材料成型及控制工程專業實驗課程改革研究

劉發　趙洪運　于靜泊　楊海峰

摘? 要：當今日益激烈的國際競爭要求工程技術人才具有更強的實踐能力和創新能力，實驗課程是高校工程專業學生實踐能力、解決問題的能力和創新思維能力培養的重要手段。將理論和實踐相結合，對材料成型及控制工程專業實驗課程教學進行改革和創新，可以有效提升學生的創新精神和實踐能力。文章針對材料成型及控制工程專業實驗課程教學中的不足，對實驗課程教學改革進行了探索和研究，以期為國家和社會培養出具有實踐能力及創新能力的高級工程技術人才。

關鍵詞：材料成型及控制工程;實驗課程;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）23-0136-04

Abstract： Nowadays， the increasingly fierce international competition requires engineering talents to have stronger practical ability and innovation ability. Experimental courses are an important means to cultivate engineering students' practical ability， problem-solving ability and innovative thinking ability. Combining theory with practice， reforming and innovating the experimental course teaching of material forming and control engineering specialty can effectively improve students' innovative spirit and practical ability. This paper explores and studies the teaching reform of experimental course aiming at the shortage of experimental course teaching in material forming and control engineering， so as to cultivate senior engineering and technical talents with practical ability and innovative ability for the country and society.

Keywords： material forming and control engineering; experimental courses; teaching reform

習近平總書記在2016年召開的全國高校思想政治工作會議上提出：我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈。當前，新一輪的科技革命和產業革命正在全球范圍內蓬勃興起，世界政治、經濟、社會、文化等領域都產生了新變化，經歷了大發展和大調整，習近平總書記基于當前的世界發展格局做出“世界處于百年未有之大變局”的重大論斷。國家之間在科技和人才層面的競爭日益激烈。高校是人才培養、理論創新和技術應用的重要陣地，為國家經濟發展和現代化建設提供了有力的人才支撐。材料成型及控制工程專業作為高校重要的工科專業之一，涉及材料、機械和控制學科的液態成型和性能控制、分析等，培養機械熱加工生產一線的高級工程技術人才，而實驗課程對材料成型及控制工程專業學生實踐和創新能力的培養無疑起著十分重要的作用。

一、材料成型及控制工程專業實驗課程重要性分析

材料加工成型是現代生產工藝中的重要環節，在航空航天、機械、船舶、汽車等行業中發揮著重要作用，其水平高低對國家制造業和創新能力的強弱有著直接影響，在國家經濟發展和國防建設中有著不可取代的地位。自20世紀末開始，各高校以教育部提出的教育方針為指導，在對原有鍛壓、鑄造、焊接等不同行業領域的專業進行合并的基礎上，建立了材料成型及控制工程專業。隨著新時代科學技術水平的不斷提高，材料成型領域出現了大量新技術，再加上多學科交叉的發展趨勢使材料成型與控制工程專業涉及材料設計、制備和檢測等領域，該專業的內涵和外延與過去相比也有了很大的不同，工程性也得到了加強。這就要求學生在校學習期間，不僅要掌握專業基礎知識，還要具備創新思維和實踐能力，以便在畢業后可以勝任科學研究、產品開發、工程設計和生產管理等方面的工作。

高校擔負著國家基礎研究和應用研究的重要任務，實驗課程是將高校打造成科研中心和教育中心的必不可少的手段，其科研工作、人才培養工作的有效推進和科學技術成果的取得，都離不開實驗課程。而實驗課程在材料成型及控制工程專業的教學實踐中尤為重要，是學生實踐能力和創新思維培養的必要手段和重要內容。

（一）實驗課程將理論和實踐有機聯系在一起

實驗是檢驗真理的重要手段，是聯結理論和實踐的紐帶，無論是大到蒸汽機、飛機的發明，還是小到電燈、手機的發明，都要通過無數次的實驗來驗證。對于工科大學生來說，大學四年是人生的重要階段，不僅要掌握專業理論知識，更要有意識地鍛煉自己的實際動手能力，以便在畢業工作后能解決實際的工程問題，滿足用人單位的工作需求。要做到這一點，大學生就必須要在理論知識學習的基礎上，注重對自身實踐能力和創新思維的培養，因此，實驗課程是必不可少的教學環節。

