木材切削原理與刀具課程教學改革和實踐
郭曉磊 肖 璐
（南京林業(yè)大學材料科學與工程學院，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容，結合木材科學與工程專業(yè)培養(yǎng)目標和方向，針對該專業(yè)課程教學過程中容易出現(xiàn)的理論枯燥乏味、教學內容抽象、教學方式單一等問題，分析其成因并提出課程教學必須進行改革的觀點，同時針對課程考核方式單一的問題，提出一些完善課程考核的措施，以提高學生對木材切削原理與刀具課程的學習興趣并提升教師的課程教學質量。
［關鍵詞］木材切削原理與刀具；課程教學；改革
木材切削原理與刀具是研究木材切削過程中的基本規(guī)律、標準刀具的選型與使用、非標準刀具設計原理與方法的一門學科。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留量，使工件獲得規(guī)定的表面形狀、表面質量和尺寸精度。作為研究木材切削加工理論的一門學科，課程主要介紹了木材切削的基本概念、木工刀具的結構及工作原理、木工刀具材料等，兼顧介紹了木工刀具的設計原理、選用原則和應用場合，以及未來木工刀具的發(fā)展方向。
木材科學與工程專業(yè)培養(yǎng)具有木材物理化學、機械基礎及木材科學與加工技術、材料科學與基礎等基本理論知識的人才，這些人才能夠從事木材加工、家居設計、木材貿易和室內裝飾等工作。本專業(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有助于學生打好木工機床知識的基礎和掌握木材加工工藝，也為其專業(yè)課程設計、畢業(yè)設計提供基礎知識。
新時期木材科學與工程專業(yè)本科教學應始終堅持以人為本的宗旨，促進學生知識能力協(xié)調發(fā)展、實踐創(chuàng)新能力全面提升是教學指導思想。木材科學與工程專業(yè)以學生為主體、教師為主導，堅持知識傳授、能力提高、素質培養(yǎng)、協(xié)調發(fā)展為核心的教學理念，建設學生實踐和創(chuàng)新能力共同提高的教學系統(tǒng)，建設設備先進、資源共享、服務開放的教學環(huán)境，建設現(xiàn)代化高效運行的管理機制，全面提高實踐教學水平。在此背景下，我們對現(xiàn)有的問題進行了分析，結合新時期木材切削原理與刀具的課程內容和專業(yè)培養(yǎng)目標，提出了幾條提升教學質量的措施。
一、教學問題
木材切削原理與刀具課程教學主要存在以下幾個問題。
（一）課程枯燥乏味，學生沒有興趣
木材切削原理與刀具這門課程主要講述了木材切削過程的基本規(guī)律，既包括木材切削的基本概念、角度定義、刀具結構、材料選用以及切削力分析與計算、切削變形等內容，也有木工刀具磨損機理以及木工刀具抗磨技術的介紹，還有以銑削、鋸切、鉆削為例對木工刀具工作原理及應用場合進行的介紹，等等。這些內容比較抽象，聯(lián)系實際不夠緊密，導致學生在學習過程中難以理解，進而喪失對該課程的學習興趣，而如果學生缺乏學習的積極主動性，那么教師再費口舌，也無多大效果。
（二）部分內容抽象，學生難以理解
木材切削原理與刀具課程的內容整體比較抽象，學生需要在學習和理解過程中耗費大量時間。以“銑削運動學”中“直齒圓柱銑削”的內容為例，面對眾多銑削參數(shù)，學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；又如動力遇角是進給速度和切削速度之間的夾角，動力遇角是木材纖維方向和切削速度之間的夾角。加之對木材切削加工的講解通常是快速進行的，學生在理解這些概念時，難以理解其中的細小差別，聽教師講課時好像一知半解，課后理解時一頭霧水，難以真正掌握課堂知識。
（三）教學方式單一，理論學習效率打折
根據(jù)我?，F(xiàn)階段的木材切削原理與刀具課程的教學安排表，共安排了32個課時用以完成教學內容。其中30 個課時安排在教室內進行理論教學，只有2 個課時的時間用來安排實踐學習，主要是參觀木工刀具實驗室等，由此可見，實踐教學十分缺乏。不僅如此，在參觀學習的過程中，許多學生只是走個過場，并沒有細心觀察。多方面的因素導致學生難以掌握木材切削原理與刀具的知識，課程的教學水平也遲遲上不去。
（四）課程成績唯考試論，考核方式單一
