模具壽命及強化技術課程教學改革與實踐

石增敏　鄒雋

摘要：為實現高素質、應用型人才培養目標，針對金屬材料專業開設的專業課程——模具壽命及強化技術課程特點及教與學中存在的問題，提出構建以理論學習、綜合材料體系基礎知識為指導，建立問題導向型的教學模式，通過學習理念的重構，以任務激發學生的學習主動性和創造性，提高教學質量，培養學生理論分析和工程實踐兩方面的能力需求。

關鍵詞：人才培養；教學模式；教學改革與實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）38-0107-02

一、金屬材料工程專業課程教學特點

隨著我國工業化的快速推進，實現跨越式發展，培養創新型、適用型、復合型人才為高等教育提出了更高的要求。為貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》，湖北省政府提出實施“湖北省戰略新興產業人才培養計劃”的要求，旨在培養高素質的專門人才，促進高等教育更好地適應和服務地方經濟建設和社會發展的需要，滿足產業行業需求，提高人才培養質量。

金屬材料工程是實用性很強的專業，通過對金屬材料制備原理及其工藝的探索，研究成果可以直接應用于工業生產，所取得的進展和日常生活密切相關。同時這個專業有著廣闊的理論研究空間，喜歡理論研究的同學也可充分發揮自己的才能。材料技術人員雖然掌握了許多金屬材料尤其是鋼鐵材料的制備工藝，但至今其中的原理還沒有完全被弄清楚，而從理論上闡明這其中的奧妙、將理論和實踐緊密聯系、控制材料的性能特征對材料科學的進一步發展意義重大。為配合我校（三峽大學）金屬材料工程專業戰略性新興人才培養要求，專業課程的教學也朝著培養學生理論聯系實踐的方向不斷發展。“模具壽命及強化技術”課程是該專業開設的模具模塊課程，自課程開設以來普遍的反映是理論性強，實踐性更強，行業前景好，學生剛開始學習時熱情高，但最后一路學來往往偃旗息鼓。本文通過“模具壽命及強化技術”課程特點入手，結合筆者從事金屬材料類課程教學過程中積累的經驗和體會，對本課程的教學改革和教學方法進行探討。

“模具壽命及強化技術”課程特點及存在問題。“模具壽命及強化技術”這門課程是我校金屬材料工程專業開設的學科專業課程，它主要以金屬材料學及熱處理、材料力學性能等為基礎，課程理論緊密聯系實踐。這就要求學生掌握金屬學及熱處理方面的基礎知識的同時，了解模具的實際應用及模具行業的發展情況。且要求教師具有較強的理論體系和豐富的實踐經驗。

第一，從課程設置來講，該課程包含材料性能、金屬材料組織與結構、模具失效機理、模具壽命與影響因素、模具材料（冷作模具、熱作模具、塑料模具等）、表面強化技術、模具熱處理缺陷等內容，內容系統，工程技術性要求高，知識點零散，記憶量大。教學實踐中通常采取多媒體教學，學生上課期間能跟上教師的授課過程，但課后又忘了相關的知識點，尤其是提出一些實際應用的問題時，往往不知如何解決。

第二，課堂多媒體教學通常會在盡可能少的課堂時間傳授盡可能多的知識，但實踐環節無法滿足所有學生去真正實踐一套模具的設計、服役、失效等過程，學生不能將自己所學知識去充分消化。這樣的教學環境會帶來部分學生對大量枯燥知識涌入的恐慌，造成學習興趣的降低，學習效果欠佳而流于形式。

第三，前期基礎課程大都并行學習，缺乏一定的層次性，學生在應付考試之后，知識點遺忘程度高。根據筆者十幾年的教學經歷來看，現有的學生由于嚴重缺乏實踐經驗，且前期基礎理論課程的學習同樣存在知識點多、抽象且不易消化和吸收的特點，學生們對于基礎知識的掌握不夠扎實，對后期專業課程學習產生很大惰性，從而降低了對專業課程的學習興趣。

二、梳理和精選課程教學內容

該課程的主要內容是模具材料特性—服役工作特點—模具失效特征——模具熱處理—模具壽命強化處理為主線，為突出授課重點，在課程教學內容方面進行進一步整合和優化。第一，明確課程主線，以先修課程中材料的組織、相變、力學性能、物理化學特點等逐步展開、層層深入。第二，梳理教學內容，根據主線梳理教學內容，突出模具材料的性能分析、熱處理強化及缺陷、模具壽命分析等內容，主次分明。第三，精選教學案例，啟發和引導學生對所學知識的綜合判斷，改變學生原有的思維慣性。

三、教學方法及探討

20世紀60～70年代美國紐約大學研究院奧蘇泊爾教授D.P Ausubel曾提出“meaningful verbal learning”的理論學習概念[1，2]：學習者在學習新知識過程中對已有認知結構進行重新改組，使自己原有觀念發生變化，才有利于新知識的掌握和消化。因此針對該課程特點，采用問題導向型的教學模式，提高學生學習興趣，變被動為主動。同樣，學生原來所接受的基礎知識并沒有被綜合和類比，給授課留出了很多發揮空間。

