木材切削原理与刀具课程教学的方式

木材切削原理与刀具课程是普通高校木材科学与工程本科专业的专业基础课，是木工机械、制材学、木制品生产工艺、人造板生产工艺中有关切削加工部分的基础[1]。课程涉及木材构造和性质、力学原理、金属材料及热处理、金属零件的制造、设计等有关知识。主要讲授木材切削过程中木材变形、破坏及分离的机理；切削运动学及动力学；加工质量控制；切削刀具的磨损；刀具设计理论，典型刀具的设计方法，常用木工刀具的构造、安装调试、修磨等，为进一步学习专业课及从事木材加工专业工作，解决木材加工中的切削及刀具方面的问题奠定基础[2]。
　　1 现状分析
　　木材切削原理与刀具课程安排在大二第二学期，与木材学同时开课，木材切削与金属切削的根本不同在于木材属于各向异性材料，木材加工的性能和特点与树种、木材的含水率、早晚材、不同方向切削等因素密切相关，而学生对木材的特性及物理力学性能的了解甚少，这就需要在课程内容里补充必备的木材学方面的背景知识，使学生从根本上认识到木材切削的特点。另外学生在这门课之前没有参加过专业实习，没见过相关的刀具，对木材切削及刀具缺乏感性认识，再加上课程内容抽象，导致学生开始时感觉看不懂、听不懂，对课程学习产生厌倦情绪，影响教学效果。
　　2 合理调整教学内容
　　2.1 更新课程内容
　　木质复合材料工业发展很快，我国人造板产量高居世界第一，传统的木工刀具材料不能满足加工工艺要求。随着新材料的使用，木工刀具的发展越来越多元化，刀具的硬度、耐磨性越来越高。另外，木材加工行业的技术进步和快速发展对刀具的设计、刀体材料、刀具表面处理、制造等方面的要求也越来越高，高速切削的应用也越来越广泛。这些新的发展及变化都应及时体现在课堂内容中，一方面可以提高学生对课程的学习兴趣，更重要的是通过前沿内容的介绍可以使学生了解行业发展现状及趋势。
　　2.2 增强实践教学环节
　　木材切削原理部分理论性较强，刀具部分内容比较抽象，学生理解课程内容有一定难度[3]。教学计划中安排教学实习，学生分组参观实验室内的锯条、圆锯片、铣刀、钻头等刀具。另外，充分利用北京地区展览多的优势，带领学生参观国际木工机械及刀具展览，在展会现场结合实际有针对性地介绍相关知识，这有助于学生将抽象知识具体化，加深学生对课程内容的理解，同时也能让学生对行业现状及发展趋势有鲜明的印象，对课程学习有很好的促进作用。
　　2.3 增加专题介绍
　　结合木工刀具发展的热点，如：木工铣刀新技术、聚晶金刚石刀具材料、硬质合金刀具发展趋势、激光切削、刀具的刃磨技术等内容做专题讲座。针对国内外的研究热点，如刀具设计、制造新技术新方法、刀具新材料的应用、新的切削方法等内容请相关专家教授做介绍，使学生有机会与大师对话，进行思想碰撞，这样可激发学生对专业的热情，使学生在学习中找到乐趣，提高学习效率。
　　3 丰富教学方法，提高教学效果
　　3.1 多媒体、视频与模型结合教学
　　木材切削原理与刀具所涉及的刀具部分角度比较抽象、新概念较多，切削原理部分与实践联系密切。基于课程的特点，采用传统的课堂板书或仅借助平面图的教学模式，学生普遍反应难以理解。这就需要在多媒体课件中增加大量的图像、视频帮助学生理解切削原理及各类切削定义，减少理论的抽象性，使内容变得直观、生动、易于理解。
　　在讲解刀具前角、后角、刃倾角等角度时，学生对空间角度概念理解不清，同时由于不同角度测量平面及概念的不同，需要理解的部分较多，学生学习时觉得各种角度太多，反映太难。针对这个问题，在课堂讲解时，除了多媒体上的空间图外，借用直角刨切刀具模型，现场模拟切削过程。通过这种方式，首先学生对刀具切削部分的结构能有清晰的认识，对前刀面、后刀面、切削刃、切削平面、法向剖面等各个平面能有直观了解，有助于学生理清各刀具角度的概念及关系。其次，复杂刀具如成型铣刀等刀具模型可引起学生的兴趣，使其轻松理解铣刀直径、刀片厚度等刀具参数及装配铣刀刀刃与刀体的排列方式，刀刃和刀体所用材料等知识，深刻理解成型刀设计的必要性和原理。
