基于項目式教學的《機械T程材料及其成形技術》實驗教學改革與實踐

張晴晴 許雪艷 代光輝

摘 ?要：針對現行《機械工程材料及其成形技術》實驗教學中工程實踐性體現不足的問題，提出了基于項目式教學的實驗課程改革方案，并從教學目標、教學方法、教學內容、教學實施方式和考核方式五個方面進行了說明。從項目的選取與設計，項目任務書和指導書的制定，以及項目具體實施過程三個方面詳細介紹了項目式教學的實施方式。從教學效果來看，提高了學生在實驗教學中的參與程度和獨立解決工程實際問題的實踐能力。

關鍵詞：機械工程材料及其成形技術;實驗教學改革;成形工藝設計;項目式教學

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）18-0139-04

Abstract： The experimental plan of teaching reform of "Mechanical Engineering Materials and Forming Technology" based on project-based teaching aiming at the problem of insufficient practical practice in the experimental teaching of the current is proposed and explained from the five aspects of the teaching objectives， teaching methods， teaching content， teaching implementation and assessment methods. And the implementation of the project-based teaching is introduced in detail from three aspects： project selection and design， project task book and guidebook development， and project implementation process. From the aspect of teaching effects， the students' participation in experimental teaching and the ability to independently solve practical problems in engineering are improved.

Keywords： Mechanical Engineering Materials and Forming Technology; experimental teaching reform; forming process design; project-based teaching

隨著教育部提出將600多所高校逐步向應用技術型大學轉變、以及建設應用型本科院校的規劃，很多高校都在積極探索適用于自身辦學特點、更加注重應用教學的教學模式。所謂應用型本科教學重在“應用”二字，即通過更新教學內容、教學環節、教學方法和教學手段，提高教學水平，注重培養學生實踐能力[1]。從教學體系建設體現“應用”二字，其核心環節是實踐教學，而對于實踐性較強的工科相關課程，實驗環節尤為重要。

《機械工程材料及其成形技術》是某應用型本科院校（以下簡稱：C校）機械類專業的主干課程，該課程是《機械工程材料》和《材料成形技術》兩方面內容的綜合。通過該課程的學習，要求學生掌握工業產品從原材料的選擇、毛坯件的獲取、零件的切削加工及熱處理和機器的裝配這一生產過程中所涉及到的所有的知識與技能，并將其運用到工程實踐中，課程性質兼具很強的學科理論性和應用實踐性[2]。從工程實踐方面來看，該課程所涉及的內容是生產制造的核心環節，因此其關乎到機械設計制造專業技能的培養，也會影響到后續本專業的學習和實踐[3]。

綜上所述，為更充分地發揮實驗教學的實用性和實踐性，本文基于項目式教學，從教學目標、教學方法、教學內容、教學實施方式和考核方式五個方面進行改革，并從項目的選取與設計，項目任務書和指導書的制定，以及項目具體實施過程三個方面詳細介紹了項目式教學的實施方式，建立以解決實際問題為目標的系統性的教學體系。

一、項目式教學改革方案

本文立足于項目式教學，旨在將零散的教學內容提煉、綜合、設計成具體的工程項目，制定以學生實踐操作為主體的任務書、指導書以及考核評價方案，具體改革是從教學目標、教學方法、教學內容、教學實施方式和考核方式五個方面進行。

（一）實驗教學目標改革

當下《機械工程材料及其成形技術》的實驗教學目標較為注重對于機械工程材料的認知能力的培養，注重對于相關材料的內部組織結構及其工作特性，以及對材料的力學性能測定方法的掌握。但是上述實驗教學內容的實用性不高，操作性較弱，在培養學生的創新思維和提高學生獨立解決工程實際問題方面明顯不足。本文從緊密聯系理論教學出發，著力于提高實驗教學的實用性和實踐性，對課程的實驗教學目標作了如下改革。

1. 拓寬知識目標

保留傳統的對于常用機械工程材料的內部組織結構及其工作特性的掌握、以及材料力學性能測定方法的掌握等教學目標，增加對鑄造、鍛壓和焊接三大基本成形工藝的特點和應用的掌握相關的實驗教學目標，使實驗內容既可涵蓋理論課程教學重點內容，又可通過成形工藝更好地聯系實際生產。

