材料成型專業“鑄型材料基礎”課程教學改革與實踐

李保家　王雷剛　徐桂芳

摘要：高校課程教學改革直接關系著人才培養的質量。本文以材料成型專業“鑄型材料基礎”課程教學為例，在分析課程教學特點、目標及存在問題的基礎上，系統總結了近幾年來多方面開展教學研究和教學實踐的成果，如對教學內容進行合理優化，運用啟發式、探究式、對比式和習題討論式等多種有效教學方法，從成績構成和考試題型方面進行考核方式的調整。實踐表明，這些改革可充分激發學生學習的興趣，有效降低學生學習的難度，鍛煉學生的綜合能力和素質，從而在一定程度上提高教學質量。

關鍵詞：鑄型材料基礎；教學研究；教學實踐；有效教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-1580（2017）02-0114-05

“鑄型材料基礎”是我校材料科學與工程學院和京江學院為材料成型及控制工程專業四年級本科生開設的一門專業選修課程。眾所周知，鑄造是材料成型的主要方法之一，是機械行業最基礎的產業，而鑄型材料又是鑄造工藝中最基礎的內容。因此，對材料成型專業的學生來說，努力學好“鑄型材料基礎”課程、增加相關知識儲備顯得尤為重要。近幾年來，在“鑄型材料基礎”課程的教學過程中，筆者以學生為主體，以多媒體教學為手段，配合本科教學改革工作，進行了一系列教學理念和方法的探索和實踐。本文將系統總結該課程在教學內容、教學方法和考核方式等方面的研究和實踐，從而達到及時吸取教學經驗、鞏固教學成效的目的，為傳統教學模式的改革和有效教學方法的引進奠定一定的基礎。

一、課程教學特點、目標及存在的問題

對“鑄型材料基礎”課程的講授和學習應特別注意理論聯系實際。為此，在實際教學安排中除了課堂授課外，還設置了專門的實驗教學環節。教材采用李遠才編寫的《鑄型材料基礎》一書。通過對本課程的學習，要使學生了解鑄型材料的類別、特點和發展趨勢，熟悉鑄造用硅砂的基本性質和性能、技術指標以及預處理方法，掌握典型黏土黏結劑砂、無機化學黏結劑砂和有機化學黏結劑砂的原材料及其配方、性能、制備工藝以及常見鑄造缺陷的產生機理和防止措施。

值得注意的是，該課程的內容涉及到硅酸鹽學、礦物學、陶瓷學、無機化學、高分子材料、有機合成、精細化工和鑄造工藝等諸多學科，遠遠超出了單純鑄造專業的知識范圍，是多學科結合的產物，理論性和實踐性較強，需要學習者具有較寬的知識面和扎實的理論基礎。其次，課程主要內容是以造型和制芯工藝的不同為依據進行分類介紹，如黏土黏結劑砂分為濕型砂、干型砂和表干型砂，有機化學黏結劑砂分為熱硬砂（包括覆膜砂、熱芯盒法砂和冷芯盒法砂）、自硬砂和氣硬砂，不同類型的工藝中鑄型材料的選用、配方等也完全不同，知識點分散，難以把握重點。此外，教學內容的安排上偏重于理論知識的講解，較少有具體實例，而實驗教學環節則主要針對個別的造型工藝進行實際操作和觀察，使學生的整體感性認識較為缺乏，對理論知識的理解和掌握也有較大難度。以上這些可能是造成學生對本課程學習興趣不強、學習效果差的根本原因。近5年來，對江蘇大學京江學院材料成型專業的145名學生進行了“鑄型材料基礎”課程學習難度和興趣的調查，結果顯示，認為課程學習困難的學生占55.17%，對課程學習不感興趣的學生比例高達75.86%，如圖1所示。

因此，為了充分調動學生對本課程學習的興趣，有效降低學生學習的難度，幫助學生鞏固和加強對本課程理論知識的認識和理解，對現有教學內容和模式的改革刻不容緩。在近幾年來本課程的教學中，筆者針對上述問題，就教學內容優化、教學手段改進、考核方式調整等方面一直在進行一些有益的教學研究和教學實踐，取得了初步的效果。