（二）推動高校的育人理念向“實踐應用、創新發展”方向轉變

隨著高校教育改革的進一步推進，一些高校的育人理念逐漸向實踐應用、創新發展的方向轉變，對大學生實踐動手能力的培養日漸重視。實驗課程的有效實施既能鍛煉學生的實踐動手能力，激發學生的創新思維，又切實推動了育人理念向“實踐應用、創新發展”的方向轉變，使高校育人實效進一步提升。

（三）拓寬了高校各科教師的教學渠道

當前，一些高校仍然沿用傳統的教學模式，一味按照教材進行枯燥的文字講解，無法有效吸引大學生的注意力，降低了大學生的學習興趣及課堂教學的效率。實驗課程不僅拓寬了高校各科教師的教學渠道，而且可以大大提升教學質量。在開展實踐課程時，教師可以配合文字講解在黑板上繪制圖形，還可以通過實物模型或多媒體課件等手段，充分吸引大學生的注意，加深其對理論知識的理解，有效提升課堂教學效果。

（四）激發學生的創新思維，培養學生解決問題的能力

無論什么類型（如演示類、設計類、綜合類等）的實驗，都是在理論知識的基礎上進行的。在實驗課程開展過程中，學生是實驗教學的主體，教師只需向學生簡要介紹本次實驗的目的和要求即可，起輔助作用，學生則結合相關公式、原理進行實驗操作，并就實驗中遇到的問題向教師進行咨詢。經過長期的訓練，學生就會逐漸培養出解決問題的能力，并在此基礎上激發出自身的創新思維。

（五）有利于學生更好地理解理論知識

對于當代工科院校的大學生來說，實驗課程的設置是十分必要的。通過實驗操作，學生不僅可以有效鍛煉和提升自身的實踐能力，還可以在驗證相關原理正確性的基礎上加深對本學科理論知識的理解，更重要的是學生能通過實驗課程鍛煉自己發現問題、分析問題和解決問題的能力以及動手實踐能力。

（六）有利于大學生團結協作精神的養成

在高校的教學實踐中，受實驗條件和實驗場地等因素的限制，一些實驗的開展往往需要多人配合，因此，在實驗過程中，僅僅依靠大學生個體的努力無法使實驗順利開展，大學生個體必須要和同組的其他成員有效溝通、團結協作，才能使實驗順利推進并取得成功。善于聆聽他人的意見、能夠和他人團結協作對大學生未來的發展十分重要，而實驗課程可以有效培養大學生這方面的精神特質。

二、材料成型及控制工程專業實驗教學中存在的問題分析

（一）實驗課程教學內容更新慢，教學方法落后

在現代社會，科技發展日新月異，各個專業的新理論、新內容不斷涌現。一些高校材料成型及控制工程專業的實驗課程教學內容更新速度慢，過于陳舊，有些實驗甚至在企業的實際生產中已經被淘汰，設備和工藝都已經大大落后于實際的生產需要。此外，材料成型及控制工程專業的實驗課程仍然沿用傳統的以教師為主的教學方式，教師在實驗課堂上主要向學生講解此次實驗的內容、要求和目的，以及實驗儀器的使用方法，而無法讓每個學生都親自進行實驗操作。這種教學方法較為枯燥，降低了學生的學習興趣和學習主動性，不能使學生將理論知識和實踐應用有效結合，而且無法切實提升學生的實踐能力和創新能力，起不到實驗課程應有的教學效果。

（二）實驗課程教學設備配置不足

當前，各個領域的科技創新速度都大為提升，無論是科研層面，還是生產層面的技術及設備的更新換代都極為快速。高校作為人才培養基地，其實驗課程應該與社會生產實踐有效對接，以培養出具有工程實踐能力和技術創新能力的優秀人才。然而，不少高校或是因為資金投入不足而導致材料成型及控制工程專業的實驗課程所需的教學設備得不到及時更換，或是雖然購置了實驗設備，但因為缺乏完善的管理及維護制度而得不到充分利用，導致實驗課程教學內容無法囊括材料成型及控制工程專業的所有知識，實驗教學無法和理論知識有效結合，學生的創新思維也得不到充分激發。