3.2 动画仿真
　　课程涉及的刀具运动、切削过程、切削力分析等内容比较抽象，学生理解时有困难，尤其是学生对刀具的基本知识，如前刀面、后刀面、切削时刀具的刃倾角等知识的理解能力有限，尽管有静态图辅助教学，学生仍觉得有难度，如利用Auto CAD，3D Max，Solid work等软件制作三维模型库和动画库，模拟切削过程，学生即可通过直观的观察，对切削的要素、工件表面的变化等知识有形象的认识，提高教学质量。
　　学生在设计铲齿铣刀时，经常出现对铣刀的参数选择及计算与工件尺寸形状的关系理解不清，读图读不懂、绘图速度慢等问题。通过动画展示铣刀各视图的画法、形体分析法和线面分析法读图的思维过程和作图过程，演示各参数之间的关系，提高了学生的读图能力、绘图速度及学习效果。
　　直齿圆柱铣刀刀刃的运动轨迹为螺旋摆线，虽然有理论公式，但学生还是不清楚实际加工时的曲线轨迹。通过软件仿真铣刀的运动，以动画形式展示铣刀在不同加工方式下的铣削运动，并结合图片展示刀刃运动轨迹曲线，从而让学生对铣削运动有直观体会和理性认识。
　　3.3 网络平台
　　网络平台可方便学生在网上学习，本课程是我校的精品课程，在我校的精品课程网络平台上共享了电子课件、教学大纲、教学讲义、教学录像、复习提纲、往年试题、教辅材料等相关资料，学生可以利用课余时间在线观看视频教学，预习或复习课程，可反复学习重点及难点知识，加深印象，巩固所学知识。
　　学生可根据自己对课程的掌握情况，针对自己的薄弱环节，结合网络平台上的教学录像，反复观看学习关于该知识点的讲解，自主探索寻求解决问题的方法，学习方式由被动接受知识转变为主动探索知识。同时，网络平台还给学有余力的学生提供更广阔的学习空间，学生可结合自己的兴趣点，对不同的内容进行不同程度的学习，使因材施教变为现实，教育效率得到大幅度提高。另外还可借助网络平台向教师提问，弥补课堂上不能与教师深入交流的问题。学生还可查看网络平台上的教学大纲，对课程有整体的了解，清楚知道课程的重点与难点。
　　3.4 考核
　　课程考核是综合评 价教学质量和人才培养状况的重要手段，考核方式越来越受学校和社会的重视，大学课程的考核方式更是高校建设发展的重点。本课程考核内容包括试卷成绩、实践报告成绩和平时成绩。其中试卷成绩占70%，实践报告成绩占10%，平时成绩占20%。试卷成绩是学生对重点知识点的把握及理解能力的考核。实践报告成绩是学生参观展览后针对一种刀具或机床的起源、发展、特点及加工范围等的具体阐述及未来发展趋势思考，有助于学生整合所学各章节知识，锻炼学生的综合素质及能力。平时成绩是基于课堂上学生回答问题情况的反映。这3项结合起来对教学效果的评价更全面有效。
　　4 结束语
　　木材切削原理与刀具是普通高校木材科学与工程专业一门重要的专业基础课，对专业课学习及从事木材加工行业有重要意义。通过课程内容的更新、调整，结合实践课的学习，可激发学生的学习兴趣，提高教学效果。采用先进的教学手段，丰富的教学方法，如切削过程模拟动画等，可将抽象知识形象化、直观化，有利于学生对课程内容的消化吸收。
　　参考文献
　　[1] 李黎，杨永福.关于木材科学与工程本科应用技术型专业教材建设的思考[J].中国林业教育， 2011， 29（1）：16-19.
　　[2] 吴良奎.木材切削原理与刀具课程教学改革与实践[J].安徽农学通报，2011，17（7）：192-193.
　　[3] 孟五洲，苏华礼.《金属切削原理与刀具》课程的教学探索[J].安阳工学院学报，2011，10（6）： 92-93.