《金屬塑性成型工藝》課程教學改革探索

金曼　楊弋濤

摘要：在教育部“卓越工程師培養計劃”的支持下，對《金屬塑性成型工藝》課程的教學內容、教學方法和教學手段進行了一系列新的探索和改革，初步取得了良好的成效，今后將圍繞培養動手能力強的工程師型人才的基本目標，并根據新型材料及加工技術的發展優化和完善課程設置。

關鍵詞：教學改革；教學實踐；金屬塑性成型工藝

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0007-02

《金屬塑性成型工藝》是一門針對金屬材料工程專業高年級本科生開設的專業選修課，通過該課程的學習使學生了解鍛造及軋制加工的基本原理和工藝過程，掌握進行工藝設計、制定工藝規程、計算變形力及選擇加工設備的基本方法，并對金屬塑性成型工藝的機械設備和工藝過程有一定的了解和認識。長期以來教研室一直十分重視這門課程的開展，擔任該課程的主講教師均為經驗豐富的教授和副教授。該課程講授的內容主要包括軋制加工的基本原理和工藝；型材和板帶材軋制的工藝過程和工藝問題；鍛造成形的基本原理和工藝；自由鍛和模鍛工藝的基本分析方法和設計方法等內容。該課程有些基礎理論知識其中軋制基本原理主要包括咬入角的計算、軋制過程的前滑和后滑以及軋制壓力的計算等。在軋制工藝方面主要包括軋制的加熱規范以及材料的塑性性能等。由于型鋼的生產涉及的內容較多，所以根據課程設置對型鋼設備的布置及型材的生產流程進行了重點的講授。熱軋板帶鋼和冷軋板帶鋼在我國鋼板的生產中占很大的比重，因此這部分內容重點講授了板帶鋼的生產流程及生產特點。針對該課程涉及的內容較多，而課時相對較少的情況，在鍛造課程中重點講述自由鍛及模型鍛造所用設備和各自特點。該課程有些內容比較抽象，而且理論性和實踐性都很強，如果只是沿襲傳統單一的課堂教學模式，就會很難實現預期的培養目標。為了提高教學效果，讓學生們在課堂的學習中就能更好的將理論和實踐相結合，實現培養“卓越工程師”型人才的目標，教研室組織教師們積極開展教學方法的交流與討論，就如何組織好課堂教學與實踐環節，提高課堂教學質量，實現理論和實踐相結合這樣的最終目標進行了相關改革和探索。

一、教學內容的優化

《金屬塑性成型工藝》這門課程包括“軋制理論與工藝”和“鍛造工藝學與模具設計”兩大方面的內容，要在有限的學時內把大量軋制原理和鍛造工藝學以及相關領域前沿研究情況介紹給學生，需要教師很好的歸納教學內容，各部分內容之間要進行有效的銜接與交叉。在內容多、課時緊的情況下，重點優化教學內容，做到重點突出，與時俱進。在“軋制工藝理論”方面重點講述軋制過程的前滑和后滑以及軋制過程的寬展等內容，讓學生們對簡單軋制的基本理論進行重點掌握。教科書上編寫的順序中是先講述寬展的內容后講述前滑，而在實際的教學中，我們發現先介紹前滑及后滑的內容，對于理解寬展的變化及影響因素更有幫助，因此在實際教學中將軋制的前滑和后滑安排在寬展前面進行介紹。在軋制壓力計算方面大膽刪減掉以前教學過程中冗長的數學推導過程。以前的數學推導過程涉及到微分及模型設立等，不僅占據了課時，而且整個推導過程也比較長，教學效果并不理想。因此在教學過程中簡化了推導過程，直接從公式講解開始，由淺入深，介紹各個物理量的計算方法和影響因素，這樣做改變了學生學習起來難度太大、教學內容乏味的狀態。教師在講清推導的基本思路和所用到數學公式基本原理的前提下，結合實際軋制壓力的計算讓學生們更好的掌握了軋制壓力公式的物理意義和如何應用。在軋制工藝基礎內容里面適當減少了材料學基礎內容的介紹，如過燒及過熱和金屬材料的物理性能等方面的介紹，同時增加了部分自學的內容，一方面避免了與《材料科學基礎》及《金屬材料學》等課程重復的內容，另一方面節省了課時，促進學生獨立思考，鍛煉了他們分析問題、解決問題的能力。另外在講述熱軋與冷軋工藝內容時，我們根據當今鋼鐵材料板帶材發展和研究的主要方向，同時也結合學生將來就業的大方向，對教學內容進行了適當的調整，結合近年來教研室相關教師的科研成果對部分和本學科特色及同學就業相關性比較多的內容進行重點的介紹。為了讓學生更好的了解我國目前最大的鋼鐵生產企業寶鋼的板帶材生產工藝，我們還邀請了該企業知名技術專家做相應材料的生產及應用介紹，通過現場工程師結合實際生產的介紹，讓學生更多地了解企業的技術現狀和未來的技術需求，更加明確自己的努力方向，豐富了教學的信息量和多樣性，從多角度實現了“卓越工程師”的培養目標。