（三）以成果為導向的實驗教學評價機制尚未形成

以往高校對實驗教學進行評價時一般只以實驗報告為考核標準，而不對實驗過程進行考核，材料成型及控制工程專業實驗課程的評價同樣如此。材料成型及控制工程專業的教師只依據實驗結果和實驗報告對大學生進行考核、評價，而對大學生的實驗操作和具體細節則不夠重視，大學生只通過實驗報告就能取得較高的分數，長此以往就會使大學生缺乏嚴謹的實驗操作觀念，在實驗過程中不能按照科學規范的流程和方法進行操作，最終導致大學生學習興趣的喪失，而且無法有效提高大學生的實踐能力。

以成果為導向的實驗教學評價機制更關注學生從實驗教學中獲得的知識和能力，增加了以完成某項真實任務或達成某個成果為標準的評價環節，這里所說的成果包括論文、專利、大學生科技競賽獎項等。在學生完成各項成果的過程中，教師要利用自身在知識和經驗等方面的優勢，充分發揮指導者的作用，培養學生的反思精神及創新能力。

此外，評價主體單一也是傳統實驗課程教學評價中的重要問題之一。開展實驗課程的目的之一就是提升學生的實踐應用能力，因此，相關企業理應是高校實驗課程評價的重要主體。然而在教學實踐中，不少高校沒有高度重視企業在實驗教學評價中的主體地位，使實驗教學評估結果不夠全面和客觀，阻礙了大學生科技創新能力的培養和提升。

（四）高校實驗課程對學生創新能力的培養不足

當前的高校大學生多為“00后”，他們隨著國家經濟和互聯網技術的快速發展而成長，具有鮮明的個性，他們的視野更寬廣，愛好更多元，更容易被具有挑戰性和創新元素的事物吸引，對枯燥的學習內容和呆板的教學方式更為抵觸。傳統材料成型及控制工程專業的實驗課程教學內容多為演示性實驗和驗證性實驗，學生按照教師總解出的實驗要求和實驗步驟進行操作，實驗過程和結果都是預先設計好的，而不需要學生查閱與實驗相關的資料，以及對實驗進行個性化的思考和設計，缺少學生自由發揮的空間。這種呆板的實驗教學方式難以充分調動當代大學生的學習積極性和主動性，也無法有效培養大學生的創新意識和實踐能力。

（五）高校教學實踐中缺少多學科交叉融合的實驗教學內容

材料成型及控制工程專業是機械工程和材料科學與工程的交叉學科，涉及焊接成型及控制、鑄造成型及控制、壓力加工及控制和模具設計制造等方面的知識。然而，當前很多高校的材料成型及控制工程專業的實驗課程內容較為單一，實驗教學活動缺少學科交叉融合的內容。在科技競爭日益激烈的當今時代，材料成型及控制工程專業的畢業生應該具備解決復雜工程問題的能力，而實驗課程是培養大學生解決問題能力的重要手段。對于材料成型及控制工程專業的大學生來說，不僅要深入了解機械結構和設計等方面的知識，還要了解智能制造、大數據、控制及測試技術等領域的知識。因此，進行多學科融合的機械工程實驗創新是解決材料成型及控制工程專業實驗課程內容單一這一問題的有效方法。

三、材料成型及控制工程專業實驗課程改革策略

（一）落實以學生為主體的育人觀

材料成型及控制工程專業對學生獨立自主地進行產品設計、工藝選擇等實踐操作的要求更高，因此，教師必須在實驗課程教學實踐中將以學生為主體的育人觀真正落實，以便使學生能夠在實驗課程中有效鍛煉自己的動手實操能力，激發自身的創新意識。在實驗教學活動過程中，教師主要負責在查閱資料方面給學生以指導，在學生遇到困難時引導學生敢于創新、勇于嘗試，能夠從失敗中總結經驗教訓，找到通向成功的正確路徑。總之，教師在實驗教學實踐中所起到的是指導和輔助作用。同時，材料成型及控制工程專業的實驗課程教學，還應該以學生自由選擇、自行組隊的靈活教學手段，使學生在實驗課堂上能夠自主進行實驗設計。上述這種團隊合作、自主研究式的實驗教學方式，可以有效提升學生的創新意識、團隊意識和實踐能力。

