應用型高校“材料成形原理”課程教學改革初探

喻紅梅 邵甄胰 崔江梅 周紅梅

摘要本文主要以材料成形原理課程建設(shè)為例，進行了應用型高校該課程教學方法的實踐與探討，著力于師資隊伍建設(shè)、理論和實踐教學資源庫建設(shè)、學科競賽促教學等教育教學方法的改革，形成了基于真實案例和實際工程項目滲透理論教學為特色的應用型高校課程教學模式。對培養(yǎng)應用型高校材料成型及控制工程專業(yè)學生創(chuàng)新思維并提高其分析解決問題的能力具有重要的作用和意義。通過課程改革，夯實學生理論基礎(chǔ)，能夠基于工程相關(guān)背景知識進行合理分析，能夠?qū)I(yè)工程實踐和復雜工程問題提出解決方案，培養(yǎng)基層應用型工程人才。

關(guān)鍵詞 材料成形原理 教學方法

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.23.034

On the Teaching Reform of "Material Forming Principle" in Applied Universities

HY Hongmei， SHAO Zhenyi， CUI Jiangmei， ZHOU Hongmei

（SchoolofMaterialsandEnvironmentalEngineering，ChengduTechnologicalUniversity，Chengdu，Sichuan611730）

AbstractThis paper mainly takes the course construction of material forming principle as an example to carry out the practice and discussion of the teaching methods of this course in the Applied Colleges and universities. It focuses on the reform of teaching methods such as the construction of teaching staff， the modularization of knowledge points， the strengthening of experiments， the practice links， and the combination of subject competitions. It analyzes the various methods to improve the innovation ability of material forming and control engineering major in the Applied Colleges and universities The role and significance of independent thinking ability. Through the curriculum reform， we canconsolidatethetheoreticalbasis ofstudents，makereasonable analysis based ontherelevant backgroundknowledge ofengineering， put forward solutions to professional engineering practice and complex engineering problems， and train grass-roots application-oriented engineering talents.

Keywordsmaterial forming principle； teaching methods

0引言

成都工業(yè)學院材料成型及控制工程專業(yè)秉承六十多年模具專業(yè)辦學歷史和優(yōu)勢，專業(yè)辦學有良好的辦學條件和廣泛的校企合作、產(chǎn)教融合的資源和基礎(chǔ)，本專業(yè)的應用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)在模具行業(yè)具有較高的聲譽。“卓越工程師計劃”“新工科”“工程教育認證”“雙一流”等都要求人才培養(yǎng)要寬口徑、厚基礎(chǔ)、多元化。本專業(yè)先后成為四川省卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè)、四川省本科高校應用型示范專業(yè)和本科教學改革綜合試點專業(yè)，借此契機，結(jié)合當前企業(yè)對人才綜合素質(zhì)需求的提升，對“材料成形原理”課程的師資結(jié)構(gòu)、教學內(nèi)容、教學資源、教學方法等方面進行課程改革與建設(shè)，并實施了一系列的課程體系優(yōu)化和改革措施，形成了自身的特色，取得了一定的成效。

1師資隊伍建設(shè)與提升

材料成型及控制工程專業(yè)的實踐性、應用性很強。工程教育認證標準（2018版）中明確規(guī)定教師數(shù)量能滿足教學需要，結(jié)構(gòu)合理，并有企業(yè)或行業(yè)專家作為兼職教師。課程教學的質(zhì)量取決于教師教學能力水平和工程素質(zhì)的高低。教師首先從認識上逐步完成“以教師為中心”到“以學生為中心”思想轉(zhuǎn)變，著重培養(yǎng)學生分析解決問題和團隊協(xié)作的能力。[1-7]

經(jīng)過多年教學實踐，建立起了一支結(jié)構(gòu)合理的“雙師型”專業(yè)教師隊伍。教學團隊由包括鑄造、焊接、塑性成形、塑料成形的學術(shù)及工程背景的教師組成，其中，教授1名、副教授3名、講師3名；博士3名，碩士3名，學士1名；雙師型教師3名。教學團隊熟讀人才培養(yǎng)方案，梳理課程教學大綱和教學體系，聘請企業(yè)工程師參與研討課程教學大綱及教學內(nèi)容。此外，教學團隊定期組織教學教研活動，進行教學設(shè)計、教學資源建設(shè)與優(yōu)化、教學方法、課堂學生反饋、真實生產(chǎn)案例切入與講解、實踐教學資源開發(fā)等專題研討，很大程度地提高了教師教學水平及教學質(zhì)量。并且對于新建本科院校，我校定位于發(fā)展應用型大學。這就要求教師必須有豐富的工程實踐經(jīng)驗。教師必須要走進企業(yè)，與企業(yè)充分融合。教師在校企合作中一步一步積累豐富的解決現(xiàn)場工程問題的經(jīng)驗，提高現(xiàn)場分析解決問題的能力，才能在實際的教育教學工作中做到理論聯(lián)系實際，更好地培養(yǎng)學生利用理論基礎(chǔ)知識分析解決實際生產(chǎn)案例的能力。