二、課程教學內容優化

要充分調動學生學習的興趣和積極性，使他們由被動學習、被動接受轉變為主動學習、主動思考，首先必須要有實用性和趣味性強、特色鮮明、重點突出的教學內容。“鑄型材料基礎”課程具有理論與實踐緊密結合的特點，如果和其他基礎理論課程一樣只注重對教材中理論知識內容照本宣科式的講授，而忽視結合實際問題或實例進行深入的探討和剖析，就難以獲得理想的教學效果，學生對知識的運用能力和實踐能力也難以得到充分的鍛煉。另一方面，單純就課程的核心教學內容來說，其涉及面非常廣泛，知識點較為分散，鑄型材料的類型及規格很多，且應用于多種不同的造型和制芯工藝，工藝條件不同，對鑄型材料成分、配比和性能的要求也大不相同，如果簡單地按照教材提綱講解，不僅會很枯燥，而且很難抓住重點。為此，經過幾年的教學研究和實踐，以教材內容為基礎，結合專業培養需要和課程特色，對本課程的教學內容進行了系統梳理和優化。總的來說，主要包括以下幾個方面：

（一）突出重點內容，提高效率

由于課程內容很多，而課時又很有限，因此教學時應當將每一章節中基礎性的內容和學生難于理解的部分作為重點講解，以便提高講授和學習的效率。例如，第一章緒論中將“砂芯的分級”、“砂芯黏結劑的分類與選用”作為重點，第二章型（芯）砂用骨干耐火材料中確定“鑄造用硅砂的性能”和“原砂的預處理”為重點內容。講解時的側重更容易集中學生的注意力，使學生獲得深刻印象，能很快抓住學習的重心，達到事半功倍的效果。

（二）強調理論基礎，促進理解

課程中理論基礎部分往往是學生難于理解的內容，也是與相應造型工藝和質量控制直接相關的內容，不能弱化，而應當作為難點深入講解。例如，第三章黏土黏結劑型（芯）砂中“黏土的結晶特征”作為理論基礎部分，涉及到晶體結構理論，而且直接決定著普通黏土和膨潤土不同的黏結機理、性能和應用場合，因此在教學中根據晶層結構和鍵合方式等進行化學式的推導和結構特點的剖析，幫助學生明確普通黏土和膨潤土的結構和性能之間的區別和聯系，使他們更加容易理解和融會貫通。

（三）適當增補內容，拓展思維

鑒于教材中有些重要內容遺漏或闡述不夠透徹，導致教學內容組織上出現不連貫性，教學時思維容易受到局限，因此適當地增加補充了一些內容。例如，教材第四章無機化學黏結劑型（芯）砂中對鈉水玻璃砂的硬化機理僅略有提及，學生難以抓住其本質，因此在教學內容上補充了“鈉水玻璃中的平衡反應”，從化學反應和基團形成的角度進行講解；第五章熱硬樹脂黏結劑型（芯）砂中對熱塑性酚醛樹脂黏結劑的性能一筆帶過，學生對如何評價其性能感到很迷茫，因此在教學內容上增加了“酚醛樹脂的主要宏觀性能”，從定義、要求和測定方法方面向學生介紹酚醛樹脂的聚合速度、軟化點和流動性等性能評價指標。

（四）做好階段總結，幫助記憶

由于每一章節包含的教學內容很多，課堂信息量大，容易導致學生一邊學一邊忘，因此采用階段性總結的方法，幫助學生重復性記憶所學過的知識內容。具體來說，在多媒體課件上按照每一小節講課的內容列出總結清單，每一階段講課結束時空出5分鐘對清單進行總結說明，強調其中的重點和難點；下一階段講課開始時再用5分鐘對前一階段的講課內容進行回顧，結合對重難點部分提問的方式來加強學生的記憶。

三、課堂教學方法改進

多媒體教學已成為一種常規的現代化教學手段，具有直觀性、交互性、可重復性、針對性等特點。實踐表明，通過多媒體課件授課既可以調動學生的學習興趣，也能夠提高課堂教學效率。自2008年以來，筆者根據教材和教學內容自行制作了“鑄型材料基礎”課程的多媒體課件，其后又經過了多次的修改、調整、補充和完善，力求使其外觀精美，并具有較強的系統性、實用性、趣味性和針對性。在課堂教學上，充分發揮多媒體課件的優勢，激發學生的學習熱情，調動學生學習的主觀能動性。例如，在進行第一章緒論的學習時，并沒有直接按教材內容講解砂型和砂芯的制造方法，而是先通過圖片展示鑄造生產車間的實際操作過程，幫助學生增強感性認識，也擺脫了單純文字描述枯燥無味的感覺，極大地激發了學生的學習興趣。以多媒體課件為道具，還必須采用合理的教學方法，才能獲得最佳的教學效果。這就需要在課前認真組織教案、規劃授課方式。傳統的講授式教學方法雖然被普遍采用，但其“灌輸”性容易使學生產生依賴心理，形成被動學習的習慣，因此還應適當配合一些其他的有效教學方法。近幾年來筆者在有效教學方法的運用方面也進行過一些探索和實踐，積累了一定的經驗。

