《鑄件形成理論》課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

崔紅衛(wèi)+馮銳+宮本奎

摘要：根據(jù)鑄件形成理論課程的特點(diǎn)，考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)課程中與金屬直接相關(guān)較少的現(xiàn)狀，采取了一系列措施進(jìn)行課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐。實(shí)踐證明，這些措施不僅取得了良好的教學(xué)效果，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性和能動性，而且提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力，達(dá)到了培養(yǎng)高素質(zhì)優(yōu)秀人才的目的。

關(guān)鍵詞：鑄件形成理論；教學(xué)改革；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）02-0078-02

一、引言

《鑄件形成理論》課程是我院材料科學(xué)與工程專業(yè)金屬材料方向一門重要的專業(yè)選修課。學(xué)習(xí)本課程的主要目的是使學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握液態(tài)金屬成型過程的基本原理，重點(diǎn)掌握液態(tài)金屬的性質(zhì)及充填鑄型的基本規(guī)律；闡述液態(tài)金屬結(jié)晶、鑄造組織形成及鑄件凝固的基本規(guī)律；闡述鑄件形成過程中，各種鑄造缺陷的形成機(jī)理，并針對鑄造缺陷的預(yù)防和鑄件質(zhì)量的改善等方面提出有效的解決措施和途徑，最終能夠運(yùn)用所學(xué)知識制定并控制鑄件的生產(chǎn)工藝。

我院材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的課程中與金屬直接相關(guān)的并不多，其中《材料工程基礎(chǔ)》僅涉及鑄造的概念、鑄造方法等內(nèi)容，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》（以無機(jī)非金屬材料為主）主要涉及材料的結(jié)構(gòu)、組織和性能之間的關(guān)系，《結(jié)晶學(xué)》主要涉及結(jié)晶學(xué)的基本知識。這樣一來，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程勢必具有一定的難度，如果學(xué)生長時間不能深入理解和掌握學(xué)習(xí)的內(nèi)容，久而久之就會失去學(xué)習(xí)本課程的興趣，況且本課程的學(xué)時為48學(xué)時（其中8學(xué)時為實(shí)驗(yàn)學(xué)時），所以必須采取有效措施，提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性。為此，積極開展教學(xué)方法的改革，推行多媒體教學(xué)和課堂互動式教學(xué)，拓寬教學(xué)內(nèi)容，改革考核方式，加強(qiáng)實(shí)踐培養(yǎng)，

提高學(xué)生的動手能力，注重學(xué)生素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、改革措施

1.前期預(yù)習(xí)、企業(yè)調(diào)研。首先，要提前告訴學(xué)生本課程的教學(xué)大綱和參考教材（如大野篤美編著的《金屬的凝固：理論實(shí)踐及應(yīng)用》），讓學(xué)生了解本課程的基本知識點(diǎn)，重點(diǎn)是什么，難點(diǎn)在哪里。

其次，學(xué)生要充分利用暑假時間，進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。要提前給學(xué)生提供與本課程密切相關(guān)的先修課程，如《金屬學(xué)與熱處理》、《鑄造工藝學(xué)》、《鑄造合金及熔煉》等，學(xué)生可以利用暑假學(xué)習(xí)相關(guān)知識，為本課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

再次，要求學(xué)生利用暑假走訪至少5個與鑄造相關(guān)的企業(yè)，在每個企業(yè)要深入生產(chǎn)一線進(jìn)行調(diào)研，時間不少于2天。開學(xué)后要上交一份不少于5000字的企業(yè)調(diào)研報告，調(diào)研報告在最終的課程考核中占有一定的分?jǐn)?shù)，這樣可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性。

最后，積極創(chuàng)造條件利用周末，帶領(lǐng)學(xué)生到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，了解企業(yè)鑄件生產(chǎn)的具體工藝，生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)何種質(zhì)量問題，以及應(yīng)采取何種解決措施，提高學(xué)生對鑄件生產(chǎn)的感性認(rèn)識。

2.豐富和更新教學(xué)內(nèi)容。《鑄件形成理論》是一門內(nèi)容豐富、理論和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，在講課過程中為了讓學(xué)生更容易理解和掌握知識點(diǎn)，需要列舉大量的典型事例來進(jìn)行分析和講解，但是以前所舉事例主要以鑄鐵為主。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對材料性能和使用環(huán)境的要求越來越高，許多新型合金，特別是鎂、鋁、鈦等輕合金[1-3]受到越來越多的重視，在授課過程中就可以增加這部分的比重，闡述最新的理論研究和實(shí)踐進(jìn)展，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生去思考相關(guān)問題。比如，在“鑄件結(jié)晶組織的控制”的具體措施中，孕育處理是一種有效措施，以前僅簡單舉例Al合金的常用生核劑為Ti、Zr、V等，現(xiàn)在可以詳細(xì)講述Al-Ti-B中間合金的細(xì)化機(jī)理，如包晶理論、碳化物-硼化物理論、復(fù)相生核理論、晶體分離與增殖理論、界面過渡區(qū)理論等[4]。

再如，在“動態(tài)晶粒細(xì)化”部分中，以前僅簡單舉例振動、攪拌、旋轉(zhuǎn)振蕩等方法可以細(xì)化晶粒，現(xiàn)在增加超聲波處理、交、直流磁場、脈沖磁場、連續(xù)電流、脈沖電流等對鎂合金、鋁合金組織和性能的影響[5]。這樣，既拓展了學(xué)生的知識面，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。