為了加強工程實踐能力的培養(yǎng)，“教師送出去，企業(yè)引進來”，一方面教學團隊教師定期到行業(yè)內(nèi)知名模具設(shè)計與制造企業(yè)進行了為期6個月～1年的工程實踐，另一方面引進校外企業(yè)進校，通過校企合作聯(lián)合培養(yǎng)教師。通過工程實踐，提高了教師對相關(guān)工程領(lǐng)域先進生產(chǎn)工藝及前沿科技敏銳的觀察力，促進了教師自我成長與提高。同時積極引進行業(yè)內(nèi)有影響力的企業(yè)工程師，通過“材料多維講堂”平臺，先后開展了《注塑模具先進成型應用》《現(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展》《當我們談?wù)摽茖W時，我們在談?wù)撌裁?？》《工業(yè)4.0與模具智能制造》等相關(guān)行業(yè)的講座，讓學生了解相關(guān)工程領(lǐng)域前沿科技，開拓視野并培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

2教學大綱及教學內(nèi)容優(yōu)化

2.1課程定位

2.1.1知識目標

教育部1998年頒布的《普通高等學校專業(yè)目錄》將“鑄造”“焊接”“鍛造”合并成材料成型及控制工程一個專業(yè)。由“凝固原理”“金屬塑性成形原理”“焊接冶金學”“高分子材料加工原理”等課程合并為“材料成形原理”，作為材料成型及控制工程專業(yè)的重要的專業(yè)課之一。本課程需要學生具備“理論力學”“材料力學”“材料科學基礎(chǔ)”“金屬學及熱處理”等課程基礎(chǔ)，主要內(nèi)容講授以上成形方法基本原理和理論基礎(chǔ)，闡述各種成形技術(shù)的基本規(guī)律及成形特點，揭示材料成形過程中影響材質(zhì)和制品性能的因素及缺陷形成的機理。

2.1.2能力目標

通過本課程的學習除了讓學生掌握材料成形的基本理論，更重要的是要讓學生對材料成形過程及成形原理有深入的理解的基礎(chǔ)上，能從本質(zhì)上認識和分析材料成形過程中產(chǎn)生的實際問題并提出解決問題的途徑與方法，為今后學習成形技術(shù)的具體工藝方法、設(shè)備控制等課程奠定堅實的理論基礎(chǔ)。合并以后教學學時大為壓縮，知識點多而分散，學生對一些基礎(chǔ)理論容易混淆和模糊不清，對重點、難點難以掌握。比如鑄造和焊接成形過程中的一些現(xiàn)象背后的原理，液態(tài)金屬的流動和固態(tài)的流動，他們?nèi)绾翁剿鬟@兩種成形方法之間的共通性，為學生在以后的工程應用中構(gòu)建起解決實際問題的舉一反三、創(chuàng)新等思維。

2.2教學內(nèi)容整合優(yōu)化-知識結(jié)構(gòu)單元模塊化教學

我校“材料成形原理”課程經(jīng)過幾年的建設(shè)，內(nèi)容最初僅包括金屬塑性成形原理、隨后在塑性成形的基礎(chǔ)上增加了液態(tài)成形、連接成形模塊的內(nèi)容。經(jīng)過多次教研討論，結(jié)合我校材料成型及控制工程在模具設(shè)計與制造的特色，將“材料成形原理”課程內(nèi)容最終確定為四大知識結(jié)構(gòu)單元模塊：液態(tài)成形、連接成形、塑性成形、塑料成形，重點介紹液態(tài)成形和塑性成形內(nèi)容。[5-7]

四大知識結(jié)構(gòu)單元模塊之間既相互分離，又互相聯(lián)系。其中，液態(tài)成形知識模塊教學重點理解液態(tài)合金的性質(zhì)以及影響液態(tài)金屬充型能力的因素、掌握凝固組織的形成及控制、掌握組織缺陷產(chǎn)生機理及防止措施。

連接成形知識模塊重點掌握焊熔池的形成、焊縫凝固與鑄造凝固宏觀組織與結(jié)晶形態(tài)的區(qū)別與聯(lián)系、焊接熱影響區(qū)的組織和性能；塑性成形重點掌握金屬塑性、塑性加工的影響因素，應力、應變理論基礎(chǔ)，理解主應力法及其在塑性成形中的應用；塑料成形重點理解注射過程中的物理化學變化，塑料熔體在型腔中的流動。

3教學資源庫建設(shè)

3.1理論教學資源庫建設(shè)

教學團隊積極拓展教學資源，就液態(tài)成形、連接成形、塑性成形、塑料成形四大知識結(jié)構(gòu)單元模塊收集制作了教學圖片集、多媒體教學課件、教學動畫等理論教學資源；將每一教學模塊內(nèi)容中的大量知識點以多種習題的形式供學生練習，復習鞏固所學知識。

