思維導圖在“金屬工藝學”教學中的應用

王知鷙 江鵬 潘海軍

摘? ? 要：“金屬工藝學”課程主要包括機械工程材料、熱加工工藝基礎和冷加工工藝基礎，內容復雜。有限的時間，單一的教學模式，嚴重影響學生學習的興趣。思維導圖提供了一個提升傳統教與學效果的新途徑，通過圖形、顏色和符號協助記憶，有利于學生知識結構的建立，掌握重點內容的基礎上進行拓展延伸，提高學生的自主學習能力。文章嘗試將思維導圖引入“金屬工藝學”教學中，教學設計以及學生作業采用思維導圖的方式，使得學生不僅能掌握各類材料成型知識，還能靈活應用進行工藝設計，提高學生的學習興趣。

關鍵詞：“金屬工藝學”;高等教育;思維導圖

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）05-0081-03

一、“金屬工藝學”教學現狀

“金屬工藝學”是機械類專業學生必修的一門主干技術基礎課程，是一門實踐性很強的綜合性技術基礎課程，主要研究產品從原材料到合格零件或機器的制造工藝技術。其課程內容體系包含材料成形和機械制造工藝的基本理論、基本知識和基本方法，是培養學生綜合工程素質和技術應用能力十分重要的工程教育必修課[1]。

“金屬工藝學”所涵蓋的內容非常多，如圖1所示。隨著制造技術的不斷發展，工業領域的新材料、新工藝、新技術不斷涌現，使“金屬工藝學”所涵蓋的內容更加豐富[2]。由單純講授金屬材料，擴展到復合材料、功能材料;加工工藝已由傳統的冷、熱加工，擴展到聲、光、電等特種加工方法;加工設備由傳統機床擴展至數控機床、加工中心，不斷擴充的教學內容增加了教師教學及學生學習的難度。

以往上課都是應用傳統的教學方法，教師講，學生聽，對一些枯燥的理論基礎知識，學生積極性不高。只單純地教授理論知識，必然使學生無法理解相關內容，學習效果也得不到提高。雖然“金屬工藝學”課程也比較注重學生的動手能力，但是本課程的實驗內容涉及面廣，所需設備儀器多，如鍛造所需的模鍛機、特種鑄造需要的低壓鑄造設備、各種焊接方法的設備等，此外還受到實訓場地、人員等條件的限制，無法滿足在各類設備上操作的要求，致使學生動手能力提高有限。

常州大學的“金屬工藝學”針對多個專業的學生開設。比如，對于材料成型系學生，由于前期學習了工程材料或者金屬學熱處理的基礎課程，再學習本門課程時，基礎知識部分容易理解;而對于石油儲運的學生來講，前期沒有學習任何基礎知識，且要在32學時內將金屬材料部分以及后面工藝部分全部理解比較困難。針對多年教學過程中出現的上述情況，本教學方法主要側重于課程的邏輯性關系，利用思維導圖設計教學內容。先進的材料成型方法主要以觀看視頻為主，并且課后布置作業，讓學生將材料成型方法的原理、步驟、特點等用思維導圖的方式繪制，提高學生的自主學習能力;傳授學生目前比較先進的記憶方法，在此基礎上提高學生的預習、復習水平，從根本上理解本門課程的思路、方法、工藝選擇， 其不僅提供知識，更提供一種思維方式，是真正地授人以漁。

二、思維導圖的優勢

20世紀60年代，英國人東尼·博贊為了提高學生學習效果，在對大量筆記進行研究后，發明了思維導圖。思維導圖主要通過文字、圖像、符號、線條和顏色等這些要素繪制而成，把人們模糊零亂的思維變得清晰有序，把信息之間的關系變得易于理解和記憶。思維導圖的本質功能是促進人們的思維激發和思維整理，并將思維結果進行外部化呈現[3]。

思維導圖本質上是一種符號化的視覺工具和體系，它以一個概念或者主題作為起點，以學科知識內在的邏輯性和關聯性向前演進，將多個概念和主題連接起來，以直觀的形式展現出各個概念和主題之間的關系及其意義[4]。傳統的“金屬工藝學”教學方式按照書本一節一節地講解，全部結束后有的學生竟然不懂材料成型有幾種方法，一些基礎知識講解的是什么內容。若每節課講解之前先把整章用思維導圖的方式繪制，將文字充分轉化為圖形，這樣不僅與學生的記憶規律相適應，還可以提高學生的理解能力。而學生在記筆記的過程中也會進一步思考相關要點，可以使學生集中精力聽課。

繪制思維導圖的過程本身就是一個創造性的過程，因為繪制者要考慮如何設計主干、分支。學生在繪制思維導圖之前，必然會明確重點、難點，然后將不同的知識點聯系在一起，進而構建系統的知識體系，沿著思維導圖提供的發散思維訓練對思維導圖進行擴展，進一步豐富自己對知識的理解。經過親身練習，學生會對學科知識的學習產生濃厚興趣，進一步提升學習的主動性，并且可以有效提高學習能力，掌握有效的學習技巧，養成良好的思維習慣。

