《材料成形原理》教改初探

杜學山　曹文博　王成鐸

摘要：材料成形原理是材料成型及控制專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，推進此課程的教學改革，提高教學水平，有利于學生后續(xù)專業(yè)課程的學習。本文結(jié)合作者在課堂教學方面的經(jīng)驗，提出了課程的教改基本思路。

關(guān)鍵詞：材料成型原理；教學內(nèi)容；教改；教學方法

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0111-02

一、引言

材料成形原理是材料成型及控制專業(yè)的主要基礎(chǔ)理論課程之一，主要闡述凝固成形、焊接成形和塑性成形等近代金屬材料成形技術(shù)中共有的物理現(xiàn)象、內(nèi)在規(guī)律與物理化學冶金學本質(zhì)。其教學目標是：通過介紹材料成形技術(shù)的基本原理和理論基礎(chǔ)等的方法，使學生對材料成形原理有深入的實質(zhì)性理解，為開發(fā)材料成形技術(shù)、分析和解決材料成形過程中的質(zhì)量缺陷問題奠定堅實的理論基礎(chǔ)。如何使學生理解材料成形原理、掌握專業(yè)知識，教師在授課過程中教學內(nèi)容、教學方法和評價方式起著至關(guān)重要的作用。因此，本文結(jié)合我院材料成型及控制專業(yè)的實際教學情況以及作者在教學過程的切身體會，談?wù)勗诓牧铣尚卧斫谈闹械膰L試。

二、教學內(nèi)容的改革

材料成形原理課程是在學生已具有工程力學、材料科學基礎(chǔ)、材料物理、材料化學和材料導論等的基本知識的基礎(chǔ)上進行的，課程主要學習內(nèi)容是：液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、單相及多相合金的結(jié)晶、鑄件宏觀組織及控制、特殊條件下的凝固與成形、凝固缺陷及控制、金屬材料熔化焊接的基本理論、金屬材料焊接性的基本能力、焊接裂紋的危害和分類及防治措施、塑性變形的機理、變形條件對金屬塑性和變形抗力的影響、塑性變形時的力學條件等，內(nèi)容豐富且龐雜。因此，我們對液態(tài)成形、焊接成形和塑性成形的共性部分進行凝練，對個性部分做有選擇的論述，并適當?shù)亟榻B比較成熟的相關(guān)新理論，減少了與材料科學基礎(chǔ)課程的重復內(nèi)容。本課程主要闡述材料成形過程中材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在關(guān)系，強化在材料成形過程中通過控制和改善材料組織與性能獲得健全優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的方法和途徑。本課程主要圍繞液態(tài)成形、焊接成形和塑性成形展開教學內(nèi)容。重點理解金屬材料的性能很大程度上取決于材料的結(jié)構(gòu)，通過控制和改善材料組織，獲得良好的性能；同時，金屬材料的性能又反過來指導優(yōu)化材料的成形工藝等。如何抓住以上教學主線，讓學生全面掌握金屬材料成形過程中，成分、結(jié)構(gòu)與性能各自特性及相互關(guān)系，是材料成形原理課程的主要教學目標。

在教學過程中，始終圍繞教學主線，避免過多地講解相關(guān)理論，適時將成型的基本理論與實際生產(chǎn)相結(jié)合，與學生進行分析和討論，解決材料液態(tài)成型過程中的相關(guān)問題，使學生更好地理解本課程的主題思想，并啟發(fā)學生的學習積極性和主動性，培養(yǎng)學生分析問題和解決工程實際問題的能力。例如在講解鑄件的宏觀組織時，分別介紹了根據(jù)液態(tài)金屬的成分、鑄型的性質(zhì)，澆注及冷卻條件的不同，可以得到不同的凝固組織（表層急冷晶區(qū)、中間柱狀晶區(qū)和內(nèi)部等軸晶區(qū)）及其性能。通過使用具體的例子生動形象地說明了成分、組織結(jié)構(gòu)與金屬材料制品性能的關(guān)系，從而使本課程的主題思想一目了然，使教學內(nèi)容由龐雜繁多變得簡單易懂，通過理論結(jié)合實際，強化了學生的專業(yè)知識。

隨著社會的發(fā)展和科技技術(shù)不斷進步，新材料、新工藝和新方法不斷出現(xiàn)，材料成形原理的內(nèi)容也在不斷地更新和完善，促使教師在講解成形原理時，要注意結(jié)合本學科前沿研究領(lǐng)域和最新發(fā)展動態(tài)、介紹重點科技成果，增加教學信息量，大大豐富和活化教學內(nèi)容，使學生掌握更多、更新的專業(yè)知識。

三、教學方法的改革

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)已應(yīng)用到教學過程中，集合了文字、圖形、聲音、動畫等元素，具有很強的形象性和通用性，增強了教學的直觀性和生動性，對提高教學效果、減輕老師的板書負擔發(fā)揮了很大的作用。然而，單純地采用多媒體教學的不足日漸凸顯，如教學信息量大、講課節(jié)奏加快、學生來不及記筆記等，影響教學效果。另外，材料成形原理是一門理論性很強的課程，需要學生在課堂上接受大量的理論知識，傳統(tǒng)的教學方式已經(jīng)無法完全滿足學生門的需求，在課堂教學中，筆者引進一些新的教學方法，這樣做不僅改變傳統(tǒng)的枯燥的教學模式，還能使夠激發(fā)學生的學習動機和興趣，調(diào)動學生學習的積極性和主動性，進一步提高教學質(zhì)量和學習效率。

