民航特色材料物理專業(yè)工程應(yīng)用課程的教學(xué)

蒙柯江

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722040

摘要：中國民航大學(xué)特色材料物理專業(yè)的設(shè)置是為了培養(yǎng)具有較深厚物理學(xué)基礎(chǔ)、掌握材料科學(xué)基本理論和材料研究與測試方法的高等專門型人才，使該專業(yè)畢業(yè)生能夠在相關(guān)部門從事研發(fā)設(shè)計、功能測試、質(zhì)量管理及生產(chǎn)活動。材料物理是材料學(xué)及物理學(xué)的交叉性學(xué)科，該專業(yè)下的工程應(yīng)用課程具有非常強的學(xué)科綜合性和應(yīng)用廣泛性，因此，本文就以工程應(yīng)用中的重點章節(jié)為對象，進行教學(xué)案例分析，以期提升該項課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：材料物理；工程應(yīng)用；課程教學(xué)；案例分析

一、工程應(yīng)用科目設(shè)置意義

材料物理專業(yè)是中國民航設(shè)置的相當(dāng)具有特色的一個專業(yè)，該專業(yè)以社會需求為導(dǎo)向，理科和工科的綜合型專業(yè)背景使該專業(yè)畢業(yè)生更容易進入民航行業(yè)，從事材料的研發(fā)、產(chǎn)品的功能檢驗、材料生產(chǎn)流程管理、質(zhì)量監(jiān)督等專業(yè)性較強的領(lǐng)域，亦可進入研究所從事相關(guān)理論研究。學(xué)院在材料物理專業(yè)設(shè)置上，堅持兩個重點：其一，專業(yè)應(yīng)該具有學(xué)校特色，即以滿足民用航空行業(yè)人才需求為目標(biāo)，其課程設(shè)置要結(jié)合市場，讓學(xué)生學(xué)以致用，材料學(xué)專業(yè)和物理學(xué)專業(yè)課程的開設(shè)，保障該專業(yè)學(xué)生具備扎實深厚的雙專業(yè)理論基礎(chǔ)；其二，在本科階段中后期，增加了理科、工科間的交叉性課程、前沿性科學(xué)的設(shè)置，旨在培養(yǎng)理、工兼?zhèn)淝揖o跟時代前沿的復(fù)合型高級人才。工程應(yīng)用科目的設(shè)置就是為了在保持學(xué)院特色的基礎(chǔ)上，加強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，讓學(xué)生將所學(xué)知識更好地與市場需求對接，為民航行業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的從業(yè)者。

二、工程應(yīng)用科目的設(shè)置重點

材料物理專業(yè)下的工程應(yīng)用課程是該專業(yè)的必修課程，也是理論同實踐相結(jié)合的經(jīng)典課程，其中涉及諸多重點，包括高溫合金的精密鑄造、鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料的成型等。本小節(jié)就以上述的材料鑄造和成型為例進行分析。

工程應(yīng)用課程的重點之一，高溫合金的精密鑄造。高溫合金廣泛運用在航空領(lǐng)域，其中比較典型的應(yīng)用主要體現(xiàn)在渦輪發(fā)動機中的構(gòu)成零件，比如，渦輪空心葉片、機匣以及調(diào)節(jié)葉片中。在CFM56、PW4000、RB211等諸多發(fā)動機機型中，精密的高溫合金鑄件都是其中關(guān)鍵技術(shù)的核心，發(fā)動機的相關(guān)組件精密且復(fù)雜，對澆注和凝固過程所需的工藝要求相當(dāng)苛刻，鑄件的微觀結(jié)構(gòu)會影響到其工作時所表現(xiàn)出的性能，是講解的重點內(nèi)容。

工程應(yīng)用課程的重點之二，鋁合金的焊接成型。目前，綜合安全性能和經(jīng)濟性能的考慮，鋁合金仍然是民用飛機機身結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成材料，飛機機身的結(jié)構(gòu)強度是保障飛機安全飛行的因素之一，因此，鋁合金的焊接工作需要得到重視，鋁合金物理性質(zhì)不適宜熔化焊接，只能通過摩擦焊進行焊接。所謂摩擦焊即利用摩擦，提高需要焊接部位的溫度，從而達到塑化的目的，焊接過程中的發(fā)熱量的控制以及材料熔化后流動形態(tài)的預(yù)估判斷都增加了這項工藝技術(shù)的難度。

工程應(yīng)用課程的重點之三，鈦合金的塑性成型。發(fā)動機中的空心寬弦葉片就是利用鈦合金的超塑性成形技術(shù)生產(chǎn)完成，同傳統(tǒng)材料相比，利用超塑性完成的鈦合金葉片，有效提升了飛機抗外物撞擊的能力，減輕了葉片重量和葉片旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，較少了能量的消耗，提高了工作效率。因此，在對鈦合金完成塑性的過程中，如何實施工藝的優(yōu)化是重中之重。

三、工程應(yīng)用中的案例教學(xué)

工程應(yīng)用課程作為一門理論和實踐密切結(jié)合的課程，目前來看，工程應(yīng)用課程在學(xué)時設(shè)置上用時相對不足，而且知識點分散且不夠深入。為了加強學(xué)生的深入學(xué)習(xí)，并且對本課程產(chǎn)生系統(tǒng)化認知，本課程主要采用案例教學(xué)方法，以期彌補課程編寫和設(shè)置上的不足。所謂案例教學(xué)法，就是以實際案例為對象，通過預(yù)測、分析和改進對案例進行深度剖析的過程中，夯實學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識，并且通過多樣化案例的引入拓展學(xué)生的視野、增強學(xué)生識別問題解決問題的能力，在開放式的探討過程中還能加強學(xué)生的發(fā)散思維、合作能力以及溝通表達的能力，這種教學(xué)法的實施過程如下圖所示。以“熔模鑄造技術(shù)在渦輪空心葉片制造中的應(yīng)用”為例，首先教師精

選出一個案例，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，然后將案例中的相關(guān)知識點分成若干模塊，如熔模鑄造技術(shù)、空心葉片應(yīng)用、熔模鑄造中陶瓷芯的制備等，分別進行系統(tǒng)講解，通過軟件模擬實驗加深學(xué)生對實驗過程的整體印象，最后通過對學(xué)生實驗過程及細節(jié)的提問，或是改變原有方案設(shè)定，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容進行相關(guān)改進等方法，得到相應(yīng)的教學(xué)反饋。

案例教學(xué)方法的實施過程圖

四、總結(jié)

民航院校的特色材料物理專業(yè)所開設(shè)的工程應(yīng)用課程，就是在保留有民航特色的基礎(chǔ)上，為了培養(yǎng)兼具有理、工交叉滲透科學(xué)背景、實踐操作性強且具有科技前沿視野的綜合型高級人才，因此工程應(yīng)用課程在設(shè)計的時候就會加強對學(xué)生基礎(chǔ)理論的夯實、以案例實驗為主并且引入國際上新技術(shù)發(fā)展動態(tài)，以期實現(xiàn)復(fù)合型人才培養(yǎng)。

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