談高速鐵路背景下材料成形技術基礎課的教學

材料成形技術基礎課是按教育部面向21世紀工科本科機械類專業人才培養模式改革要求而設置的機械基礎系列課程之一。該課程是機械及近機械專業學生必修的一門技術基礎課，是研究金屬和非金屬零件及其毛坯成形過程、原理及特點的一門技術基礎課程，其內容包括金屬鑄造成形、金屬塑性成形、金屬焊接成形、粉末冶金成形、塑料成形、復合材料成形、陶瓷成形以及有關模具設計、加工制造方面的專業知識。隨著國內外凈形或近似凈形加工技術的發展，材料成形工藝在機械制造行業的重要性日益增強，它不但可以減少機械零件制造的成本，提高其強度和服役壽命，節材、節能，而且使勞動生產率大幅度提高。

對于原屬于鐵道部直屬高校，機械類的學生畢業后仍然大部分都分配到與鐵路相關的部門工作。但鐵路這幾年高速技術發展非常迅猛，高速鐵路正在全世界如火如荼地發展，高速列車是高速鐵路的技術核心，是機車車輛現代化的具體載體。如果說高速鐵路是現代高新技術的綜合集成，則高速列車是機械、電子、材料、計算機、控制等現代技術綜合集成的集中體現。根據國務院批準執行的“中長期鐵路網規劃”要求，2020年前我國將修建四縱四橫客運專線及三個城際快速客運系統共計達12000km以上，為此研究開發并攻克高速列車的關鍵技術，推進我國機車車輛現代化已成為當前擺在鐵路科技工作者面前的緊迫任務。如何為鐵路培養適應高速鐵路技術發展要求的現代人才，是歷史賦予我們這些教學工作者的神圣責任和使命。

這門課程處于承上啟下的關鍵地位，為學生在校繼續深造及畢業后從事各種材料加工方向的研究和設計打下必要的基礎。然而，從近年來的畢業生以及用人單位反饋的意見來看，畢業生與現代鐵路技術的發展以及工程實際的要求還有很大差距，必須對教學環節進行全面回顧與深入思考，并進行適當的改革和探索。由于本課程內容繁雜，為激發學生的學習興趣，提高教學質量和教學效果，筆者進行了一些教學方法的探索和實踐，取得了一定的成效。

一 理論教學與實踐教學的有機結合

1 精心組織課堂教學，提高課堂效果

在本課程授課過程中，為了培養學生對材料成形技術進行系統掌握，以及學會解決問題和分析問題的能力，除了傳統教學方法外，要積極探索靈活多樣的教學方法，如采用啟發式、討論式以及實習與教學相結合等多種教學方式。對于新技術，教師引導學生共同探索，鼓勵學生獨立思考，搜集資料，使學生在掌握知識的同時獲得學習知識的思維和方法，培養學生的科學研究精神和創新意識。比如對課程中有些內容，尤其與鐵路結合較為緊密的技術，老師只是指明大概的方向，具體的內容由學生分組在課后查相關的文獻資料并整理，然后介紹給其他組同學，不同組的同學在一起互相討論。討論各種方案的可行性、經濟性等，判斷哪種方法將來會在鐵路上廣泛推廣。這樣在大量查閱文獻資料的基礎上，學生既了解了目前實際的工藝制度，又鍛煉了學生的口頭表達能力，激發了學習積極性和創造性，寓素質教育于專業教育中。

2 將科研工作、工程案例與教學相結合

該課程是學生第一次接觸到的工藝性質課程，其內容特點、學習方法以及教學目的和要求等方面都與以往所學課程有很大差異。課程內容含量大、跳動性強，思考問題要學會用辯證法來思考，如某個零件的加工根據工作環境、載荷條件、生產綱領、設備條件、生產成本等可制定出多個不同的加工方案，究竟選用哪個方案，需根據不同條件運用辯證的思想進行比較分析其優劣。如何學會辯證的思考與解決問題呢?教師采取了將自身的經驗直接傳授給學生。教學小組老師大多從事與鐵路相關的科研工作，對鐵路上的新技術比較熟悉，有豐富的實踐經驗。教學過程中將教師的科研工作結合到教學中是理論聯系實際最好的方法，這種結合有利于學生理解并知道如何將學到的知識應用到具體的生產實踐中。如利用課題組研究高速受電弓、盤形制動技術等方面的經驗，在課堂教學過程中，展示有關實物模型，并講解有關成形技術。

3 重視實踐教學

該課程覆蓋的知識面廣，要使學生能夠鞏固和掌握，必須加強實踐教學，對實踐教學時間、內容進行合理安排，使學生的實踐性教學環節收到了較好的效果。在金工實習問題上，學校在原有校辦工廠的基礎上，建立了工程實訓中心，近幾年先后購買了數控車、數控銑、加工中心、線切割、電火花、大型感應熔煉爐、鎢極氬弧焊、電阻焊等新設備，實踐工序增加了許多現代工程實踐工序，實現了理論與實踐相結合、傳統與現代相結合。通過實踐教學來幫助學生驗證和鞏固所學的理論知識，并培養學生養成嚴謹的科學態度，提高學生實際動手能力、分析問題和解決問題能力。