課程考核是評價教師教學質量和學生對課程知識掌握狀況的重要手段，理應受到學校和社會越來越多的重視[3]。根據(jù)我校木材切削原理與刀具課程現(xiàn)行的課程考核標準，課程成績包含兩個部分：考試成績（約占70%）和平時成績（約占30%）?？荚嚦煽冎钙谀┛荚嚨墓P試成績，筆試內容大多為課本的基礎知識，主要為概念性知識，學生只要稍加理解后背誦好即可通過考試，導致學生在備考的過程中，只需根據(jù)教師考前給的“重點”做突襲，便能輕松通過期末考試。更有甚者，部分學生妄想通過作弊來通過考試。這顯然不利于學生對課程內容的掌握，更不利于培養(yǎng)學生的思維、分析和創(chuàng)新等綜合能力。平時成績主要包括上課表現(xiàn)和課堂作業(yè)等。只要沒有曠課和及時完成課堂作業(yè)，絕大部分同學都能在平時成績這一項中獲得高分，成績沒有區(qū)分度。因此，這樣的做法使得學生不需要在期末考試中取得比較好的成績，就能取得課程及格的結果。這與我們想要的多元化課程考核目的是背道而馳的。
二、教學改革措施
（一）以應用為驅導，激發(fā)學生興趣
對于前面提到的部分學生上課提不起興趣，沒有學習主動性積極性的情況，可以采用以實際應用為驅導的方式來激發(fā)學生的興趣。具體的做法是在正式開始授課時，可以先介紹一個現(xiàn)實的典型案例，然后引出所講的課堂內容，引導學生去思考上這門課的實際意義。這種循循善誘、由淺入深的做法可以吸引學生的注意力，讓學生在上課的大部分時間內都能保持專注。具體到每一節(jié)課，應讓學生明白上課的主要內容是什么，為什么要學習這一部分內容，學習這一部分內容能有什么幫助等。在此基礎上，學生不再是被動地接受老師的知識灌輸，而是積極主動地汲取知識，相信這種方式能夠激發(fā)學生的學習興趣，提高教師的教學水平。
（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態(tài)分析，切削力、切削角度、切削厚度等動態(tài)變化切削參數(shù)的內容，讓學生在理解時感到困難。比如刀具前刀面、后刀面、刀具切削各種角度等知識使學生摸不著頭腦，即使課堂和書本中有圖片、表格等信息作為理解補充，學生還是難以理解掌握。這時，可借助三維建模軟件將動態(tài)的切削過程完整地展示出來，而且可以根據(jù)需求做出暫停、放大、旋轉等指令，讓學生直接進行觀察，幫助學生全面立體地認識木材切削過程，包括工件表面變化、切削要素的改變等知識。這一類軟件主要有Auto CAD、Master CAM、SolidWorks等。
例如，直齒圓柱銑削中銑刀的運動軌跡是螺旋擺線，盡管書中給出了順銑和逆銑兩種情況下刀刃的切削軌跡方程，但學生還是難以理解直齒圓柱銑削實際加工中切削軌跡的變化。這時，可借助建模軟件對切削運動進行三維運動仿真，以動畫的形式直接展示切削運動過程，同時展示圖片進行解釋補充，相信學生會在腦子里形成對直齒圓柱銑削的形象認識。這樣，就提高了學生的理解能力，也減少了教師講臺前的工作量。
（三）豐富教學方法，提升教學效果
新時期的課程教學，應該豐富教師的教學方法，建立開放的課堂，引導學生主動積極地參與課堂教學。我們既可將教師一人講課改成學生設疑、提問、答疑和總結，也可將課本中重要的內容交給學生去備課、講課，然后接受其他學生的提問并做出解答。這種方法可以讓學生動起來，增加師生互動，營造積極活躍的課堂氛圍，幫助學生理解課程內容。此外，還可以將木工刀具帶到教室中給學生觀摩學習，這可激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對木工刀具的印象。
一方面，對于課程內容中的重點難點，可以采用專題教學的形式。根據(jù)木材切削原理與刀具的課程內容，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”等專題。在“木材切削基本概念”專題中，側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”專題中，主要介紹高速鋼、硬質合金和金剛石刀具，前者代表木工刀具現(xiàn)狀，后者代表木工刀具未來?！澳竟さ毒吣p及抗磨技術”主要讓學生掌握刀具的磨損機理，對四種抗磨技術僅做了解即可。針對“銑刀與銑削”這一章內容，需要對直齒圓柱銑削和螺旋圓柱銑削兩部分內容做專題介紹。銑刀的種類繁多，應用場合廣泛，銑削的種類也很多，這就需要對重點內容做專題介紹。
另一方面，充分利用互聯(lián)網(wǎng)時代網(wǎng)絡資源便捷可取的特性，將課程的電子學習資料上傳到網(wǎng)絡平臺供學生學習。在中國最大的網(wǎng)絡學習平臺——慕課上，沒有發(fā)現(xiàn)木材切削原理與刀具的課程教學視頻，同時在網(wǎng)易公開課平臺上也沒發(fā)現(xiàn)有課程教學視頻。筆者建議，可將課程的教學大綱、教學講義、教學視頻和考試測評等資料上傳到網(wǎng)絡學習平臺。這樣，學生可以在其課余時間內預習或者復習課程內容，對于課程知識點的重點和難點，可以反復觀看教學視頻以達到理解的目的。這種學習方式不局限于場合，學生既可在教室，也可以在圖書館、寢室，甚至乘坐公交時也可學習課程內容。