1.案例啟發式、問題導向型步進教學方法。單是一味地理論講解，很難引起學生的興趣和共鳴。在授課過程中，將當前學科的前沿技術狀態和科研中的難題以及實踐問題引入課堂。筆者結合科研項目和工程實踐中的案例，采用問題導向式的步進教學法，通過發現問題、分析問題、構造方法、解決問題、引發思考的不斷循環，由簡到難地層層推進，在問題求解的過程中引導學生對所學知識歸納總結，引發對未知知識的探索。如介紹模具失效原因時，筆者給出自己科研項目中的案例：汽車安全結構件熱成形工藝過程中所用的熱作模具，工作溫度在200℃～300℃區間，服役一段時間后模具表面出現氧化色并有局部塑性變形現象。筆者首先安排學生進行小組討論引起模具失效的原因，進而引出實際操作與模具服役期間的細節問題。同時提醒學生換位思考，體會作為模具生產商面對客戶出現如此問題時，如何解決和提高模具壽命，讓學生提出解決方案，從而激發學生的好奇心，吸引學生的注意力。通過案例啟發和教學引導，增加了學生對材料發展規律的了解，充分調動了學生的主觀能動性。

2.學習理念的重構。課堂教學中如何培養學生的自主學習能力是一個值得探討的問題。為培養學生自主學習能力，首先教師要改變教學方法，引導學生對所學知識進行重構和重新認識，同時改變工科學生一貫的“重工藝，輕技術”的學習方法。如在講解鋼鐵材料的強化理論時，很多同學對晶粒細化概念很清楚，但其理解通常會僅限于晶粒細化是同時提高材料強韌性能的唯一手段。晶粒細化后材料的屈強比升高，但屈強比值過高對于工程應用來說是不安全的，且超細晶粒鋼的焊接難度大，因而限制了超細晶粒鋼廣泛的工程應用。如此引導，大多數學生皆表現出極大興致。在此基礎上設置一些更深入問題，如如何在模具制備和熱處理過程中利用組織細化強化技術，在工程結構中如何考慮處理等，將學生引入一個開闊的思維中去。

傳統的課堂教學通常只是將教學內容、方法理論等傳授給學生。由于學生缺乏工程實訓和實踐機會，對于知識的理解和掌握處在很淺的表層，尤其是一些技術操作的細節問題。所以只要稍加引導和啟發，學生就有很強的主動性和較高的參與熱情。在具體的實施過程中，主要采用實物示例—討論分析—問題提出—歸納總結的方式。筆者曾在畢業設計環節中，帶著學生進行粉末冶金過程的試驗，發現學生們自己動手進行模壓，模具很快失效。筆者在教學過程中將失效模具帶到課堂，首先讓學生們分析失效部位和推斷原因，繼而提出導致模具失效的操作技術原因，以及模具服役期間應該注意的操作細節。如此結合案例把問題步步推進，授課變得精彩，學生們的學習興趣和積極主動性增加，極大地增進了對課堂知識的關注度。

3.增加實踐任務導向，培養學生創新意識。工程應用型本科人才的培養要著重體現以一線生產和活動的實際需要構建知識、能力和素質結構，注重管理、設計和操作能力的培養。模具壽命技術實踐性強，但我校該專業的模具基礎課程卻并不厚重，只有專業模塊系列課程的學習。由此，筆者在教學中結合科研項目要求提出實際任務，讓學生針對任務進行設計和開發，經過分析對比，選出最優設計并給予一定的科研獎勵，同時制作產品，此舉極大激發了學生的學習興趣和成果滿足感。在實施過程中大多數同學會知難而退、有始無終，但仍有部分同學堅持下來且取得較好的成績，感染和帶動大多數同學的學習積極性，為同學們開拓了思路和視野，也有不少同學通過該課程的學習立志從事金屬材料、模具制造等的研究。

四、結束語

對于模具壽命及強化技術課程教學改革，我們也是處于探索階段，雖然取得了一定的教學效果，但也面臨許多困難。問題導向型教學模式、任務激發模式在操作上更為復雜，在統籌安排教學內容、精心設計教學任務、課堂組織等方面對教師提出了更高的要求，且課堂組織也要考慮學生的層次和少數同學的非主動性。但教學實踐表明采用此教學法激發了學生的學習興趣和積極主動性，增強了學生解決具體問題的能力，提高了課程教學質量。我們感到課程的教學改革既要遵循課程自身的特點規律，還要適應高等教育的發展趨勢和社會經濟建設的需要，不斷完善促進教學相長。希望能夠有拋磚引玉的作用，引起大家共同思考與探討，促進戰略新興產業人才培養計劃新形式下教學改革的發展。

參考文獻：

[1]David P.Ausubel，A subsumption theory of meaningful verbal learning and retention.The Journal of general psychology，1962，66（2）：213.

[2]David P. Ausubel，The facilitation of meaningful verbal learning in the classroom. The Journal of general psychology，1977，12（2）：162.