《金屬材料成形工藝及設(shè)備》全息式教學(xué)改革

陳 辰

(鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

《金屬材料成形工藝及設(shè)備》是金屬材料方向的專業(yè)課程之一，通過講解合金的鑄造、焊接、鍛造、軋制、拉拔等多種制備工藝方法、設(shè)備以及原理，使學(xué)生獲得對金屬材料成形這一領(lǐng)域的全面、系統(tǒng)、深入的認(rèn)識。然而，在實際教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于課程內(nèi)容十分繁雜和零散，如通過傳統(tǒng)的方法進(jìn)行講授很容易導(dǎo)致百科全書式的教學(xué)過程，例如在液態(tài)成形(鑄造)章節(jié)，需要講授多種鑄造方法(如砂型鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、熔模鑄造等)、鑄造工藝控制(如缺陷控制、表面合金化、砂型性能調(diào)控、鑄型的分型、澆冒口及澆道的設(shè)計等)、鑄造相關(guān)設(shè)備(如磁選設(shè)備、篩分設(shè)備、烘干設(shè)備、混砂設(shè)備、實砂設(shè)備等)以及相應(yīng)原理(如鑄型常見缺陷形成原因、成形設(shè)備設(shè)計理念及相關(guān)機(jī)制、澆注系統(tǒng)設(shè)計原理等)，這些內(nèi)容很難通過逐條講述的方式使得學(xué)生對整個知識體系有著系統(tǒng)的認(rèn)識和深入的理解，得到的僅僅是通過死記硬背習(xí)得的離散的知識點，而難以進(jìn)一步“學(xué)以致用”以靈活解決實際問題。為了解決上述問題，最佳思路是將大量的知識通過內(nèi)在邏輯融合在一起，提煉出課程的核心框架，并在講解過程中理清所學(xué)知識之間的相關(guān)性，以及核心框架和細(xì)節(jié)內(nèi)容之間的聯(lián)系，以便學(xué)生更好地掌控所學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)對知識的有效利用，而“全息式教學(xué)”就是一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述思路的有效方法?！叭ⅰ?，顧名思義為事物的部分內(nèi)容蘊含著整體的全部信息，本質(zhì)上反映的是事物的組成部分之間的相互聯(lián)系性[1,2]。對于內(nèi)容零散繁雜的課程，通過“全息式教學(xué)”，能夠使學(xué)生更好地理解所學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在邏輯，進(jìn)而多快好省地掌握所學(xué)知識。筆者將以《金屬材料成形工藝及設(shè)備》的液態(tài)成型(鑄造)部分為例，從課前準(zhǔn)備，課堂內(nèi)容規(guī)劃，教學(xué)互動及課后鞏固幾個方面，探討“全息式教學(xué)”所需要的關(guān)鍵點以及相應(yīng)措施，以期推動《金屬材料成形工藝及設(shè)備》的課程改革，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出更高專業(yè)水平的學(xué)生。

1 課前準(zhǔn)備

由于《金屬材料成形工藝及設(shè)備》內(nèi)容繁雜，同時學(xué)習(xí)周期較長，因此會導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以抓住課程的主線以及各個知識點之間的關(guān)系?；诖耍谡n程開始前，需要將課程知識的核心內(nèi)容及其相關(guān)性通過網(wǎng)狀圖進(jìn)行歸納，并以此作為學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)的依據(jù)。在制作網(wǎng)狀圖的過程中，需要梳理各個知識點間的因果關(guān)系以及層級關(guān)系，例如，由于課程章節(jié)設(shè)置往往會先講解鑄造所需要的砂型的基本特點、性能要求以及相關(guān)制備設(shè)備和工藝，再講解鑄造過程中砂型以及鑄件可能發(fā)生的變化，但是在因果關(guān)系上，正是由于砂型-金屬熔體界面在鑄造過程中可能會產(chǎn)生多種缺陷，因此才需要砂型在諸如強(qiáng)度、透氣性、熱導(dǎo)率、緊實度等方面具有某些特定的性能。所以，在網(wǎng)狀圖中需要強(qiáng)調(diào)這一關(guān)系，并且在將缺陷產(chǎn)生的主要原因作為鑄造界面作用的下一層級，與砂型的各種性能進(jìn)行全面關(guān)聯(lián)，使學(xué)生在宏觀上理解這些知識點之間的邏輯關(guān)系。

