將大學生科技競賽有效融入“金屬工藝學”課程教學

潘義川 李貞順

摘要“金屬工藝學”是高等教育中一門重要的專業基礎課，大學生科技競賽在“金屬工藝學”課程教學改革中是個很好的抓手。通過將課程教學任務和科技競賽項目相結合，學業導師全程指導和學生社團自我管理相結合，從大一到大四相貫通，有利于滿足工程教育認證、創新創業教育、課程思政和一流課程建設等對這一傳統課程不斷提出的新要求和新挑戰。

關鍵詞 工程教育；創新創業教育；課程思政；一流課程建設

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.12.036

“金屬工藝學”，或稱“機械制造基礎”“材料成形基礎”等，是高等教育中一門重要的專業基礎課，具有以下特點：①受眾學生多，面向機械設計制造及其自動化、材料成型及控制工程、機械工程、智能制造、車輛工程、能源與動力工程、汽車服務工程、工業設計等專業；②涵蓋內容廣，包括金屬材料基礎知識、熱加工工藝、冷加工工藝，涉及零件的宏觀形狀和尺寸、材料的微觀結構和力學性能等；③實踐性強，要求學生具備工藝設計師的基本能力和素質，能夠根據生產任務和生產條件制訂合理的加工工藝，并具有一定的可行性和經濟性。

1“金屬工藝學”課程教學面臨的挑戰

高等教育的發展對“金屬工藝學”這一傳統課程不斷提出新的要求和挑戰，主要包括以下幾個方面：

①工程教育認證基于“成果導向”理念，強化以學生為中心，培養解決復雜工程問題的能力[1]。要求明確課程目標、考核方式和考核標準，評價課程目標達成情況，并持續改進[2]。

②在“大眾創業、萬眾創新”的時代背景下，構建創新創業教育課程體系，需要注重面向全體與分類施教相結合、通識教育與融入專業相結合、理論學習與強化實踐相結合[3]。

③課程思政要求突出專業課程教學的育人導向，將德育與專業教學有機融合[4]。在行業背景、行業規范、實踐視角以及自主思政強化等方面開展課程思政，形成貫穿始終的行業規范滲透方法[5]。

④一流課程建設要將提升高階性、突出創新性、增加挑戰度作為基本原則[6]，創建新型課堂結構、教學方式、教師教法和學生學法，引導學生思考工程材料在機械制造過程中的重要性和基礎性[7]。

2大學生科技競賽融入課程的方法

大學生科技競賽，尤其是納入“全國普通高校學科競賽排行榜”的大學生科技競賽，是課堂教學改革中一個很好的抓手。如果能夠將其有效融入“金屬工藝學”課程教學，則非常有利于解決以上挑戰。主要融入方法包括“兩結合、一貫通”：

2.1課程教學任務和科技競賽項目相結合

如圖1所示，全國大學生金相技能大賽、材料熱處理創新創業大賽、鑄造工藝設計賽等三項賽事專業性較強，分別與金屬材料、熱處理、鑄造等課程教學任務密切相關。目前還沒有與塑成形、焊接成形、切削加工等密切相關的賽事納入排行榜，學校可根據自身情況組織校賽。通過以上比賽遴選種子項目，進一步優化培育，可參加更高級別的綜合性競賽，如挑戰杯全國大學生競賽、中國互聯網+大學生創新創業大賽等，或申請省級、國家級大學生創新創業訓練計劃。

2.2學業導師全程指導和學生社團自我管理相結合

通過學業導師制，在教師和學生之間建立一種導學關系，融課堂內的理論教學、實踐教學和課堂外的大學生科技競賽指導為一體，進而延伸到關注學生從入學到畢業整個教育過程和學生的思想、學習、生活等各個教育環節。尊重學生個人興趣，發揮學生個人專長，促進學生的個性發展和分類發展。

組建金工社團，以“學生科技社團+開放實驗室”的運行模式培養學生的創新能力[8]。圍繞大學生科技競賽，將課堂內外的活動有機結合起來。加強社團骨干的選拔、培養工作，使社團活動在德才兼備的骨干成員的管理下保持活力，持續發展。以老生帶新生，發揮傳幫帶作用，培養學生的團隊意識和合作能力，最終實現自我教育、自我管理、自我服務。

2.3大一到大四相貫通

如表1所示，根據教學進程安排，有的競賽可與課程授課同步進行，有的競賽則可作為課程的延續，并于第7―8學期的課程設計、畢業設計等結合在一起，從而保持連續性，實現常態化。以一屆學生，即4年為一周期進行評估評價，持續改進。

3大學生科技競賽融入課程的成效——以金相技能大賽為例

金相技能大賽比賽樣品分4種：純鐵、20鋼、T10鋼、球鐵等。要求選手領取指定樣品，并選取最多6張金相砂紙、1張拋光布及1支拋光膏，在30分鐘內完成磨制、拋光、浸蝕、顯微鏡觀察等工序，最終制備出供評委評分的樣品。金相樣品評分標準包括：①金相圖像質量：要求組織正確清晰，無顯微劃痕，無假象；②樣品表面質量：要求觀察面平整，無污跡、坑點、宏觀劃痕；③操作規范。