2. 提高技能目標

提高學生從自主分析任務，整理歸納資料，探索試驗方案，預演工藝過程，仿真和試驗修正參數設置，到最后的總結任務完成經驗的參與度，使學生熟悉工程設計與制造的實施過程，了解實際應用的操作流程，初步具有運用工程材料與成形工藝解決實際問題的能力。

（二）實驗教學方法改革

根據改革后的實驗教學目標以及企業對專業人才的需求方向，摒棄傳統的教師演示、學生重復的單一的實驗教學方法，采用應用型本科培養中廣為推崇的項目式教學方法，將實驗項目設置為與工程實踐或學生的預期職業能力具有較高關聯度的項目式任務，通過預定的設計任務和設計要求，讓學生通過獨立思考、查閱相關資料以及小組討論的形式完成設計任務。在完成實驗項目的過程中，學生將要獨立完成一般工業產品的生產主線中的所有內容，需要學生獨立掌握并合理運用零件的選材、熱處理工藝的選擇及工藝路線的制定、成形工藝的選擇和工藝規程的設計，以及材料性能的測試方法等知識。

（三）教學內容改革

項目式教學實施的關鍵在于實驗項目建設，本文引入實際工程案例作為實驗項目，將分散的理論知識點和驗證實驗點串聯起來，對于實驗項目的選取是以完整的工程實例為基礎，制作綜合設計實驗項目庫。而對于原有實驗項目中單獨設置的測試儀器測試方法的實驗教學內容并入綜合設計實驗項目中，不再獨立開設相關項目，讓學生的實踐過程中學習使用相關測量儀器，并將簡單的實驗方法融入到綜合實驗中。

（四）實驗教學實施改革

C校傳統的實驗項目課時為2個課時，學生在2個課時內集中完成一個實驗項目，但對于項目式的綜合設計實驗而言，學生在拿到設計任務書后，需要查閱相關文獻資料，學習專業理論知識，制定設計方案，完成設計工作，測試設計結果，以及撰寫設計報告，整個實驗項目周期需要較長的時間，很難集中在實驗課堂中完成。因此，本文在實驗教學管理中實行集中教學與開放式教學相結合的方式，教師在集中教學課時內完成實驗任務講解，實驗設備儀器教學以及輔導答疑工作，學生除集中教學課時外，也可以在課下時間按照實驗室規定自主到實驗室完成實驗工作，從而避免實驗課時和實驗條件限制對教學實施的影響。

（五）考核方式改革

為綜合評定項目式實驗課程的教學效果，本文研究出與之相適應的多元評價體系，根據課程目標和教學要求對學生的知識水平和技能水平做出綜合評價。學生的實驗成績由課堂考勤情況、報告完成質量和作品評價三部分組成，重點考察學生在實驗項目實施過程中的參與程度、做了哪里工作、取得哪些收獲、以及對實驗過程的總結，對于實驗結果重在給予客觀的分析和點評。

二、項目式教學的實施方式

（一）項目的選取與設計

選取項目式教學的內容主要考慮三個方面的特征：首先項目必須具有一定的實踐性，與工程實際聯系緊密;其次項目內容要與專業課程密切相關;最后項目在學校現有的教學條件可以順利開展與實施。考慮到C校目前的實驗設備多為工程材料方面的設備，學生均可獨立操作，但是材料成形方面的實驗設備較少，且均是大型設備，學生很難獨立操作，本文在項目的設計中將工程材料方面的項目設計為實物制作與分析項目，將材料成形方面的項目設計為在成形工藝仿真軟件上完成的理論工藝設計與工藝仿真相結合的仿真項目，這樣既能充分利用學校現有實驗資源，又能彌補現有條件的不足[4]。

為建立與學生的能力相匹配的實驗項目庫，實驗項目的選擇途徑可優先考慮以下三個方面：一是教師通過整合課程知識點，從課堂教學內容中總結出的典型工程實例，二是從校企合作項目中或從企業的生產實踐中提取的工程實例，三是與專業競賽相結合，將專業競賽題目融入項目庫中，以教促賽，以賽促教。

（二）項目任務書和指導書的制定

項目任務書主要包括三個方面內容，實驗給定條件、實驗具體要求和實驗報告要求。考慮到整個實驗項目全部由學生獨立完成，項目任務書和指導書就是學生完成實驗項目的重要依據和指導文件，因此項目任務書的制定要詳細具體，而指導方案要盡量寬松靈活，給學生留有足夠的獨立分析與探索的空間。

