材料成型技術基礎實驗教學改革初探

王曉明 虞付進 王琳琳

摘 要 材料成型技術基礎是一門實踐性較強的的專業課程。本文針對本校材料成型技術實驗教學內容的不足對實驗教學體系、考核評價方式及師資隊伍建設等方面進行改革與探索。通過開展綜合性及設計性實驗，并結合本人研究方向來引導學生分析實際工程問題和解決問題的能力，從而提升課程實驗教學的效果。

關鍵詞 材料成型技術基礎 實驗教學改革 虛擬制造實驗教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

Study on Material Forming Technology Experimental Teaching Reform

WANG Xiaoming， YU Fujin， WANG Linlin

（College of Engineering， Zhejiang Normal University， Jinhua， Zhejiang 321004）

Abstract Material Forming Technology is a strong practical professional course. In this paper， for lack of school materials molding technology experimental aspects of the teaching content of experimental teaching system， evaluation methods and faculty building to reform and exploration. By carrying out a comprehensive and designing experiments and combined with my research to guide students to analyze practical engineering problems and problem-solving skills， thereby enhancing the effect of experimental teaching.

Key words Material Forming Technology； experimental teaching reform； virtual manufacturing experimental teaching

材料成型技術基礎是一門實踐性較強的專業課程，也是機械工程、材料科學與工程類各專業的技術基礎課。通過該課程的學習，可以讓學生了解和掌握常用材料成型技術的一般知識；了解常用材料的特性、用途和制備方法；建立材料成分、微觀組織結構、制備工藝與性能之間的關系；初步具備選材、確定制備方案、安排工藝路線的能力。然而，如何利用設計性及實踐性強的實驗教學來提升課堂教學的效果一直是實驗教學改革面臨的棘手問題。因此，本文針對原有實驗教學的不足，結合浙江師范大學在該課程實驗教學上存在的問題，對實驗教學體系、方法及實驗考核方式等方面進行改革與探索。

1 材料成型技術基礎實驗教學現狀

本校機械設計制造及其自動化專業開設的材料成型技術基礎課程，總學時為40，主要開設了鐵碳合金的平衡組織觀察、鋼的熱處理及顯微組織觀察、硬度測試等實驗項目，以上實驗多為理論驗證性實驗，缺乏綜合型、設計型的實驗。一般情況下，學生按照實驗指導書去做，這樣可以加強對相關課程知識的理解，也能學會一些實驗技術，但這種實驗教學形式制約了學生的思考能力，不利于學生創新思想及解決實際問題能力的培養；尤其對師范類院校中機械專業的學生來說，本身對材料成型技術方面知之甚少，同時學生對這種乏味的教學演示型實驗也已習以為常，根本激發不起學生求知和創新的欲望，他們只是被動地接受教師已設計好的實驗過程與實驗結果，難以達到良好的教學效果。根據筆者對該課程理論及實驗教學的經驗來看，我們主要存在以下幾方面的問題：

（1）實驗教學得不到足夠重視，實驗條件薄弱。多年以來，我校在理論教學過程中對實驗教學環節重視不夠，往往只是把實驗教學當成輔助手段，以課堂教學為中心。

（2）實驗教學處于從屬地位，教育觀念陳舊，實驗教學缺乏系統性和科學性。在人才培養方案中，理論教學有明確的目標，實驗教學基本上都是附屬于相應的理論課。實驗課安排隨意性大，嚴重影響了實驗教學的質量。

（3）實驗教學內容和教學模式滯后。在實驗教學中，由于實驗條件和平臺的限制，實驗內容一般都比較陳舊，十年如一日，而且，同一類型的實驗可能出現在不同課程中開設，觀察驗證性實驗所占比例偏高，而培養學生創新能力的綜合性、設計性和創新性實驗偏少。

（4）缺乏有效的實驗教學考核標準。有效公正地評價學生的實驗成績對引導學生重視實踐教學，正確認識理論知識、技術能力和綜合素質的關系具有較好的引導作用。目前，在我們學校采取的方法是依據學生在實驗中的表現和最后的實驗報告按一定比例來給定成績，這套考核標準有很大的弊病。因此，對傳統的實驗教學進行改革就變得十分必要。

2 實驗教學改革探索與實踐

2.1 完善實驗教學體系

根據現代化具有綜合素質人才培養方案需要，針對材料成型技術基礎實驗教學體系方面存在的不足與問題，完善與該課程理論教學緊密結合的三層次實驗教學體系，即基礎實驗、綜合性實驗、設計創新性實驗，而且單獨開設實驗課程和記學分。

2.1.1 增加設計性實驗，培養學生綜合能力

設計性實驗能培養和鍛煉參與學生的綜合素質和能力，引導學生開拓思維，并能發展創新思想。在設置綜合性、設計性實驗時，我們主要結合生產實際，針對企業生產過程中出現的技術難題，將實驗內容設計為企業迫切需要解決的問題。比如在鋼的熱處理實驗中，可以選擇一些常用的機械零件，從材料的使用性能、工藝性能和經濟性三個方面進行考慮，然后讓學生進行合理選材和指定正確的熱處理方案，同時對每種工藝處理前后材料的性能、金相組織進行表征，最后對實驗結果進行分析和評價，給出最后解決方案，通過這種實訓，從而讓學生掌握結構設計、材料選型、工藝設計和操作技能。