與此同時，課程教學不應局限于教室的三尺講臺。可鼓勵學生課堂外接觸生產實踐。比如組織學生參觀木工刀具企業(yè)，讓學生了解上課所講的木工刀具實際上是如何工作的，從而形成學生自己直接的認識，加強學生對理論知識的理解，提高教學質量。又如，可以讓學生在課余時間中前往市場做木工刀具市場調研，了解各類木工刀具的價格、用途和銷售情況，這樣不但可以提高學生的溝通交流能力，還可以提高學生的學習興趣。另外，可向學生提供課程相關企業(yè)宣講會和展覽等信息，鼓勵學生在條件允許的情況下參與此類活動，這樣可以讓學生對木工刀具這個行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢有更深的認識，提高學生對本專業(yè)的興趣，對教學質量提升也有促進作用。
（四）完善考核方式，課程考核多元化
現(xiàn)行的課程考核標準應該做出調整，以適應新時期的專業(yè)培養(yǎng)目標和發(fā)展趨勢。筆者認為，課程考核方式應該朝多元化方向發(fā)展，以往“平時成績+期末筆試”的考核方式應改為“平時成績+期末筆試+實踐創(chuàng)新”的多元化的考核標準，比例由“70%+30%”調整為“20%+50%+30%”，賦予平時成績更多內容，設立實踐創(chuàng)新成績的考量標準。
關于平時成績，教師可增加課堂提問、學生解答環(huán)節(jié)評價，根據(jù)學生表現(xiàn)記錄平時成績。教師可布置沒有標準答案的主觀題作業(yè)，以培養(yǎng)學生的發(fā)散思維、搜集資料的能力。這樣一方面可以增加教師和學生的課堂互動，活躍課堂氣氛，另一方面有利于學生掌握課堂知識，提升教師教學質量。
期末筆試的試卷內容設置應當合理。首先，試卷題型應包括選擇題、填空題、主觀題和計算題，不僅要考查學生對理論知識的掌握情況，更要注重考查學生的綜合能力。其次，試卷的知識點要全面，不必全部取自教材，可以適當結合關于課程的新見解和新觀點的課外內容。最后，可以根據(jù)情況采取開卷考試的形式，試題可以沒有標準答案，但需要加深難度以考查學生利用知識點分析問題、解決實際問題的能力。新時期的人才需要有開放性的思維能力，能夠對知識點做到活學活用，開卷考試這一形式正好滿足了這一要求。
新時期對學生的要求不僅是掌握理論知識，更要提升實踐創(chuàng)新等綜合能力。因此，在實踐創(chuàng)新成績這一項中，教師可增加學生實踐學習環(huán)節(jié)，包括進行刀具切削實驗、市場調研等內容，并根據(jù)學生的實驗報告、調研報告等成果進行評分。在完成一章課程內容的理論教學后，教師可根據(jù)需要，帶領學生走進刀具實驗室做實驗。這個方法可以增強學生的動手能力，也可強化學生對所學知識的掌握。與此同時，教師要鼓勵學生多多參與木工刀具宣講會，到木工刀具市場中去做調研。學生可以了解木工刀具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢，根據(jù)對行業(yè)的認識改變自己的學習方式，對課程知識學習做到有的放矢。
“平時成績+期末筆試+實踐創(chuàng)新”的課程考核標準改變了以往學生“只要期末考得好成績就好”的觀念，促進了學生的學習能力、實踐創(chuàng)新能力的協(xié)同發(fā)展，提升了教學質量。
三、結束語
木材切削原理與刀具作為木材科學與工程專業(yè)的一門重要基礎課，對于學生走向工作崗位后的生產學習有實際意義。本次教學改革通過對木材切削原理與刀具這一課程在教學過程中遇到的問題的思考，針對課程枯燥的特點，提出了“以應用為驅導，激發(fā)學生興趣”的措施；對于課程教學中部分內容抽象，學生無法理解的情況，提出了“善用建模軟件，化抽象為具體”的方法；對于“教學方式單一，理論學習效率打折”現(xiàn)象，提出了豐富教學方法的措施；最后，將傳統(tǒng)的“平時成績+期末筆試”（30%+70%）的考核方式改變?yōu)椤捌綍r成績+期末筆試+實踐創(chuàng)新”（20%+50%+30%），幫助解決課程考核方式單一問題，實現(xiàn)考核標準多元化。
［作者簡介］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。