將金相技能大賽與“金屬工藝學”課程相結合，可在以下3個方面取得良好成效：

3.1使學生掌握金相制樣方法和顯微鏡基本使用方法

金相技能是產品質量檢驗和材料研究開發中經常用到的一項重要技能。通過對以上4種樣品的練習，可使學生掌握較硬材料和較軟材料不同的制樣方法，能夠合理選擇金相砂紙、拋光布和拋光膏的型號，合理分配磨光和拋光時間、粗拋和精拋時間，合理選擇浸、滴、擦等腐蝕方法，準確分辨劃痕、假象、污跡等制樣缺陷，避免對金相組織的誤判。

3.2使學生熟悉純鐵、20鋼、T10鋼、球鐵的金相特點

3.3使學生理解Fe-Fe3C和Fe-石墨雙重相圖

Fe-C相圖貫穿“金屬工藝學”課程教學，是本課程的一條主線也是重點和難點。通過比較以上4種樣品的金相特點，可引導學生深刻理解相圖中所表達的金相組織隨C含量變化的規律。從純鐵到20鋼、T10鋼、球鐵，隨C含量增加，金相組織從鐵素體向珠光體、石墨轉變。同時啟發學生理解Fe-Fe3C和Fe-石墨雙重相圖的關系，理解鋼和鐵在成分、工藝、結構、性能等方面的本質區別，將抽象的問題具體化。

4大學生科技競賽融入課程的成效——以鑄造工藝設計賽為例

鑄造工藝設計賽本科生組有4個題目：A球鐵鑄件、B鑄鋼件、C灰鐵鑄件、D鑄鋁件。參賽學生（個人或團隊）在專業教師的指導下獨立完成設計方案，設計內容和評分重點包括：對零件的理解與分析，選擇造型、熔煉、澆鑄方法，工藝設計（含工藝參數、澆冒口系統、砂芯、工裝輔具等），設計優化（含三維造型、模擬計算驗證等），編寫工藝圖、工藝卡等工藝文件，選擇鑄件清理、熱處理、缺陷預防措施等。

將鑄造工藝設計賽與“金屬工藝學”課程相結合，可在以下3個方面取得良好成效：

4.1提高學生對零件圖的讀圖和繪圖能力

鑄造工藝設計的首要任務是理解和分析零件。通過讀圖想象零件的三維形狀，明確加工表面的技術要求，結合零件的使用背景確定鑄造工藝設計重點。完成鑄件三維建模，并圍繞設計重點構思設計方案。在該過程中，可促使學生將“金屬工藝學”與“機械制圖”“互換性原理與技術測量”等課程內容有效結合在一起，形成對鑄件產品的全面認識。

4.2增加學生的鑄造工藝設計經驗

參賽的鑄造工藝方案，要求盡可能地匯集零件鑄造的全過程，具有一定的可使用性、可操作性和經濟性，基本能用于生產實踐中指導生產，使操作者按照這份工藝基本能夠做出一個完整的鑄件。在該過程中，可促使學生將“金屬工藝學”與“金工實習”等課程內容有效結合在一起。在“金工實習”中學生以操作工的角色完成鑄造生產過程，在“金屬工藝學”中學生以工藝設計師的角色理解鑄造工藝設計中需要解決的核心問題，能夠提出多種解決方案，并判斷各個方案的優缺點。

4.3加深學生對鑄鐵件、鑄鋼件和鑄鋁件的認識

鑄鐵件由于石墨化膨脹而收縮率較低，一般采用同時凝固的方式，避免設置過多冒口；鑄鋼件由于收縮率較大，為了避免縮松、縮松缺陷，需采用順序凝固的方式；鑄鋁件要注意氣孔缺陷。通過對4種鑄件的比較，使學生能夠針對不同的鑄造合金，理解其可能出現的鑄造缺陷，選擇合理的鑄造工藝設計方案

5結語

“兩結合、一貫通”融入方法應與學校的實際情況相結合。競賽項目不貪多，突出重點和亮點；參與學生不求全，通過骨干學生帶動后進學生。將大學生科技競賽有效融入“金屬工藝學”課程教學，將獲得一加一大于二的效果。

①將科技競賽內容和評分標準納入課程考核，實現“考”“賽”一體。使學生能夠以工藝設計師的角色，初步具備零件加工方案的設計能力，并在與全國大學生的競爭中不斷提高。

②使雙創課程體系和專業課程體系相配合，提高項目落地率，完善創新創業平臺，健全對本校教師和在校學生的激勵機制，改進評價體系，為雙創教育提供新的發展路徑。

③從歷年參賽經歷中凝練生動的思政案例，讓老生以親身經歷現身說法，宣傳愛國主義、科學倫理和工匠精神，幫助學生在學習過程中增強獲得感。實現教學過程從填鴨教學向互動教學轉變，從封閉式向開放式轉變。

④從歷年參賽獲獎項目中凝練典型的工程案例，實現教學資源從文字到圖片再到數學模型的轉變，從靜態到動態的轉變。緊跟“中國制造2025”國家戰略和機械行業發展需求，探索傳統工科課程轉型升級的新思路。

基金項目：山東交通學院2021年度教學改革研究項目“立足交通行業的材料加工典型教學案例研究與實踐”（2021XJYB15）。

參考文獻

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