1.多媒體教學中融入傳統(tǒng)的教學方法。根據(jù)材料成形原理課程的特點，在制作多媒體課件時，并不是大幅的摘抄教材，只需要把教學構(gòu)思和一些不便板書的內(nèi)容制作進去，如概念、圖表、動畫、視頻等。而對一些關(guān)鍵的公式推導和概念的解釋說明等，用圖形或圖像表達非常困難，這時通過板書、深入淺出的講解和生動形象的比喻使學生就能更容易接受和掌握。同時，學生除了學習新知識外，更為重要的是學到了一種思維方法、分析問題和解決問題的方法。然后與多媒體結(jié)合，邊播放畫面，教師邊講解，對于在重點或難點問題，通過教師的解釋往往起到畫龍點晴的作用。另外，對學生進行提問，使教師與學生之間進行雙向的信息交流，使原來的“滿堂灌”方式變成雙向交流的教學模式。使學生更容易接受和掌握知識，提高教學效果，有利于學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提高。

2.案例教學法。在教學過程中，將課堂的理論教學與實際問題有機結(jié)合，調(diào)動學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，學會如何將書本知識運用于實際問題，培養(yǎng)和提高其表達能力、思維能力和分析解決問題的能力。比如在講授“凝固缺陷與控制”一節(jié)中的“縮松”部分的時候，就把科研實驗中的風電用球墨鑄鐵的縮松形貌的圖片列出，讓學生可以從多個方面分析縮松形成的原因以及防治措施，這既大大激發(fā)了學生學習的興趣，又培養(yǎng)和鍛煉了學生的發(fā)散思維。學生在實例中理解理論知識，提高學生的學習興趣，增強了課堂教學的說服力，培養(yǎng)學生獨立的思考能力和創(chuàng)新能力。

3.討論式教學法。在教學過程中，如果采用“教師講”、“學生聽”的“填鴨式”教學，很難喚起學生的興趣和積極性，不易發(fā)揮學生參與課堂的主體作用，擠占了學生自學和獨立思考的時間和空間。在材料成形原理課程中，通過課堂討論的方式將有大量的基本概念、基本原理和基本規(guī)律傳遞給學生。既能調(diào)動學生學習的積極性，又能鍛煉學生的自學能力、思維能力和表達能力。例如在講授“金屬的塑性和影響因素”一節(jié)中“變形溫度對塑形影響”時，引導學生將所學知識分析討論不同變形溫度下對金相組織和力學性能的影響，激發(fā)學生的學習興趣，集思廣益、加深對該問題的認識。

4.現(xiàn)場教學法。現(xiàn)場教學法最顯著的特點在于可以直接接觸認識對象并親身參與實踐活動，能夠為學生提供豐富的直接經(jīng)驗，有助于學生理解和掌握理論知識，培養(yǎng)運用知識于實踐的能力。材料成形原理課程的原理性非常強，即使在課堂中進行視頻播放講解，學生在理解上還是比較困難的。如講授到焊接缺陷的時候，如果沒有現(xiàn)場教學的話，學生可能感覺到比較抽象和枯燥，可以帶學生到實驗室，通過現(xiàn)場操作演示，使學生可以直觀地了解焊縫的制備過程。同時，對于出現(xiàn)的焊接缺陷（氣孔、夾渣、熱裂紋、焊瘤和咬邊等），在教師適當引導下，充分發(fā)揮學生的主動性，分析問題可能的原因，進一步調(diào)節(jié)焊接電流、焊接電壓和焊接速度等參數(shù)，重新進行實驗操作，直到得到良好的焊縫。這樣既可以增強學生的動手能力，還可加深對焊接成形的理解，更重要的是拓寬了學生的視野，提高學生綜合應(yīng)用知識的能力，進而激發(fā)學生的創(chuàng)新意識與能力，為其后續(xù)的工作和科研奠定了良好的理論和實踐基礎(chǔ)。

四、改善課程考核方法

在材料成形原理課程的考試考核上，采取了綜合考核方法。除了學生的期末筆試成績外，還包括課堂提問、課后作業(yè)、實驗成績、小論文等多種評價手段。新的考核方式既鍛煉了學生自主創(chuàng)新、知識綜合運用的能力，又培養(yǎng)了學生查閱分析信息資料、收集分析數(shù)據(jù)和撰寫科技論文的能力。此外，除突出基本知識和重點知識點外，考試中還增加了一些主觀題，目的是綜合考查學生應(yīng)用知識的能力。通過考核方式的改革，有助于學生掌握和運用所學知識，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的方法及能力，使學生學習的積極性和主動性都大大提高。

五、結(jié)束語

材料成形原理課程作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該如何教學，筆者經(jīng)過近幾年的教學實踐和探索，不斷改進教學內(nèi)容、教學方法和評價方式等方面，加深了學生對材料成形原理的基本概念、基本理論和基本規(guī)律的理解，激發(fā)學生的學習興趣，提高了教學質(zhì)量和教學水平，對學習以后專業(yè)課程打下堅實的基礎(chǔ)。同時，該課程的教學改革也促進了教師教學水平的提高，完善了教師綜合素養(yǎng)。

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