（一）啟發式教學法

啟發式教學是指根據教學目標和學習的客觀規律，從學生的實際出發，采用多種方式，以啟發學生的思維為核心，引導他們自覺地、積極地學習和思考的一種教學方法。它強調以“教師為主導，學生為主體”，由授課教師提出問題開始，這些問題以學生已有的經驗或知識為基礎，引發學生生疑和思考，最后教師根據學生的回答進行點撥講解，以解除學生的疑惑。“鑄型材料基礎”課程內容雖然專業性強，但也是以物理、化學等理論為基礎的，因此在課堂教學中需要教師為學生創設基于理論的啟示性問題，引導學生運用所學知識和經驗來分析問題，獲得新知。例如，在第一章緒論中講解“型砂的結構”時，引導學生結合物理學中毛細現象思考型砂具有的毛細管，多孔隙特色有何好處和不足，結合潤濕理論考慮如何彌補其不足，并配合彩色示意圖實時給予點撥；在第六章自硬冷芯盒樹脂型（芯）砂中講解“自硬呋喃樹脂用催化劑”時，引導學生根據催化劑酸性的強弱判斷其催化效果，根據催化劑與水親和力的大小分析其適用范圍。由于有已學知識或經驗作為基礎，因此在好奇心和求知欲的驅使下，學生學習和思考的積極性很容易被調動起來，思維能力也能得到充分的鍛煉。

（二）探究式教學法

探究式教學也是始于問題，是指以學生獨立自主學習或合作討論為前提，圍繞教學內容，在教師的啟示誘導下，使學生能充分自由地表達、質疑、探究和討論問題，從而將所學知識用于解決實際問題的一種教學方法。它同樣重視學生的主體地位，強調親身體驗和合作探究，鼓勵學生發散思維、大膽懷疑，從而找到解決問題的方法。探究式教學中的關鍵是如何設置問題情境，幫助學生主動投入教學活動，為學生進行自主探究學習做好準備。在本課程第三章黏土黏結劑型（芯）砂中介紹“黏土屬型的鑒別方法”時，先列舉生活中不同材料吸水性不同的實例，學生會很自然地提出“能否通過觀察普通黏土和膨潤土與水混合后的黏度差別來鑒別它們？”由此就引導他們進入了自學探究環節。在第四章無機化學黏結劑型（芯）砂中介紹“鈉水玻璃膠凝時間的測定”時，先以化學中溶液配制為例說明加料順序的重要性，引導學生自主思考“配制鈉水玻璃與酸液的混合液時應當如何考慮加料順序？”學生在進入自覺學習和探究的同時進一步加深了對前面學習的“鈉水玻璃中的平衡反應”等理論知識的理解。適時采用這種探究式教學方法，可以很好地實現“以傳授知識為主”向“以培養能力為主”的轉變，使學生的自主學習能力、科學探究能力和創新能力均得到培養。

（三）對比式教學法

對比式教學是指潛移默化地引導學生將相近或相似的教學內容進行歸納和比較，使學生更好地理解和掌握各內容的共性和個性的一種教學方法。具體而言，它是將一些既有聯系又有區別的教學內容放在一起進行對比分析，明確其中的相同和不同之處，使學生能將各部分內容關聯起來，舉一反三，達到自行理解和掌握所學知識的目的。對比式教學要求授課教師在知識的廣度和深度上下功夫，以全面掌控課程的教學內容為前提來實現。筆者在教學內容優化和教學經驗積累的基礎上，將“鑄型材料基礎”課程中具有相似性和對比性的內容整理出來，在課堂教學時通過比較，加深學生對所學內容的印象，幫助他們抓住本質和重點，降低學生學習難度的同時還調動了學生學習的自覺性和主動性。例如，“緊實率”和“緊實度”都是黏土濕型砂的性能指標，字面上學生很容易混淆，但其含義和測定方法上有極大的不同，可以通過對比的方式來介紹；有機黏結劑中“熱塑性酚醛樹脂”和“熱固性酚醛樹脂”都是由甲醛和苯酚合成的，但其特性和應用場合完全不同，可以從合成條件和固化條件的區別上進行對比講解；“胺自硬酚脲烷樹脂砂工藝”和“酚脲烷/胺法工藝”采用相同的原材料，同屬于冷芯盒法，硬化反應機理相似，但前者為自硬法，采用液態催化劑，而后者為氣硬法，采用氣霧態催化劑，因此在具體工藝方面又有較大的差別，可據此進行系統性的比較。總的來說，這種對比式教學法有效增強了學生學習的興趣，幫助他們擺脫了面對新知識時的陌生感，提高了學習效率，使他們能在輕松的氛圍中更牢固地掌握這些專業知識。

