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高职工程材料和成型工艺教学方法

［摘要］主要介绍“工程材料与成型工艺”课程教学的方法,通过合理地安排教学内容,针对不同的成型工艺采用不同的课堂教学方式,尽可能以最生动形象的手段向学生传授知识.通过具体的案例式教学、质疑式教学、现场教学等方法,激发学生的学习兴趣,提高学生对知识的理解、接受能力；还可以利用校企合作和产学平台,让学生在实践中巩固理论基础知识、锻炼实际运用能力,进而达到提高学生在工程实践中的能力.

［关键词］精简教材；教学方式；观摩实践

［中图分类号］G712［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2018）11-0066-02

“工程材料与成型工艺”是高职模具设计及制造专业的一门专业基础课,在运用型人才的培养过程中具有重要的地位和作用,课程主要内容包括：金属的液态成型、金属的塑性成型、金属的连接成型和非金属材料的成型等.由于教学内容多、涉及面广、实践性很强,而教学学时安排比较少,加上学生专业背景知识比较缺乏,工程意识和实践能力相对较差,如果授课内容不分主次,且课堂上如果还仅采取板书和画图为主、挂图为辅的传统教学方式,学生是很难抓住重点的,也很难理解材料成型的微观过程、结构的变化以及机械制造业恢宏壮观的生产场面.基于这些原因,为提高学生对该课程的理解进而提高教学效果,本人对教材内容进行了系统的分析和研究,精简了该课程的授课内容并制定了相应的教学手段.经过几年的教学实践,从学生在课堂上的反应和在车间的实操情况来看,这些教学方法对提高该课程的教学效果是非常有效的,故在此总结成文供大家参考.

一、精简教学内容

工程材料与成型工艺教材的教学内容比较多,各种成型方法学时平均,重点不突出,按章教学会导致学生摸不清主次,抓不住重点,什么都学,但什么都学不透.针对这种现象,结合教学大纲,首先需要对教学内容进行精简.

第一,根据机械工程材料中金属材料所占比重大（约90％）的情况,重点讲授制造业中运用较多的液态成型的铸造、塑性成型的锻造、冲压和连接成型中的焊接等最典型的成型工艺.其中,铸造部分内容重点介绍砂型铸造,锻造部分重点介绍拔长、镦粗、冲孔和扩孔等基本工序,冲压部分重点介绍冲裁工序,焊接部分重点介绍手工电弧焊和气体保护焊等焊接方式,重点介绍的内容务必要让学生掌握透彻.至于铸造、锻造、冲压、焊接的其他成型方法及非金属材料的成型工艺只需作简单介绍.要重点介绍的每种成型方法一定要讲透最基础、最实用的理论知识,通过“对一个麻雀的详细解剖”,让学生自己对其他的成型工艺触类旁通.

第二,精选实例丰富的教学内容.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,贯穿每种成型方法教学的各个知识点,既可以在运用中理解知识重点和消化难点,又可以培养学生的工程实际运用能力.

通过上述对教学内容的组织和安排,使这门课程在内容上得到整体优化,达到既见树木,又见森林的目的.

二、采取多样化的课堂教学方式

(一)采用多媒体辅助教学

“材料成型基础”课程涉及成型方法众多,实践性要求高,有很多动态的内容,传统的实物展示和黑板板书画图,学生都不易理解,学校的实习工厂也不可能具备所有的实践条件,这就需要多媒体辅助教学.

1.动画模拟成型工艺过程

搜集、精选大量材料成型的视频、动画,制作成该课程的多媒体课件.如,砂型铸造用动画模拟液态金属由浇口杯注入模具浇注系统,通过直浇道和横浇道、内浇道充满模具整个型腔、冷却固化到将砂型打掉最后得到成型零件的整个生产过程,视频内容清楚描述了液态金属成型的微观、动态变化过程,通过动画还可以模拟由于铸型的结构工艺和铸型本身水气含量而导致的冷隔、浇不足和产生缩松气孔等缺陷.这样,原本看不见、摸不着的微观过程就变得可视化,这就使教学既生动又直观,感染力又强,把单纯的听觉语言变为视听同步的动画模拟,学生理解就变得轻松,教学难点就得到化解,学习由难变易,降低了学生学习的枯燥感,教学效率自然会提高.