二 穿插高速鐵路新材料新工藝于教學中

1 注重資料收集

這幾年，隨著鐵路高速化的實施，鐵路生產廠家從國內外引進了許多先進技術，進行了許多技術革新，教師帶隊組織學生到若干企業進行生產實習。其形式非常好，但是企業一般不允許學生參與生產實踐，只能遠距離觀看，缺少深入的實踐。因此，教師收集掌握相關信息顯得尤為重要。

如鋁合金焊接在原來課本中一般不講，但鋁合金車體在200km／h以上的高速鐵路客車中廣泛應用，主要是輕量化、密封性、抗腐蝕性、美觀性等方面遠高于鋼結構車體。于是搜集到了一些關于鋁合金車體方面的資料：鋁合金材料具有易氧化、熱導率高、線膨脹系數大等特點，焊接過程中容易形成氫氣孔，高溫下強度和塑性較低，合金元素易蒸發燒損。因此，在生產過程中必須采取相應的焊接工藝和措施來減少焊接變形及焊接缺陷、保持焊縫合金組織和機械性能。同時，鋁合金從固態變成液態時，沒有明顯的顏色變化，人工焊接操作難度較大，故盡量采用自動焊接。其生產制造工藝是由各種鋁型材、板材通過沖壓、插接、焊接組裝成底架、側墻、端墻、車頂等大部件，大部件再經組對、拼接成為車體，車體再經打磨、表面處理、試漏以及安裝小部件后成為車體總成。其主要設備有鋁合金龍門加工中心、龍門銑床、大部件自動焊機、車體總成自動焊機、組焊工裝夾具、噴砂房、鋁材下料的鋸床、等離子切割機等，還有用于大部件組焊后定尺截斷的龍門鋸床，用于焊接作業的高性能MIG焊機、焊煙凈化處理裝置、大部件翻轉裝置等。通過講述這些實際的高鐵技術，大大激發了學生學習相關知識的興趣。

2 及時補充新材料、新技術、新工藝

對繁多的傳統工藝進行精心取舍，如震實造型、手工自由鍛等進行刪除目，而對新材料、新技術、新工藝，如粉末冶金材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料等的成形技術，以及實型鑄造、高能成形、高能束焊接、大噸位軋制等新型成形方法均加以介紹。如增加了生產時速200km客運專線專用鋼軌的生產工藝流程。通過這些專業知識的灌輸，潛移默化地起到了良好的效果。

三 運用多媒體技術將先進的生產工藝傳授給學生

1 充分應用多媒體軟件，引入動畫效果，激發學習興趣

由于實習工廠規模不全，學生對教材中抽象知識難以理解，故在教學過程中充分利用多媒體技術。運用Powerpoint軟件編好條理清晰、內容全面的演示文稿，利用各種三維制圖軟件如Solidworks、Pro／E、Autocad等進行圖形的繪制，增強感官認識，提高學習興趣，提高教學效果。對于材料成形過程的動作語言描述充分應用3Dmax、Flash等軟件，引入動畫效果，便于學生理解、接受，引發學生的學習興趣。使有限的課堂教學蘊含更為充實和生動的內容，達到了預期的效果。

2 進入企業實地攝像，將生產現場“請”上講臺

由于近幾年鐵路技術發展迅速，從國內外引進了許多先進技術，教材已跟不上實際發展的需要，為了讓學生能學到與實際聯系起來的專業知識，組織人員親自到四方廠、長客廠、一汽等生產現場，將課程涉及到的實際操作采集下來，作為音像剪輯素材插入CAI課件，讓學生們的學習達到如同親臨生產現場的效果。如鑄造自動化生產線、融模鑄造、殼型鑄造、自動高速沖壓、列車車體沖壓與焊接等采用這種形式較好。另外，也借助網絡資源，從互聯網上下載許多與課程相關的視頻資料插入到課件中，提高學生學習的興趣。

自從采用與之配套的多媒體教學后，學生大多感覺內容新穎，直觀易懂，形象逼真，印象深刻，從而加深了他們對該課程有關理論、方法、技術的理解和掌握。

綜上所述，目前，材料成形技術基礎課程體系和內容的改革已在車輛工程、機械設計、熱能與動力工程、材料成型、材料科學等專業全面實施，取得了良好的效果。該項改革不僅加強了基礎知識和工程設計能力，更重要的是它符合“實踐——認識——再實踐——再認識”的認知規律，使材料成形技術基礎課程體系更科學、系統性更強。通過這項改革，使所培養的學生既能掌握現成知識、有分析解決工程問題的能力，又有較強的學習與消化能力，同時有豐富想象力和創新意識，成為面向新世紀的高素質人才。

通過教學實踐，得出如下結論：首先，為配合本課程的教學，必須加強金工實習。其次，注重收集現代鐵路技術資料，及時補充新材料、新技術、新工藝，必須將本課程的學習與行業特色緊密聯系，做到理論聯系實際。最后，在本課程的課堂教學中，必須將傳統教學藝術與現代多媒體技術相結合，將科研工作、工程案例與教學相結合。