《鑄件形成理論》課程教學改革探索與實踐

崔紅衛+馮銳+宮本奎

摘要：根據鑄件形成理論課程的特點，考慮到學生學習課程中與金屬直接相關較少的現狀，采取了一系列措施進行課程教學改革的探索與實踐。實踐證明，這些措施不僅取得了良好的教學效果，提高了學生學習本課程的積極性和能動性，而且提高了學生的實踐動手能力，達到了培養高素質優秀人才的目的。

關鍵詞：鑄件形成理論；教學改革；考核方式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：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與工程專業金屬材料方向一門重要的專業選修課。學習本課程的主要目的是使學生學習并掌握液態金屬成型過程的基本原理，重點掌握液態金屬的性質及充填鑄型的基本規律；闡述液態金屬結晶、鑄造組織形成及鑄件凝固的基本規律；闡述鑄件形成過程中，各種鑄造缺陷的形成機理，并針對鑄造缺陷的預防和鑄件質量的改善等方面提出有效的解決措施和途徑，最終能夠運用所學知識制定并控制鑄件的生產工藝。

我院材料科學與工程專業學生學習的課程中與金屬直接相關的并不多，其中《材料工程基礎》僅涉及鑄造的概念、鑄造方法等內容，《材料科學基礎》（以無機非金屬材料為主）主要涉及材料的結構、組織和性能之間的關系，《結晶學》主要涉及結晶學的基本知識。這樣一來，學生學習本課程勢必具有一定的難度，如果學生長時間不能深入理解和掌握學習的內容，久而久之就會失去學習本課程的興趣，況且本課程的學時為48學時（其中8學時為實驗學時），所以必須采取有效措施，提高學生學習本課程的積極性。為此，積極開展教學方法的改革，推行多媒體教學和課堂互動式教學，拓寬教學內容，改革考核方式，加強實踐培養，

提高學生的動手能力，注重學生素質和能力的培養，具有十分重要的現實意義。

二、改革措施

1.前期預習、企業調研。首先，要提前告訴學生本課程的教學大綱和參考教材（如大野篤美編著的《金屬的凝固：理論實踐及應用》），讓學生了解本課程的基本知識點，重點是什么，難點在哪里。

其次，學生要充分利用暑假時間，進行課前預習。要提前給學生提供與本課程密切相關的先修課程，如《金屬學與熱處理》、《鑄造工藝學》、《鑄造合金及熔煉》等，學生可以利用暑假學習相關知識，為本課程的學習打下良好的基礎。

再次，要求學生利用暑假走訪至少5個與鑄造相關的企業，在每個企業要深入生產一線進行調研，時間不少于2天。開學后要上交一份不少于5000字的企業調研報告，調研報告在最終的課程考核中占有一定的分數，這樣可以調動學生學習本課程的積極性。

最后，積極創造條件利用周末，帶領學生到相關企業進行調研，了解企業鑄件生產的具體工藝，生產過程中會出現何種質量問題，以及應采取何種解決措施，提高學生對鑄件生產的感性認識。

2.豐富和更新教學內容。《鑄件形成理論》是一門內容豐富、理論和實踐性都很強的課程，在講課過程中為了讓學生更容易理解和掌握知識點，需要列舉大量的典型事例來進行分析和講解，但是以前所舉事例主要以鑄鐵為主。隨著科學技術的快速發展，對材料性能和使用環境的要求越來越高，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踐進展，引導和啟發學生去思考相關問題。比如，在“鑄件結晶組織的控制”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，現在可以詳細講述Al-Ti-B中間合金的細化機理，如包晶理論、碳化物-硼化物理論、復相生核理論、晶體分離與增殖理論、界面過渡區理論等[4]。

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

3.改變教學方法和手段。《鑄件形成理論》課程內容豐富，學時又少，如果仍然采取滿堂灌、填鴨式教學，就會出現教師講課累、學生不愿學的局面，學生的學習效果就會大打折扣，勢必采取有效的教學方法和手段，提高教學質量，比如引入動畫、視頻、計算機模擬、充分利用網絡教學綜合平臺等。

比如在講授“液態金屬的停止流動機理”中，可以先闡述具體機理，然后用動畫展示純金屬、共晶成分合金、結晶溫度范圍很窄的合金的停止流動機理示意圖以及結晶溫度范圍很寬的合金的停止流動機理示意圖，并向學生提出問題：哪些合金屬于共晶成分合金、結晶溫度范圍很窄的合金、結晶溫度范圍很寬的合金等，學生課后可以充分利用學校圖書館的資源，如超星數字圖書館、中國知網CNKI、萬方數據庫等資源，進行檢索和總結，這一方面為學生后續學習金屬的凝固方式與鑄件質量的關系奠定基礎，另一方面又提高了學生檢索文獻并對所收集的資料進行總結和分析的能力。

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

我校設立了網絡教學綜合平臺，教師可以通過這個平臺與學生進行答疑討論、課程問卷、在線測試等進行互動，有利補充了課時不足的狀況，提高了學生學習的積極性和能動性。

4.理論聯系科研實際，提高學生動手能力。通過文本、動畫、視頻、計算機模擬等多種形式向學生傳達課程信息，僅能增加學生對該課程的感性認識，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容中進行介紹，提高了學生學習的興趣和積極性。

如在講授“鑄件的收縮”時，除了講解關于收縮的基礎理論和舉例外，學生可以利用周末時間到實驗室親自做熔煉和澆注實驗，體驗不同合金成分（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，而且學生可以利用電火花線切割機床把鑄錠從中間分開，然后進行磨制、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晶組織的構成以及結合所學基本理論分析宏觀結晶組織的形成機理和影響因素。

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生氧化和燃燒現象，嚴重影響鎂合金的性能。在講授完“鑄件中的非金屬夾雜物”后，在筆者的指導下，學生親自體驗了鎂合金的溶劑保護熔煉、SF6 /CO2氣體保護熔煉、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量、分布、形態等，并利用所學知識對所得結果進行了比較合理的解釋。

經過幾次實際體驗，學生們都表示受益匪淺，自己所學的知識不再是空洞的理論，可以在實踐中進行檢驗和運用，大大提高了實踐動手能力。

5.改革課程考核方式。課程考核是教學過程中的一個重要環節，是促進學生學習和教師評定學生成績、進行教學評價、取得教學反饋信息的主要方法。為了充分調動學生學習本課程的積極性，摒棄常用的以期末考試作為學生最終成績的做法，降低期末考試在總成績中所占的比重（40%），強調教學過程考核，強化平時學習效果的考核，提高調研報告（10%）、課堂討論（20%）、階段小測驗（10%）、實踐動手能力（20%）等在總成績中所占的比重。所以，學生學習本課程的熱情一直較高，很好地實現了本課程教學大綱的教學目標和教學任務，達到了培養高素質優秀人才的目的。

三、結束語

針對學生實際情況，采用前期預習、企業調研、豐富和更新教學內容、改變教學方法和手段、理論聯系科研實際，提高學生動手能力、改革課程考核方式等多種措施和手段，充分調動了學生學習本課程的積極性和主觀能動性，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

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