民航特色材料物理專業工程應用課程的教學

蒙柯江

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722040

摘要：中國民航大學特色材料物理專業的設置是為了培養具有較深厚物理學基礎、掌握材料科學基本理論和材料研究與測試方法的高等專門型人才，使該專業畢業生能夠在相關部門從事研發設計、功能測試、質量管理及生產活動。材料物理是材料學及物理學的交叉性學科，該專業下的工程應用課程具有非常強的學科綜合性和應用廣泛性，因此，本文就以工程應用中的重點章節為對象，進行教學案例分析，以期提升該項課程的教學質量。

關鍵詞：材料物理；工程應用；課程教學；案例分析

一、工程應用科目設置意義

材料物理專業是中國民航設置的相當具有特色的一個專業，該專業以社會需求為導向，理科和工科的綜合型專業背景使該專業畢業生更容易進入民航行業，從事材料的研發、產品的功能檢驗、材料生產流程管理、質量監督等專業性較強的領域，亦可進入研究所從事相關理論研究。學院在材料物理專業設置上，堅持兩個重點：其一，專業應該具有學校特色，即以滿足民用航空行業人才需求為目標，其課程設置要結合市場，讓學生學以致用，材料學專業和物理學專業課程的開設，保障該專業學生具備扎實深厚的雙專業理論基礎；其二，在本科階段中后期，增加了理科、工科間的交叉性課程、前沿性科學的設置，旨在培養理、工兼備且緊跟時代前沿的復合型高級人才。工程應用科目的設置就是為了在保持學院特色的基礎上，加強學生理論聯系實際的能力，讓學生將所學知識更好地與市場需求對接，為民航行業培養優秀的從業者。

二、工程應用科目的設置重點

材料物理專業下的工程應用課程是該專業的必修課程，也是理論同實踐相結合的經典課程，其中涉及諸多重點，包括高溫合金的精密鑄造、鋁合金、鈦合金、復合材料的成型等。本小節就以上述的材料鑄造和成型為例進行分析。

工程應用課程的重點之一，高溫合金的精密鑄造。高溫合金廣泛運用在航空領域，其中比較典型的應用主要體現在渦輪發動機中的構成零件，比如，渦輪空心葉片、機匣以及調節葉片中。在CFM56、PW4000、RB211等諸多發動機機型中，精密的高溫合金鑄件都是其中關鍵技術的核心，發動機的相關組件精密且復雜，對澆注和凝固過程所需的工藝要求相當苛刻，鑄件的微觀結構會影響到其工作時所表現出的性能，是講解的重點內容。

工程應用課程的重點之二，鋁合金的焊接成型。目前，綜合安全性能和經濟性能的考慮，鋁合金仍然是民用飛機機身結構的主要構成材料，飛機機身的結構強度是保障飛機安全飛行的因素之一，因此，鋁合金的焊接工作需要得到重視，鋁合金物理性質不適宜熔化焊接，只能通過摩擦焊進行焊接。所謂摩擦焊即利用摩擦，提高需要焊接部位的溫度，從而達到塑化的目的，焊接過程中的發熱量的控制以及材料熔化后流動形態的預估判斷都增加了這項工藝技術的難度。

工程應用課程的重點之三，鈦合金的塑性成型。發動機中的空心寬弦葉片就是利用鈦合金的超塑性成形技術生產完成，同傳統材料相比，利用超塑性完成的鈦合金葉片，有效提升了飛機抗外物撞擊的能力，減輕了葉片重量和葉片旋轉時產生的離心力，較少了能量的消耗，提高了工作效率。因此，在對鈦合金完成塑性的過程中，如何實施工藝的優化是重中之重。

三、工程應用中的案例教學

工程應用課程作為一門理論和實踐密切結合的課程，目前來看，工程應用課程在學時設置上用時相對不足，而且知識點分散且不夠深入。為了加強學生的深入學習，并且對本課程產生系統化認知，本課程主要采用案例教學方法，以期彌補課程編寫和設置上的不足。所謂案例教學法，就是以實際案例為對象，通過預測、分析和改進對案例進行深度剖析的過程中，夯實學生的基礎理論知識，并且通過多樣化案例的引入拓展學生的視野、增強學生識別問題解決問題的能力，在開放式的探討過程中還能加強學生的發散思維、合作能力以及溝通表達的能力，這種教學法的實施過程如下圖所示。以“熔模鑄造技術在渦輪空心葉片制造中的應用”為例，首先教師精

選出一個案例，引起學生的學習興趣，然后將案例中的相關知識點分成若干模塊，如熔模鑄造技術、空心葉片應用、熔模鑄造中陶瓷芯的制備等，分別進行系統講解，通過軟件模擬實驗加深學生對實驗過程的整體印象，最后通過對學生實驗過程及細節的提問，或是改變原有方案設定，讓學生根據所學內容進行相關改進等方法，得到相應的教學反饋。

案例教學方法的實施過程圖

四、總結

民航院校的特色材料物理專業所開設的工程應用課程，就是在保留有民航特色的基礎上，為了培養兼具有理、工交叉滲透科學背景、實踐操作性強且具有科技前沿視野的綜合型高級人才，因此工程應用課程在設計的時候就會加強對學生基礎理論的夯實、以案例實驗為主并且引入國際上新技術發展動態，以期實現復合型人才培養。

參考文獻：

[1]張磊先，杜靜，李文學.先進焊接技術在國內航空制造領域內的應用和發展概況[J].新技術新工藝，2012，（9）：6164.

[2]王麗麗，陳云翔，王政.再制造工程在某型軍用航空發動機上的應用[J].航空制造技術，2009，（6）：6971.

[3]樊振中，徐秀利，王玉靈，等.熔模精密鑄造技術在航空工業的應用及發展[J].特種鑄造及有色合金，2014，34（3）：285289.