（二）隨著產學發展而更新實驗教學內容

隨著新型材料的不斷涌現和工藝技術的快速更新換代，實驗教學在加強材料成型及控制工程專業大學生對新材料、新技術的認識，提高其綜合素質和實踐能力方面的意義日益突顯。在這種背景下，該專業的實驗教學內容必須緊跟時代發展，準確把握產業發展方向，充分利用高校在科研和技術方面的優勢，及時了解國內外本專業的最新動態，并調整、更新實驗課程教學內容，使之能夠與國際先進水平保持一致。同時，與實際生產緊密結合也是開展材料成型及控制工程專業實驗活動時應該遵循的重要原則。在實驗課程開展過程中，教師應該圍繞企業在生產實際中遇到的技術難題來設計實驗項目，使大學生的實驗課程內容與企業的生產實踐、產業的現實需求等有效對接。

（三）構建完善的實驗教學評價體系

構建完善的材料成型及控制工程專業實驗課程教學評價體系，對實驗教學質量的提升具有重要意義。第一，高校要創新教學評價指標，摒棄過去以實驗報告為唯一標準的評價模式，將定量和定性相結合的評價模式引入實驗課程評價中。第二，重視企業對材料成型及控制工程專業實驗教學的評價，通過企業評價全面、準確地認知實驗教學中的不足;還應該通過校企合作的方式實現實驗教學和企業崗位的對接，將企業在生產實際中運用的最新技術引入高校教學實踐。第三，增加評價體系中的實踐及創新因素占比，比如將學生發表的論文、項目開發實踐，以及在科技競賽中獲得的獎項納入評價體系范疇，以激勵學生進行獨立思考和科技創新。

（四）打通材料成型及控制工程專業創新和創業之間的壁壘

高校應該統籌考慮材料成型及控制工程專業學生的創新創業實踐培養，打造系統性、一體化的創新創業培養模式。在產品創新層面，首先，以學生為主體開展市場調研活動，在準確把握市場需要的基礎上確定目標產品。其次，讓學生進行自由創意，在滿足目標產品基本性能的基礎上進行創新。在三維建模軟件中將創意轉化為模型，再通過3D打印技術將模型實體化，并進行性能檢測和優化。最后，進行目標產品成型工藝的創新，通過鑄造、鍛造、焊接三種材料成型的核心工藝，以及增材制造和計算機數值模擬技術實現產品成型。在創業層面，首先，要以市場調研為基礎，構思創業方案，制定籌集資金的方案，形成創業計劃，完成公司注冊;其次，從經濟、技術和市場層面對產品進行全面評價，并制造出產品樣品，讓學生進行財務管理和產品銷售方面的實踐;最后，對學生的創新創業實踐活動進行總結并加以指導。

這種模式充分利用了現代科技手段，并將材料成型及控制工程專業學生的創新實踐和創業實踐有效對接，打通了二者之間的無形壁壘，落實了以學生為主體的育人觀念，實現了創新創業的一體化培養，為學生在畢業后進行創新創業實踐積累了豐富的經驗，打下了堅實的基礎。

四、結束語

高校的實驗課程教學對大學生的技術創新能力和實踐應用能力的培養十分重要，材料成型及控制工程專業尤其如此。通過落實以學生為主體育人觀、革新教學內容和方法、完善實驗教學評價體系，以及打通創新和創業之間的壁壘等改革措施，材料成型及控制工程專業的實驗課程可以涵蓋所有的專業知識，體現該專業多個領域的最新成果，保證每個大學生都能結合自己的興趣，自由選擇實驗項目，親自進行實驗操作，參與產品設計、加工的全過程，通過完整的實驗訓練切實提升材料成型及控制工程專業學生的動手能力和創新能力。

參考文獻：

[1]郭麗麗，運新兵，陳莉，等.材料成型與控制工程專業實驗教學改革與實踐探索[J].教育教學論壇，2019（47）：279-280.

[2]劉榮業.基于工程實踐能力的課程體系研究[D].南昌大學，2015.

[3]岑耀東，李振亮，陳林，等.工程認證背景下材料成型及控制工程實驗教學改革[J].中國冶金教育，2019（01）：83-85+90.

[4]杜娟，張翔，孫學杰.材料成型專業創新實驗的探索與實踐[J].無線互聯科技，2019，16（07）：94-95.

[5]尹豪，王小明.淺談材料成型與控制工程專業創新實驗[J].南方農機，2018，49（19）：199.