浅析材料成型工艺基础课程教学改革研究与实践

　　材料成型工艺基础课程是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课，在应用型本科人才的培养过程中具有重要的地位和作用，主要内容包括：铸造、锻压、焊接粘接和非金属材料成型等，教学内容多、涉及面广、实践性强，而教学学时又比较少（30学时），加上大三的学生之前只进行过四周的金工实习和学习过机械工程材料课程，工业背景知识缺乏，工程意识和实践能力相对较差，因此以板书为主、挂图为辅、黑板上画相图、粉笔头上出概念的教学模式，难以体现材料成型的微观过程、结构变化、多样性及机械制造业恢弘的生产现场，教学难度大，学生普遍感觉该课程抽象、枯燥、杂乱、难学，学习热情不高，学习效果不理想，甚至产生厌学情绪，导致学生在后续一些专业课程实训和毕业设计、制造环节中存在设计工艺性差、不会选择材料成型方法或选择时错误较多等问题。因此，针对材料成型工艺基础课程所处的这种教学现状，进行了教学改革研究与实践。
　　一教学内容的改进
　　针对教学内容多，各种成型方法学时平均，重点不突出，导致学生学不精、学不透，实用性不强的现象，结合教学大纲，取舍、改进了教学内容。
　　第一，在总学时一定的条件下，重新分配各章节学时。根据机械工程材料中金属材料所占比重大（约90）的情况，重点讲授制造业中应用较多的铸造、锻压、焊接等最典型的成型工艺，如铸造部分重点介绍砂型铸造、冲压部分重点介绍用量最大的冲裁工序、焊接部分重点介绍电弧焊，至于铸造、冲压、焊接的其它成型方法及非金属材料的成型工艺只作简单介绍，新工艺、新技术部分让学生利用课外时间自学了解，做到重点解剖一个麻雀、触类旁通。
　　第二，每种成型方法只讲最基础的理论知识，不进行过多的理论性探讨，真正实现基础理论够用，专业知识适用，行业技能管用。
　　第三，精选实例丰富教学内容。针对课程实践性强、各种成型方法相对独立的特点，搜集、精选一些实际生产中材料成型工艺的典型案例，贯穿每种成型方法的各个知识点，既从应用中理解知识重点和消化难点、学以致用，又培养了学生的工程技术应用能力。
　　通过以上教学内容的组织和安排，使学生对该课程有一个全面、系统的了解，既见树木，又见森林，使这门课程在内容上得到整体优化，突出了教学重点与教学内容的实用性，增强了学生的工程实践能力。
　　二运用现代化的教学手段
　　材料成型工艺基础课程涉及成型方法多，实践性要求高，有很多动态的内容，传统的实物展示、黑板板书，学生不易理解，又很难展示，这就给了现代多媒体教学更大的用武之地。
　　1动画模拟成型工艺过程
　　搜集、精选了大量的材料成型方面的图片、动画，制作了该课程的多媒体课件。动画内容清楚描述了材料成型的微观、动态变化过程，如注射成型用动画模拟了塑料原颗粒在注射机料斗中流入料桶、利用料桶外加热装置渐变为熔融状态、在液压缸驱动的螺杆推压下向前运动、由注射机喷嘴注入模具浇注系统、充满模具整个型腔、冷却固化、在注射机开合模机构作用下实现模具分型、由注射机推出机构带动模具推出系统将成型零件从模具内推出的整个生产过程〔1〕。通过动画模拟使机床、模具内看不见摸不着的微观过程可视化，形象生动、直观、感染力强，变单纯的听觉语言为视听同步的动画模拟，理解轻松，难点化解，学习由难变易，降低了学生学习的枯燥感，提高了教学效率和教学效果。
　　2录像演示具体生产过程
　　将搜集、制作的压力铸造及熔模铸造生产录像短片穿插于特种铸造成形工艺与设备中，将模锻生产录像短片穿插于锻造成形工艺与设备中，将点焊缝焊生产录像短片穿插于焊接成形工艺与设备中，这种录像演示生产过程的教学模式将无形变为有形、不可见转变为可见、无声转变为有声，激发了学生的学习兴趣，增强了学生的感性认识和好奇心，展示了实际工业生产中的恢宏、壮观，弥补了学生工艺和专业知识的缺乏，拓宽了学生的知识面，调动了学生的积极性，提高了教学效果。
　　三探索、实践新型教学方法
　　1结合工程实例的案例式教学
　　根据各种成型方法相对独立的特点，利用授课教师大都属于双师型、具有实际工程背景的优势，收集各种典型的工程案例，用一个个具体的实际工程案例，将课堂教学的各个理论知识点贯穿起来，使学生在具体的问题情境中获取理论知识的同时又掌握如何将理论应用于工程实践中。，利用连轴器零件的一系列成型图片贯穿讲解了砂型铸造工艺设计、模型设计、芯盒设计、配砂、混砂、造型、造芯、合型、浇注、落砂、清理等全部生产过程。在讲解铸造工艺设计时，结合连轴器零件，具体分析分型面选择、铸造收缩率、机械加工余量、脱模斜度、最小铸出孔、铸造圆角、浇注系统、冒口等工艺设计的原由、选取方法、表达形式、选定具体数值，以增加知识的系统性和应用的直观性。