2.录像演示具体生产过程

互联网上有大量机械制造行业的铸造成型、锻造成型和焊接成型的生产实际演示录像,可以将搜集到的各种工厂生产录像短片穿插于教学中,通过录像把无形变为有形、不可见转变为可见、无声转变为有声,这种教学方式能大大激发学生的学习兴趣,增强学生的感性认识和好奇心.例如塑性成型,观看汽车前桥的生产过程,可以使学生了解拔长、辊锻的设备工艺；观看法兰等盘状类零件的生产过程学生可以了解锤上模锻和自由锻的镦粗工序；超塑成形则展示了塑性差、变形抗力大的各种合金在特定的条件下能像橡皮筋一样伸长到原来的几倍至几十倍.这些录像可以大大拓宽学生的知识面,调动学生学习的兴趣.

(二)采用案例式教学方式

收集典型的工程案例,通过这个工程案例,将课堂教学的各个知识点贯穿起来,使学生在具体的情境中获取知识的同时掌握如何运用于工程实践中.

图1所示的法兰盘零件,通过砂型铸造的方式得到的法兰盘零件,需要几个步骤：（1）确定铸造工艺方案,这又分为三个步骤来讲解清楚,首先要讲明铸件的浇注位置如何选择,然后如何选择铸件的分型面,最后如何设计铸件的砂芯；（2）铸件浇冒口系统的设计,这个步骤需要着重讲清浇注系统的组成和作用,浇注系统的类型和应用以及冒口和冷铁的应用；（3）确定铸造工艺参数,在这里要详细介绍铸件的尺寸公差、铸件的收缩率、铸件起模的斜度以及最小铸出孔及槽和获取铸件后进一步机械加工所需要的机械加工余量.这样的案例教学不但能使学生获取生动、系统的理论知识,还增强了工程运用能力,激发了他们的学习兴趣,使其产生开拓创新的.

(三)采用质疑式教学方式

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,点燃思维的火花.教学中,针对学生认识模糊的原因,提出质疑,激起学生探讨理由的学习热情,引导学生进行多层次、多角度的深思.例如,讲授焊接成型时,针对焊接应力和变形对焊缝产生的危害,提出疑问（如图2）拼接大块钢板是否合理,为减小焊接应力和变形,其合理的焊缝布置和焊接次序应该如何？

这种疑问非常贴近生产实际,有些学生认为可以如此焊接,有些学生认为不可以,此时可以引导学生根据给定焊件的形状特点进行分析,根据焊接应力和焊接变形防止和消除的办法得出焊接顺序（如图3）.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了师生互动的内在潜力,使学生思维进入最佳活动状态,激发他们的求知欲、创造力,也使前后教学内容有机地衔接起来.

(四)采用现场生产式的教学方式

根据本课程工程实践性强的特点,可以充分利用学校实习工厂的设备,增加现场教学环节.例如焊接,可以带学生到实习车间,对学生现场演示手工电弧焊,现场讲解不同厚度的钢板焊接时对坡口开设的要求,如果采用不同的接头方式时焊的具体操作等.此外,还可以演示车间具备的气体保护焊焊接方式.在教师的指导下让学生现场实际操作,生产一些焊接零件,还可以拿一些不同焊接性能的材料给学生练习焊接,让他们自己比较焊接性能好的低碳钢和焊接性能差的高碳钢以及铝铜等材料焊后焊缝的质量,以满足学生的好奇心、成就感,调动学生学习的主动性、积极性.经过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”.

三、充分利用校企合作或产学平台,带学生现场观摩

利用校企合作或产学平台,让学生课外到企业的实际生产现场观摩,可以巩固、加深对各种材料成型工艺理论知识的理解.例如,到粉末冶金厂,让学生现场观看粉料的配制、制坯以及最后的烧结成型这一系列过程,并指导学生思考一些问题,比如,考虑粉末均匀填充及压坯密度,考虑脱模的困难以及影响烧结的一些因素以及获得制件后为提高物理、化学和力学性能的一些后处理手段；到组装生产摩托车的公司现场观摩各种焊接成型的方法以及焊接操作时需要注意的安全问题.同时还可以带学生到大型机械制造厂观摩材料成型后的热处理方式.通过这些现场观摩所获得的知识除了可以给学生积累实践经验之外还可以让他们感受先进生产工艺跟传统生产工艺的优势对比,激发他们学习并改革创新的动力.

总之,对实践性较强的课程,我们都需要根据教学内容研究相应的教学方法以提高学生对课程内容的理解,提高学生的理论水平和工程实践能力,让学生在校学习也能具备一定的实践运用能力.

参考文献：

［1］桑露萍,杨思一.精确砂型铸造技术［J］.中国教育技术装备,2010（6）.

［2］闫玉堂.砂型铸造工艺设计中托心（块）技术的应用［J］.铸造技术,2009（9）：1226.

［3］刘振伟,李湛伟.液态模锻技术现状及发展趋势［J］.金属材料与冶金工程,2008,36（5）：52-55.

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