另外，筆者在實驗教學過程中，也結合自己的研究方向，引導學生進行設計性實驗。比如在熱噴涂制備涂層實驗中，讓學生根據實際工況設計滿足企業要求的涂層，具體實施方案是：（1）根據實際工況選擇一個典型零件，如曲軸、熱電偶保護套管或挖掘機斗齒等；（2）提出設計性實驗的具體要求和目標；（3）進行實驗方案設計，包括材料的選擇、制定熱噴涂工藝以及噴涂前后表面處理及性能檢驗方法等方案和表征；（4）開放熱噴涂實驗室，讓學生進入實驗室進行實驗準備和實施；（5）編寫實驗報告，對實驗結果進行分析，對不同熱噴涂涂層的使用性能及壽命進行綜合表征和比較，找出最合適所選零件的材料及最佳的熱噴涂工藝規范。這樣，既能給學生提供了一個親自動手動腦的機會，也能提高他們分析和解決實際工程問題的能力。

通過這種設計性實驗的訓練，參與學生能夠把課本理論知識有針對性地應用于解決生產實際問題，這種模式既能提高學生的綜合實驗能力，又培養了學生的工程設計和實踐能力，同時，也能大大提高實驗教學的效益。

2.1.2 開展虛擬制造實驗

其他高校的實踐證明，很多學科的教學實踐都廣泛采用了虛擬制造實驗技術。尤其對于我們基礎比較薄弱的實驗教學平臺而言，虛擬制造實驗技術可以作為材料成型技術基礎實驗教學改革的未來方向。從很多學校的實踐來看，只有985、211這樣的高校才具備比較完備的成本高昂的大型材料成型設備，他們有條件為學生課程實驗教學提供充分的演示機會。

而對本校機械專業而言，實踐教學平臺還不夠完善，采用虛擬制造實驗是豐富學生視野最切實可行的辦法。由于虛擬制造實驗利用多媒體技術來模擬真實的材料成型過程，使得整個實驗過程具有可視化的特征，學生的學習興趣也可以充分激發出來。通過虛擬實驗教學，學生可以不受實驗室平臺欠缺的影響，也可以不受時間的約束，根據自己的興趣有意識地選擇實驗內容，同時實驗內容也可以很容易跟上國內外最新技術的發展，而傳統實驗做不到這一點。另一方面，開展虛擬制造實驗教學，可以彌補因為大型實驗設備、教學經費等方面的不足，豐富實驗教學資源。虛擬制造實驗可以獲得和真實實驗過程相似的感受，能起到豐富學生感性認識，加深對理論知識理解的作用。例如，在金屬成型過程中，通過模擬材料成型過程就可以了解材料成型機理及其對性能的影響規律，實現材料成型過程的參數控制及最優設計與制造。因此，采用虛擬制造實驗可以豐富實驗教學手段，實現靈活多變的教學模式。

2.2 改進實驗考核評價方式

如何客觀、公正地評價學生的實驗成績，在實驗教學中至關重要，好的方法既能增強學生對材料成型技術實驗的學習興趣，又能加強學生探知現代科技的動力。我校機械專業原有的以實驗報告為依據、以實驗結果的準確與否來評價實驗成績的實驗考核方式，缺乏對實驗方法、實驗過程以及對學生分析、解決問題能力的考核評價，既不科學也不嚴格。因此，改進實驗成績考核評價體系就顯得尤為重要。為此我們改進了原有的實驗考核評價方式，具體分以下三部分成績：

（1）實驗預習報告：學生在實驗前通過查閱相關文獻資料，了解所要進行的實驗原理，規劃實驗步驟，預測實驗結果。這部分占總成績的15%；（2）實驗操作：根據實驗的要求和目標，按照儀器設備的操作規程操作設備，觀察實驗現象與記錄結果，實驗完成對儀器清理工作是否合乎規范等。這部分占總成績的45%；（3）實驗報告：試驗完成后對實驗數據進行處理，分析實驗中出現的問題并解決，同時總結實驗經驗，給出結論，拓展知識面，為下一次實驗積累經驗。這部分占總成績的40%。

2.3 加強實驗教學師資隊伍的建設

實驗教學師資隊伍的建設主要從兩方面來加強：（1）按“雙師”素質要求建設師資隊伍。理論課教師一定參與實驗教學和科研工作，實踐課教師進修提高理論水平和科研能力，雙向培養，加速“雙師”隊伍建設；（2）全面提高教師素質，特別是中青年教師素質的提高尤為緊迫。有經驗的教師要有奉獻精神，對年輕教師進行傳幫帶，年輕教師要謙虛好學，向有經驗的教師學習，建議所有教師進行教學、科研“二崗”輪換制度，全方位地提高教師教學基本能力素質、人文社科及心理素質、職業道德素質。

3 結束語

實驗教學是高等學校實踐教學的重要組成部分，在整個教學過程中處于極重要的地位。除了讓學生更好地理解相關理論知識外，更重要的是對他們進行基本設備操作技能的訓練，一方面為適應技能型人才培養的方針政策，另一方也能使學生掌握初步的科學研究的基本方法和具備一定的創新思想，培養學生應用課程理論知識分析和解決實際工程問題的能力。因此，為了更好培養學生的工程實踐能力，實驗教學應盡量多開展設計性和綜合性實驗，以實驗和科研促教學，形成“夯實理論基礎，面向工程實際問題，培養科技創新能力”的實驗教學理念，從而使實驗教學質量得到提高。只有這樣，才能有效地培養與發展學生的創新思維和創新能力，從而培養出與時俱進、可持續發展和適應社會發展要求的高素質應用型人才。

基金項目：浙江師范大學青年教師教學改革項目

參考文獻

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