2 課堂內(nèi)容規(guī)劃

在教學(xué)實踐中，基于課前準(zhǔn)備所提供的知識脈絡(luò)圖譜，在課堂內(nèi)容規(guī)劃上可以不必拘泥于章節(jié)的順序，在特定的知識節(jié)點處巧妙地將后續(xù)待講的內(nèi)容融入課堂教學(xué)之中。特別是一些包含多個章節(jié)內(nèi)容的關(guān)鍵知識鏈條，例如型砂的含水量-砂型性能-凝固過程砂型受熱引發(fā)結(jié)構(gòu)不均勻性-鑄件缺陷及改進(jìn)這一鏈條，知識點零散地分布在多個章節(jié)，而由于學(xué)生在每一節(jié)課都會記憶大量的零散知識，可能會導(dǎo)致在完成課程之后，并不能很好地理解其內(nèi)在原理。因此，在前文所述的網(wǎng)狀圖的引導(dǎo)下，在課堂學(xué)習(xí)過程中將后續(xù)知識簡明地加入，可以使學(xué)生在課堂上更好地理解和記憶相關(guān)知識并明晰其中的邏輯關(guān)系。同時，在同一鏈條上的知識點需要在教學(xué)過程中反復(fù)提及，并要求學(xué)生在知識脈絡(luò)圖譜上進(jìn)行標(biāo)注和記錄，以加深學(xué)生的印象，例如在講解砂型受熱后產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不均勻性時，需要帶領(lǐng)學(xué)生重新回憶型砂含水量與結(jié)合強(qiáng)度間的對應(yīng)關(guān)系，并提及后續(xù)可能帶來的不利影響(如表面膨脹類缺陷等)。這樣就能夠使學(xué)生在不斷接收這種相關(guān)性知識的條件下獲得對本課程更好的認(rèn)知，實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提升。此外，在教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃上應(yīng)引入多媒體技術(shù)等方式[3]，使學(xué)生能夠更加直觀地理解課堂內(nèi)容。

3 教學(xué)互動

在教學(xué)過程中會遇到大量問題-解決型環(huán)節(jié)，而這些環(huán)節(jié)的講解往往需要統(tǒng)籌全局，聯(lián)系前后課程所學(xué)知識才能夠有好的教學(xué)效果。同時，這個環(huán)節(jié)如果能夠?qū)⑷⑹浇虒W(xué)的思路融入，將會使學(xué)生得到更大的收獲。因此，在該環(huán)節(jié)，需要設(shè)計更好的互動方式，例如，在講解砂型的膨脹類缺陷時，可以先不提供解決方法，而是將其作為開放性問題對學(xué)生進(jìn)行提問，引導(dǎo)其基于已學(xué)過的知識進(jìn)行深入思考，同時在提示的過程中將知識鏈條中的關(guān)鍵性內(nèi)容不斷提供給學(xué)生，不僅起到復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)的作用，同時幫助學(xué)生在思考的過程中建立好的思維習(xí)慣。通過反轉(zhuǎn)課堂[4,5]、知識問答等形式均可以實現(xiàn)上述教學(xué)互動。教學(xué)實踐顯示，利用這種方式，學(xué)生不僅可以通過分析獲得很好的解決方案，同時還能夠提出有創(chuàng)造性的想法，引發(fā)課堂上的活躍討論，而這種討論往往又與課程中的其他章節(jié)產(chǎn)生聯(lián)系，能夠進(jìn)一步豐富知識脈絡(luò)圖譜的內(nèi)容，加強(qiáng)了知識間的聯(lián)系。

4 課后鞏固

課后鞏固是實現(xiàn)本課程全息式教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。由于課時的限制，許多內(nèi)容往往無法得到更加深入的講解，因此在課后需要根據(jù)課堂講解的情況，為學(xué)生提供補(bǔ)充資料和開放性問題，同時在問題設(shè)計上需要使學(xué)生全面思考，結(jié)合所有知識點自行規(guī)劃其中的邏輯關(guān)系，并在補(bǔ)充資料的輔助下，得到問題的最終答案。這樣不僅補(bǔ)足了全息式教學(xué)的重要一環(huán)，同時可以使學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中能夠從任一知識點聯(lián)想到所有章節(jié)的知識點，這樣也意味著將課堂知識學(xué)活學(xué)透，能夠在各種場合靈活地運用所學(xué)知識。

5 結(jié) 語

通過清晰地構(gòu)畫知識脈絡(luò)，并且在教學(xué)過程中采用“全息”的思路進(jìn)行內(nèi)容的合理安排與講解，將核心內(nèi)容及細(xì)節(jié)通過邏輯關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并在每一個知識點的講解中引出與其相關(guān)的內(nèi)容，有助于學(xué)生對《金屬材料成形工藝及設(shè)備》這一課程進(jìn)行更加深入和全面的理解，對教學(xué)質(zhì)量的提升有明顯的促進(jìn)作用，有益于金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)的順利進(jìn)行。