3.改變教學(xué)方法和手段。《鑄件形成理論》課程內(nèi)容豐富，學(xué)時又少，如果仍然采取滿堂灌、填鴨式教學(xué)，就會出現(xiàn)教師講課累、學(xué)生不愿學(xué)的局面，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果就會大打折扣，勢必采取有效的教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)質(zhì)量，比如引入動畫、視頻、計算機(jī)模擬、充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺等。

比如在講授“液態(tài)金屬的停止流動機(jī)理”中，可以先闡述具體機(jī)理，然后用動畫展示純金屬、共晶成分合金、結(jié)晶溫度范圍很窄的合金的停止流動機(jī)理示意圖以及結(jié)晶溫度范圍很寬的合金的停止流動機(jī)理示意圖，并向?qū)W生提出問題：哪些合金屬于共晶成分合金、結(jié)晶溫度范圍很窄的合金、結(jié)晶溫度范圍很寬的合金等，學(xué)生課后可以充分利用學(xué)校圖書館的資源，如超星數(shù)字圖書館、中國知網(wǎng)CNKI、萬方數(shù)據(jù)庫等資源，進(jìn)行檢索和總結(jié)，這一方面為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)金屬的凝固方式與鑄件質(zhì)量的關(guān)系奠定基礎(chǔ)，另一方面又提高了學(xué)生檢索文獻(xiàn)并對所收集的資料進(jìn)行總結(jié)和分析的能力。

鑄件在液態(tài)、凝固態(tài)和固態(tài)的冷卻過程中，不可避免地要發(fā)生體積減小的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為收縮。收縮是鑄件中許多缺陷如縮孔、縮松、熱裂、應(yīng)力、變形和冷裂等產(chǎn)生的基本原因。可以采用Procast等軟件，對鑄件的溫度場、應(yīng)力場、縮孔的位置等進(jìn)行模擬，避免鑄件缺陷的形成[6-8]。

我校設(shè)立了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺，教師可以通過這個平臺與學(xué)生進(jìn)行答疑討論、課程問卷、在線測試等進(jìn)行互動，有利補(bǔ)充了課時不足的狀況，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動性。

4.理論聯(lián)系科研實(shí)際，提高學(xué)生動手能力。通過文本、動畫、視頻、計算機(jī)模擬等多種形式向?qū)W生傳達(dá)課程信息，僅能增加學(xué)生對該課程的感性認(rèn)識，但缺乏對該課程直觀與深刻的理解與體會。筆者在講課過程中將自己的科研工作和體會靈活地穿插在課程內(nèi)容中進(jìn)行介紹，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

如在講授“鑄件的收縮”時，除了講解關(guān)于收縮的基礎(chǔ)理論和舉例外，學(xué)生可以利用周末時間到實(shí)驗(yàn)室親自做熔煉和澆注實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)不同合金成分（如鋁合金、鎂合金、鋅合金等）、不同澆注溫度、不同鑄型（如金屬型、砂型）等對合金收縮的影響，而且學(xué)生可以利用電火花線切割機(jī)床把鑄錠從中間分開，然后進(jìn)行磨制、拋光、浸蝕等操作，隨后在金相顯微鏡上既可觀察合金的收縮形貌，還可觀察鑄件宏觀結(jié)晶組織的構(gòu)成以及結(jié)合所學(xué)基本理論分析宏觀結(jié)晶組織的形成機(jī)理和影響因素。

再如，鎂合金是一種比較活潑的金屬，在熔煉和澆注過程中容易發(fā)生氧化和燃燒現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鎂合金的性能。在講授完“鑄件中的非金屬夾雜物”后，在筆者的指導(dǎo)下，學(xué)生親自體驗(yàn)了鎂合金的溶劑保護(hù)熔煉、SF6 /CO2氣體保護(hù)熔煉、有無精煉、澆注時有無過濾措施等對鎂合金組織、拉伸性能、沖擊性能的影響，以及夾雜物在鎂合金中數(shù)量、分布、形態(tài)等，并利用所學(xué)知識對所得結(jié)果進(jìn)行了比較合理的解釋。

經(jīng)過幾次實(shí)際體驗(yàn)，學(xué)生們都表示受益匪淺，自己所學(xué)的知識不再是空洞的理論，可以在實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)和運(yùn)用，大大提高了實(shí)踐動手能力。

5.改革課程考核方式。課程考核是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和教師評定學(xué)生成績、進(jìn)行教學(xué)評價、取得教學(xué)反饋信息的主要方法。為了充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性，摒棄常用的以期末考試作為學(xué)生最終成績的做法，降低期末考試在總成績中所占的比重（40%），強(qiáng)調(diào)教學(xué)過程考核，強(qiáng)化平時學(xué)習(xí)效果的考核，提高調(diào)研報告（10%）、課堂討論（20%）、階段小測驗(yàn)（10%）、實(shí)踐動手能力（20%）等在總成績中所占的比重。所以，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情一直較高，很好地實(shí)現(xiàn)了本課程教學(xué)大綱的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)，達(dá)到了培養(yǎng)高素質(zhì)優(yōu)秀人才的目的。

三、結(jié)束語

針對學(xué)生實(shí)際情況，采用前期預(yù)習(xí)、企業(yè)調(diào)研、豐富和更新教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)方法和手段、理論聯(lián)系科研實(shí)際，提高學(xué)生動手能力、改革課程考核方式等多種措施和手段，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性和主觀能動性，取得了良好的教學(xué)效果。

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