行改進，可實現上擺機代替下擺機對光學零件的面進行精磨和拋光，降低設備的成本［5］；可用多貼不膠盤夾具代替傳統的剛性盤和彈性盤進行精磨和拋光，提高了生產效率，減少污染；通過對拋光和定心磨邊先后順序的調整，可有效避免磨邊過程中在零件表面產生壓痕和劃痕；通過對涂墨夾具結構的改進，提高生產效率，降低勞動強度［6］.

2.3.5引導學生擴充自己的知識體系

新工科要求大學相關專業在加強創新思維教育和深化功能實踐學習方面有所改革，以適應智能制造的需要，這要求學生根據智能科學和技術的發展，不斷補充新內容、新知識，更新知識體系.教師鼓勵學生學習并使用計算機軟件，例如學習畫零件圖的Solidworks、AutoCAD 軟件、進行數據處理的Excel 軟件或Matlab 軟件、膜系設計的TFCalc 軟件等，這可以使數據的處理和分析變得更簡單.

2.4 光學零件加工技術教學考核

教學考核是對教學效果的評估，是保證教學質量，改革教學方法以及調整教學內容的重要手段和依據.新工課背景下的光學零件加工技術課程教學考核，也必須要體現新工科對學生技能素質和創新實踐能力的要求.工科人才職業素養以應用實干型為主，在態度和行動上要求創新、專注、心細，在技能上要求技術高、工藝新.工科專業的學生畢業后主要面向企業，企業主要看重學生的知識儲備、解決實際問題的能力、是否具備吃苦耐勞的精神、人際交往能力、創新能力和組織協調能力，以考卷成績來判定學生能力高低的傳統考核方式已不能滿足現實需求.在新工科背景下，教學考核應該針對社會需求考查學生的能力，具體需要考核理解能力、主動學習能力、分析和解決問題的能力、動手能力、溝通協調能力、設計能力、創新能力、學習態度、表達能力、守時等方面.［7］這些能力的考核又可具體分為課題實驗實踐小組成果考核、課題實驗實踐個人表現考核、課題課堂研討小組成果、課題課堂研討個人表現考核等幾種形式的考核.

3 分析與總結

通過課題牽引式教學的實踐，課堂氣氛活躍，教學效果提高明顯.學生能夠提出關鍵性的問題，并主動參與到課堂討論中，獨立解決問題的能力明顯提升，畢業設計指導量明顯減少，畢業設計的優秀率提高.大部分學生利用自己的休息時間到實驗室做課題，積極申請校級課題，設計的工藝規程質量較高，能夠通過團隊協作加工出合格的產品.通過課題牽引式教學探索與實踐，教學內容、教學方法和考核方式等方面的革新使學生能通過課題參與的形式加深對理論知識的理解，避免了學生被動接受艱澀難懂理論知識的情況和對教師授課不知所云的情況，讓整個教學過程更活潑生動；培養了學生觀察、分析和解決問題的能力，促進了學生對專業知識的應用和創新，教師把以往的學習難點分散到課程的實施過程之中，學生更容易掌握，提升了學生綜合能力，培養了學生的嚴謹工作作風，使其熟悉了未來工作崗位的要求，提高了就業認知度.教學改革是一項復雜的系統工程，需要完成的工作很多，尤其在培養學生的創新能力和實踐能力方面仍需教師不斷探索與實踐.