3.2實踐教學資源庫建設(shè)

材料成形原理課程理論性較強，為達成應用型人才培養(yǎng)目標，課程教學一定要注重理論與實踐應用相結(jié)合。[8-14]為豐富實踐教學資源，依托真空熔煉實驗室、焊接實驗室、磨片實驗室、金相實驗室、金屬塑性成形實驗室，教學團隊先后開發(fā)完成了《材料成形原理》知識結(jié)構(gòu)單元模塊中了液態(tài)成形、連接成形、塑性成形相對應的三個實踐教學資源項目。即：《鑄造宏觀組織及結(jié)晶形態(tài)分析》《焊縫結(jié)晶組織觀察實驗》和《金屬塑性成形性能分析》共6個學時實驗，并完成了多個年級學生的實驗實踐教學。在教學實施過程中，如《焊縫結(jié)晶組織觀察實驗》，讓學生自己制備金相試樣，操作金相顯微鏡觀察組織與結(jié)晶形態(tài)，學生通過實驗教學與實驗操作加深了理論知識的理解，鍛煉了學生的動手能力與分析解決問題的能力，培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和創(chuàng)新思維。

3.3真實案例和實際工程項目滲透理論教學

教學團隊將工作和工程實踐中的真實案例和實際工程項目收集起來建立真實案例庫，將其滲透到理論教學當中。如在液態(tài)成形知識結(jié)構(gòu)單元中，將某汽輪機葉片廠生產(chǎn)的高溫合金葉片作為真實案例，其應用先進的定向凝固技術(shù)生產(chǎn)定向凝固高溫合金葉片，對比傳統(tǒng)鑄造工藝的等軸晶高溫合金葉片，介紹其液態(tài)成形工藝、結(jié)晶控制工藝、性能特點等差異。將此類真實案例和實際工程項目滲透到理論教學中，拓寬了學生的視野，極大地促進了學生對理論知識的理解，并能用所學理論知識分析解決實際生產(chǎn)案例中的問題。

4學科競賽促教學

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是該課程教學的能力目標，為了踐行“手腦并用、學做合一”的校訓，同時也是理論課堂的延伸。在教學過程中積極組織同學參加材料類、材料加工類學科競賽，如全國大學生金相大賽、全國大學生焊接創(chuàng)新大賽等。通過學科競賽過程組織實施、方案設(shè)計、實踐、答辯等多個環(huán)節(jié)，鍛煉學生綜合知識的應用能力，從而提高運用課堂上所學的綜合理論知識來解決實踐競賽項目中遇到的實際問題，不斷掌握創(chuàng)新性解決新問題的方法，真正提高學生運用理論知識聯(lián)系工程實踐的綜合能力。[15-19]經(jīng)過學生和任課老師的共同努力，學生在學科競賽成果豐碩，獲得國家級、省級等多項獎勵。學生通過參加學科競賽，體會到了學有所用，所學理論知識可以真實解決實際問題，提高學生學習自主性并培養(yǎng)了創(chuàng)新思維。

同時，學科競賽過程中積累的成果又作為實踐教學資源素材反哺于教學。例如，在全國大學生焊接創(chuàng)新大賽中，師生們共同積累了大量的不同材質(zhì)熔池焊縫的結(jié)晶形態(tài)及熱影響區(qū)的組織形貌等真實案例素材，教學團隊將成果整理匯總后又融入前述2.2當中的液態(tài)成形和連接成形知識結(jié)構(gòu)單元中作為真實案例呈現(xiàn)，從而加深了學生對理論知識的理解。

5結(jié)語

“材料成形原理”是一門重要的學科基礎(chǔ)課，起著承上啟下的作用，既是“材料科學基礎(chǔ)”“金屬學及熱處理”等課程的延續(xù)，又為“沖壓工藝與模具設(shè)計”“塑料工藝與模具設(shè)計”等專業(yè)課程的學習奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過幾年建設(shè)，組建了一個具有扎實理論基礎(chǔ)和豐富實踐經(jīng)驗的“雙師型”專業(yè)教學團隊；對教學大綱和教學內(nèi)容進行了梳理優(yōu)化并進行知識結(jié)構(gòu)單元模塊化教學；建設(shè)了豐富的理論教學和實踐教學資源庫全方位服務(wù)于教學過程；學科競賽與教學有機結(jié)合，提高了學生分析解決問題能力和創(chuàng)新能力；并形成了基于真實案例和實際工程項目滲透理論教學為特色的應用型高校課程教學模式。通過課程改革，有效地夯實學生理論基礎(chǔ)，多維度地提高課程的教學質(zhì)量，培養(yǎng)高級應用型工程技術(shù)人才。

*通訊作者：邵甄胰

基金項目：四川省科技計劃重點研發(fā)項目（2019YFG0339），成都工業(yè)學院校級項目（2020ZR009）

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