（四）習題討論式教學法

習題討論式教學與通常的主題討論式教學有所區別，它是由教師將教學內容中各章節的重要知識點（包括基礎理論、疑難問題等）精心設計成練習題，指導學生在獨立思考的基礎上，參與課堂討論和解答，從而鞏固所學知識的一種教學方法。習題討論式教學具有系統性和針對性，在加深學生對所學知識內容理解和掌握的同時，能夠真正提高他們分析問題和解決問題的能力。通過幾年的教學實踐，筆者在2013年根據“鑄型材料基礎”課程中各章節的教學內容精心設計了一套題庫，包括了200余道不同類型的習題，涵蓋了各個章節的重要知識點。在習題討論時，根據課堂掌握情況和學生作業反饋，明確學生錯誤的共性問題后，從題庫中精選部分針對性和關聯性強的習題，供學生討論和解答。例如，在講解原砂顆粒組成的符號表示和平均細度計算時，學生普遍感覺文字表述枯燥且抽象，理解起來困難，在習題討論時通過給出不同符號表示和平均細度計算的實例，將其趣味化和具體化，學生學習的自覺性和積極性大大提高，通過參與解答和討論，既糾正了他們以前理解上的偏差，促進了他們對知識的理解、應用和擴展，還使他們的自學能力和獨立思考能力得到了實際的鍛煉。

四、課程考核方式調整

課程考核應當避免應試教育的傾向，不能偏離“以素質教育為核心”的目標。為了達到良好的教學效果，努力實現學生知識、能力、素質的協調發展，順應當前社會對人才素質的高要求，對課程考核方式的改革也不容忽視。在近幾年的教學實踐中，筆者對考核成績構成、期末考試題型等方面進行了一些調整?？己顺煽儤嫵煞矫?，除了平時考核（包括上課出勤率、課后作業）和期末考試外，還增加了實驗考核，突出了對學生知識運用能力和動手能力培養的重視，也符合本課程“理論與實踐相結合”的特點。期末考試題型方面，2013年以來以教案的完善和教學方法的改進（尤其是習題討論課的增設）為依據，在原來只有簡答題和分析論述題的基礎上，增加了填空題、判斷題和名詞解釋題三類題型，使考核的知識點覆蓋面更廣、分布更科學合理，更容易貫穿于整個教學過程中，學生也更樂于接受這樣的題型。

近幾年的教學實踐證實，教學內容上的優化、教學方法上的改進以及考核方式上的調整確實帶來了很好的教學效果。圖2為對江蘇大學京江學院材料成型專業的學生近5年來“鑄型材料基礎”課程考核成績分布情況進行統計得到的結果?？梢钥吹?，2011-2015年考核成績為良好和優秀的學生所占比例之和分別為31.82%、46.43%、50%、74.19%、58.83%，表明教學內容和教學模式的改革促進了學生學習的積極性，也一定程度上提高了教學質量。

五、結語

“授人以魚不如授人以漁。”高校教育的目的是要把大學生培養成為全面發展的具有綜合素質的創新型人才，而高校課堂教學質量直接影響著人才培養的質量。高校的每一位任課教師都應當在教學實踐中通過各種途徑激發學生的學習興趣，優化課程教學內容，改革課堂教學方法和課程考核方式，從而真正培養學生的綜合能力和素質。從這個意義上來說，“鑄型材料基礎”課程的教學改革也將是一個長期的過程，需要針對學生和課程的特點，不斷研究和實踐，及時總結經驗教訓，探索更科學有效的教學模式，提高教學質量，使學生在掌握專業知識的同時，自學能力、思維能力、實踐能力和創新能力也能得到充分的鍛煉。

[責任編輯：王辰]