　　根据往届毕业生就业后或在校学生毕业设计、答辩过程中普遍存在掌握材料成型理论知识但不会实际应用，导致图纸信息不全或加工工艺性差等问题，强调工艺参数在工程实践中的正确表达形式，如：脱模斜度是铸造零件设计时必须选择的工艺参数，在工程实践设计中，为简化画图工作量，脱模斜度可以不画出，但在技术要求中要注明，标注形式多用以下两种形式：未注脱模斜度1或未注脱模斜度1：50。同时，垂直分型面的径向尺寸为避免因脱模斜度引起异议，必须注明大小端。因此在铸造工艺全部讲完后，给出工程实践需要的连轴器毛坯图，强调技术要求表达：（1）未注脱模斜度2（2）径向尺寸均为小端尺寸；（3）未注铸造圆角R内4，R外2。这样的案例教学不但使学生获取生动的、系统的理论知识，还增长了工程应用能力，这种与实践需求的对接能够触动学生心灵，激发学习兴趣，使其产生开拓创新的激情，培养学生实践能力和创新能力，并从实际应用中理解重点和消化难点。经过这种实践历练的学生拥有的是活的能力，而非死的知识，正所谓授之以鱼，不如授之以渔。
　　2设置疑问式教学
　　宋代教育家朱熹说：学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进。疑者觉悟之机也。学起于思，思源于疑，有疑才能激发强烈的求知欲望，点燃思维的火花。教学中，针对学生认识模糊的问题，提出质疑，激起学生探索问题的学习热情，引导学生进行多层次、多角度的思考，例如：讲授压力铸造工艺过程后，针对金属液快速、高压充填金属模具的特点，在铸件内部容易产生较多气孔，适用于铸件形状复杂、表面质量高、璧厚较薄、力学性能相对较高等场合。这时给出汽车发动机缸体、摩托车发动机汽缸头、空调压缩机缸体等零件的实物图片，提出疑问：这些铸件能否采用压力铸造方法成型？学生根据给定铸件的形状特点、质量、璧厚等逐一分析、对照后，有些回答可以采用压力铸造，有些回答不能采用压力铸造，经过疑惑、讨论、争论之后，引出低压铸造方法，由此从感性上加深学生对两种成型方法的认识和区别。实践告诉我们：这样的巧设疑问，在疑、答、辩的过程中充分调动师生双边的内在潜力，使学生思维进入最佳活动状态，激发了学生的求知欲、创造力，也使前后教学内容有机的连接起来。
　　3突出实际的现场教学
　　根据本课程工程实践性强特点，结合模具拆装实验室条件，利用金工车间现有的注射机、冲床等设备，增加了两次现场教学环节。一次是到模具拆装实验室现场拆装注射模具结构，讲解注射模具如何正确安装到注射机上，注射机如何带动模具实现注塑工艺工作过程；第二次是到冲床的实际现场讲解冲压模具的结构、冲压模具如何正确安装到冲床上，现场演示冲床带动模具实现冲压工艺的工作过程，并在老师指导下抽调部分有兴趣的学生现场实际操作、生产出一些冲压零件，以满足学生的好奇心、神奇感，调动学生的主动性、积极性，这些做法克服了以往死记硬背知识的现象，促进了学生对理论知识的感性认识、灵活掌握、综合分析与创新能力的发展。
　　四充分利用校企合作或产学研平台，让学生在实践中锻炼能力
　　充分利用校企合作或产学研平台，让学生课外参与企业的实际生产和老师的科研项目，巩固、加深对各种材料成型工艺理论知识的理解，并应用于实践当中，引导学生自主解决实际生产问题，培养学生分析工程实践问题和解决工艺技术问题的能力，提高学生创新能力，例如机电系学生利用校企合作或产学研平台参与制作的汽车轮毂轴管复合挤压作品和铝硅合金真空密封造型铸造作品分别荣获全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖和河南省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖，已经结下丰硕的成果，取得了优异的成绩。总之，以培养机械类应用型本科人才为目标，对实践性强的《材料成型工艺基础》课程进行了教学改革研究与实践，通过合理安排教学内容，实现基础理论够用、专业知识适用、行业技能管用；运用动画模拟成型工艺过程、录像演示具体生产过程等现代化多媒体教学手段，生动、直观、感染力强，提高了教学内容的形象化和实物化；运用案例式教学、设置疑问式教学、现场教学等新型教学方法，增加了知识的系统性，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的工程实践能力；利用校企合作或产学研平台，让学生在实践中巩固理论知识、锻炼应用能力，提高了教学效果。这些教学改革对实践性很强的其它专业课程具有一定的借鉴和指导意义。