（三）項目具體實施過程

1. 工程材料實物制作與分析項目實施過程

工程材料實物制作與分析項目實施的主要目的是通過完成一個規定零件的加工制作使學生掌握常用零件從選材，加工制作，到力學性能分析與測定這一生產周期內的所有內容與工作，具體實施過程如下：首先由教師根據任務書的要求向學生下達具體實驗題目，并利用課堂集中教學時間向學生講解實驗要求和注意事項，交待具體的時間與進度安排，對學生進行分組，以及指導學生查閱相關技術手冊等資料。然后由學生在課堂上并結合課余時間完成材料的選擇，加工工藝路線和熱處理工藝路線的制定，并完成零件的加工和相關的熱處理操作;為驗證學生的選材和熱處理工藝安排是否得當，學生還需對所加工零件進行金相組織的觀察和強度、硬度以及塑韌性等力學性能指標的測定等工作，并參照任務書的要求進行驗證。教師將剩余的課堂教學時間分散安排在整個項目的完成過程中，并檢查學生的完成進度，指導相關實驗儀器設備的使用，以及指導答疑。最后，學生對該實驗項目進行分析總結，撰寫實驗報告，并由教師和學生共同完成該實驗項目的成績考核。該實驗項目的主要內容和步驟如圖1所示。

2. 成形工藝仿真分析項目實施過程

成形工藝仿真分析項目的主要目的是使學生掌握常用材料成形工藝中有關材料和成形工藝的選擇、成形工藝的設計和實施等內容。該項目的實施主要包含兩部分工作，首先由學生根據任務書和實驗指導書的指導與要求，完成材料和成形工藝的選擇與確定，并完成成形工藝的理論設計工作，具體包括根據零件的形狀和尺寸，以及技術要求等繪制成形工藝圖，根據成形工藝圖計算坯料的形狀和尺寸，并依次完成成形工序、成形設備和成形參數的確定等工作。成形工藝的理論設計的主要內容和步驟如圖2所示[4]。其次，在完成成形工藝的理論設計工作之后，學生還需利用成形工藝仿真軟件，對理論設計結果進行仿真驗證。首先在仿真軟件中選擇成形工藝和所使用的成形模具類型，其次在三維建模軟件中建立好毛坯件和模具的三維模型，并導入仿真軟件中，然后在仿真軟件中先后完成成形工藝參數的設置，有限元模型的建立，和成形工序的設定等工作，最后完成分析求解。具體仿真成形過程如圖3所示[4]。

3. 實驗教學改革效果總結

（1）項目式實驗教學的實施由傳統的以教師為主變成以學生為主，學生通過獨立查閱資料、自由設計實驗方案以及選材和確定實驗步驟，提高了學生在實驗教學過程中的參與程度，也提高了學生的學習興趣。

（2）通過集中教學與開放式教學相結合的實驗教學實施方式，提高了實驗教學的效率，實驗教學設備也得到了充分合理的應用。

（3）在實驗完成過程中，會遇到很多理論學習時沒有遇到的問題，這些問題都要學生自己去探索與解決，提高了自學能力和獨立解決工程實際問題的能力。

（4）通過多元化的考核方式，能夠全面地對學生的實驗課程的學習情況進行分析評價，也能清晰直觀地反映學生自身的不足之處和日后改進的方向。

三、結束語

針對《機械工程材料及其成形技術》實驗教學現狀中對于工程實踐性體現不足的問題，提出了基于項目式教學的實驗課程改革方案，并從教學目標、教學方法、教學內容、教學實施方式和考核方式五個方面進行了系統全面的改革。從改革所取得的教學效果來看，提高了學生在實驗教學中的參與程度和獨立解決工程實際問題的能力，也使現有的實驗教學條件得到了充分合理的應用。

參考文獻：

[1]羅天鑫.基于培養應用型人才的實踐教學改革研究[J].新商務周刊，2017（3）：199.

[2]張晴晴，代光輝，史良馬.機械工程材料及其成形技術課程教學改革探討[J].巢湖學院學報，2017（6）：126-129.

[3]雷聲，吳躍波.《工程材料與成形技術基礎》課程教學改革初探[J].合肥師范學院學報，2010，28（3）：61-63.

[4]張晴晴，王玉勤，史良馬.基于工業應用的材料成形技術實驗教學探討[J].中國現代教育裝備，2017（269）：46-48.