二、教學方法的改革

由于《金屬塑性成型工藝》內容多，包括軋制理論，也涵蓋軋制工藝和鍛造工藝，其中軋制理論方面所涉及的咬入條件及改善措施、摩擦條件對寬展和前滑的影響等內容，如果只是憑借課堂單一講授的方式，學生對抽象的內容只是機械的記憶，而不能很好的領悟其中的規律和道理。因此，為了增加學生們對這部分內容的認識和理解，我們在課程中安排了相關的實驗課程，通過具體實驗參數的設計和簡單的兩輥軋機的軋制實驗，讓學生親自動手參與實驗過程，針對不同的摩擦力進行咬入情況的實驗；也設計了很多影響前滑及后滑和寬展的實驗，比如軋制道次、軋件厚度及如何利用實驗方法計算前滑值的實驗。學生在分析和討論實驗結果的過程中可以將課堂學習到的理論知識進行有機的結合，從而加深了對軋制原理的理解，也有利于更好的學習軋制工藝課程。除了《金屬塑性成型工藝》本身安排的實驗課，金屬材料工程材料教研室也開設了其他相關的實驗課程，比如《金屬材料工程實驗三》當中就有一些實驗內容是配合這門課程展開的。比如，“鍛造計算機模擬”就是利用Deform有限元模擬軟件讓學生聯系如何模擬金屬材料的自由鍛過程，這部分內容正好鞏固了鍛造工藝部分的原理，通過模擬結果，學生可以更深刻的理解到自由鍛不均勻變形的現象。另外，鍛造設備的發展非常的迅速，針對自由鍛造和模型鍛造用到的平鍛機、曲柄壓力機及螺旋壓力機等設備，利用動畫演示的方式進行講解，使深奧的機械原理轉化為動畫演示的形式，學生對這些復雜設備的工作原理有了深入的了解和視覺感應，達到了很好的教學效果。比如多媒體動畫中對平鍛機兩個分模面的介紹非常的形象，相比以往利用粉筆在黑板上畫分模面不僅節約時間還更直觀。這門課程主要是針對大三學生開設的專業選修課，很多同學都沒有到相關工廠實習的經驗，因此對于軋制和鍛造工藝方面的感性認識和理性認識都比較陌生，如果單純的靠教師在課堂上講，而和工程實踐聯系不大，學生一方面會覺得課程比較枯燥，另一方面覺得和自己相關性不多，教學的效果不會十分的理想。為此，我們在課程進行中聘請了具有豐富現場經驗的技術專家為本科生授課，比如，在這個學期的教學中我們聘請了寶鋼冷軋車間的宋建新高級工程師。宋工曾任寶鋼股份冷軋場二廠廠長助理兼五冷軋項目組副理，他結合自身經歷，講解寶鋼煉鐵—煉鋼—連鑄—軋制工藝流程，重點對寶鋼冷軋車間的酸洗工藝、軋制工藝、冷連軋工藝進行具體介紹，對冷軋機類型及各軋機的工藝特點進行詳細分析，對如何控制板形（包括傾斜支撐輥、利用彎輥、及中間輥的竄動）結合現場經驗進行重點介紹。宋工的講解通俗易懂、內涵豐富，更加深了學生們對于軋制工藝的深層理解。實踐證明這些新的模式建立了良好的理論聯系實際的教學氛圍，達到了預期的教學效果。

三、教學手段的豐富

《金屬塑性成型工藝》課程中涉及到軋制及鍛造的多種方法及成型設備，如軋制、鍛造以及與之配套的復雜軋機設備及鍛造的變形工具，這些設備單靠口頭的講授是非常抽象的，工作的原理也不容易介紹明白；如果在黑板上繪制簡單的示意圖，學生會感覺到比較枯燥又耽誤有限的教學時間。因此，我們在課堂教學過程中充分收集和利用了多媒體教學手段，多渠道的搜集相關設備圖片、視頻及動畫插圖等，使學生在觀賞影片或者動畫過程中掌握所學的知識，更輕松的理解各個機械設備的工作原理。比如在介紹自由鍛造和模型鍛造以及胎模鍛造這部分內容時，主要是先介紹了各種鍛造形式的概念，然后針對每一種鍛造形式為學生們播放了相關的視頻和錄像。學生們經過對比，對不同鍛造形式之間的區別有了更加深刻的認識，而且對自由鍛中的拔長、鐓粗等概念進行了提前的接觸，為更好的學習自由鍛造的相關工藝做好了良好的鋪墊。另外，多媒體教學手段的應用也大大提高了教學的效率和進度，學生在有限的課堂教學中不再局限于忙于記筆記，有了更多的時間接觸更多的教學內容。課后針對多媒體教學內容也可以查閱相關的網絡資料，擴展一定的課外知識，對于提高自身的實踐性和知識性起到很大的幫助作用。

《金屬塑性成型工藝》是理論與工藝密切聯系的課程，實踐證明，目前的教學內容和教學模式已經取得一定的成效，教研室授課教師今后會根據新型材料及加工技術的快速發展，不斷的優化教學內容，改革教學方法，豐富教學手段，努力培養出更多的卓越型復合材料人才。