三、思維導圖在“金屬工藝學”教學中的應用

目前，課程的難點一部分在于對基礎知識的理解，另一部分是學習完本門課程后是否能將所學的知識融合在一起。為了解決這兩個問題，現分述如下。

鑄造基礎知識很枯燥，若以生產中鑄件容易出現的缺陷導入，逐一講解出現的原因，如何解決，將會提高學生的興趣。如：鑄件生產中容易出現冷隔、澆不足等缺陷，其主要與液態的充型能力有關，從材料內因分析結晶溫度范圍窄的液態合金，從表層逐層向中心凝固，且以胞狀晶生長，使得已結晶的固體表層比較光滑，對金屬液的阻力較小，金屬液可以持續流動以充滿型腔。這部分基礎知識不僅解決澆不足缺陷，而且與后續工藝設計中的材料選擇的聯系非常緊密。圖2是本門課程的第一篇章，重點內容包括液態成型基礎知識、工藝方案的確定和零件結構設計，且把每部分的關系進行了梳理。每小節的重點知識講解完后，給學生布置作業，以思維導圖的形式復習。

零件的成型方法可以是鑄造、焊接、壓力加工、機械加工其中的一種或者多種并用，為了提高學生對成型方法的整體認識，布置作業：漸開線齒輪如何獲得？如圖3所示，是一個學生自己繪制的思維導圖。學生課后通過翻閱書籍和網上閱覽查找齒輪成型方法，發現可以普通砂型鑄造，也可以熔模鑄造;可以鍛造成型，后續切削加工獲得所需精度;甚至可以將容易磨損的齒部分和固定部分分離制造，然后采用連接成型的方法。通過此作業，使得學生對多種成型方法加以區分比較，還可以提高學習的主動性，自主探索學習其他更先進的成型方法，并且把多種成型方法在有利的條件下綜合利用，學習了新的知識，對本課程也產生了濃厚的興趣。

四、思維導圖的討論與改進

“金屬工藝學”是一門理工學科課程，書本中含有大量的基礎理論、原則要求，不僅需要理解記憶，還要求能靈活應用。以往學生經常抱怨課程內容太多，很難記憶。但是經過一學期思維導圖的繪制，發現這門課非常有趣，也不是很難理解，因為每段話、每章節都有很強的邏輯性。只要課后認真復習，將重點內容梳理總結，發現枯燥生硬的概念不再是孤立的表達，而是邏輯鏈條中的一個環節。無論多么抽象的概念，不易掌握的、碎片化的知識都可以組合起來，建立相應的知識體系，并對思維導圖進行擴展。

教學實踐證明，利用思維導圖學習“金屬工藝學”這門課程確實是一種行之有效的教學手段。但是由于學生本身的差異，繪制水平參差不齊，有些學生可以通過學習別人的思維導圖，改進自己的思維導圖，使思維邏輯更進一層;有些學生繪制水平和理解水平有限，很難繪制出一幅完整的思維導圖。針對此類情況，教師在布置作業的時候應該給學生幾個模板，先繪制出主干供學生參考;可以把學生分成幾個小組，由于思維導圖沒有標準答案，一種知識可以呈現多種思維導圖形式或者一幅思維導圖形式呈現幾種不同的知識。學生之間互相交流，鞏固書本知識，拓展課外知識。另外，學生嘗試自己繪制思維導圖也可以預習新的知識。通過此過程可以發現，學生的不足之處在教學中有了突破，教師上課更加有針對性地講解，效果更好。

五、結語

“金屬工藝學”課程特點是內容多而繁雜、實踐性強、術語多、概念多、較抽象，且課時少。要想在有限的時間內提升教與學的效率，思維導圖是一種極為出色的工具，它有助于將多種基礎知識和工藝設計以形象直觀的方式呈現出來。不僅如此，利用思維導圖還有助于培養學生查閱國內外文獻資料的習慣，提高收集相關信息能力。這種良好習慣的形成，是學生在掌握零件成型工藝的同時所取得的學習上最大的收獲。

參考文獻：

[1]史曉亮，王玉伏，彭兆，等.基于教學與科研相結合的《金屬工藝學》課程教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2014（31）.

[2]李蕊，賀毅.基于CDIO的金屬工藝學課程體驗式教學改革[J].實驗室研究與探索，2017（6）.

[3]崔婷.淺談思維導圖在《機械制圖》教學中的應用[J].科技風，2019（14）.

[4]寧宇.思維導圖在古典拉丁語教學中的應用[J].大學教育，2020（6）.

編輯∕陳晶