《機械基礎實驗（一）》課程教學方法改革與創新研究

劉小琨　孫長青　郭維城

摘 要：本文對機械設計制造及其自動化專業必修課程《機械基礎實驗（一）》的教學方法進行了改革創新嘗試，將工程力學與金屬工程材料的實驗教學內容緊密聯系在一起，開設了金屬材料力學性能指標測定綜合實驗，加深學生對金屬材料基本屬性的理解，提高對力學性能的感性認識，增加學生的工程實踐經驗，著重培養學生的實際動手能力及綜合運用所學知識分析和解決一些簡單工程問題的能力。

關鍵詞：創新；力學性能；工程實踐經驗；綜合實驗

《機械基礎實驗（一）》是一門將金屬工程材料和工程力學等專業基礎課的課內實驗提出，集中在一起進行教學的實驗課程，共24學時，計1學分。這門課程的教學方法過于傳統和單一，沒有把學科與學科之間的知識體系緊密聯系在一起。學生普遍重視理論而忽視實驗，造成學生對金屬材料力學性能的理解不夠深刻，動手實踐能力較弱。基于此，本文提出對《機械基礎實驗（一）》課程的教學方法進行改革與創新研究。該研究的特點是改變了傳統的每個實驗單獨教學的教學模式，提高了實驗教學質量與意義，注重培養學生綜合運用所學知識解決工程問題的能力。

一、《機械基礎實驗（一）》教學方法改革與創新內容

本次改革的創新點是將工程力學與金屬工程材料這兩門學科的知識體系融為一體，開創了《金屬材料常用力學性能指標測定分析綜合實驗》，該實驗完成了對常用金屬材料在不同熱處理方式下的四大重要力學性能指標的測定及分析工作，全面的反應了金屬材料的力學性能屬性。改革的具體內容如下：

（一）試樣制備。在材料的選擇上，塑性材料選用工程中典型的碳素結構鋼和碳素工具鋼作為研究對象。碳鋼的牌號為：Q235鋼、45號鋼、T8鋼和T10鋼。脆性材料選用共晶白口鑄鐵為研究對象。試樣形狀分為兩種，一種是橫截面為圓形的標準拉伸試樣，另一種是橫截面為正方形的夏比沖擊試樣。實驗時，以班級為單位，每個班級分發一組試樣，試樣的具體數量為：

拉伸試樣：Q235鋼×4；45號鋼×4；T8鋼×4；T10鋼×4；鑄鐵×1。

沖擊試樣：Q235鋼×4；45號鋼×4；T8鋼×4；T10鋼×4；鑄鐵×1。

為便于熱處理后區分試樣，實驗前需用鋼銃在每個試樣上敲出對應的鋼號，第一位數字代表碳鋼牌號，第二位數字代表熱處理狀態。如，試樣編號11代表Q235鋼進行退火處理。

（二）制定熱處理工藝方案。熱處理工藝方案制定中有三個重要工藝參數分別是：加熱溫度、保溫時間和冷卻方式。其中試樣淬火、退火加熱溫度需根據其含碳量并結合鐵碳合金相圖進行確定。淬火試樣的加熱與保溫總時間需根據試樣的含碳量及外形尺寸確定。回火試樣采用高溫回火，溫度為，保溫時間為40分鐘。冷卻方式，本次綜合實驗均采用入水快冷的冷卻方式。退火試樣與淬火、回火試樣一同進行加熱與保溫，當到達保溫時間后，將淬火與回火試樣迅速從爐中取出，然后將電阻爐斷電，讓退火試樣隨爐緩冷至室溫。由于原始試樣即為正火狀態試樣，故不必考慮其熱處理工藝參數。

（三）力學性能指標測定。實驗中用拉伸試樣測定材料的強度和塑性指標，用沖擊式樣測定材料的硬度和韌性指標。首先需測定不同材料在正火狀態下的強度、布氏硬度、洛氏硬度、塑性及韌性。然后將試樣進行退火、淬火及回火處理，再測定其對應的力學性能。其中，在測定拉伸試樣力學性能時應注意兩點問題，一是要選擇上下夾持兩端同心度較好的試驗機完成拉伸實驗，二是在測定塑性指標斷后伸長率時，要采用國家標準中規定的移位法進行測量和計算，以確保實驗數據更為精準。

（四）繪制材料力學性能指標變化趨勢圖。實驗結束以后，結合實驗數據，需繪制出同一材料在不同熱處理狀態下力學性能指標變化圖，和不同含碳量的碳鋼在不同熱處理狀態下力學性能指標變化圖。以不同含碳量的碳鋼在退火狀態下為例，其力學性能指標變化圖如圖1所示。

通過所繪制的曲線圖，學生可以深刻的理解金屬材料隨含碳量及熱處理方式的不同其力學性能的變化情況。

二、總結

本次教學改革與創新研究取得了較大的成效，體現為兩個方面：

第一，使理論與實踐教學有機結合，學生通過實驗可以清楚的感受到塑性材料與脆性材料力學性能的特點及碳素鋼隨含碳量、熱處理方式的不同其力學性能的差異，對金屬材料力學屬性產生很好的感性認識，培養了學生能夠合理選擇金屬材料解決工程實際問題的能力。

第二，使師生之間交流得到加強，全體學生通過互相溝通、交流、討論、配合，共同參與完成實驗，加強了學生的凝聚力和團隊合作意識，使學生的動手能力、對任務綜合的分析能力、和團隊合作能力得到充分鍛煉。

參考文獻：

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[2]王建祥，蘇枋，葛倚汀.工程力學實驗教學的改革與探索[J].實驗技術與管理，2010（1）.