以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的金屬工藝學(xué)課程教學(xué)改革研究

尚飛　曹麗英　孟可可

摘要：金屬工藝學(xué)作為一門理論知識與實際生產(chǎn)結(jié)合緊密的綜合性專業(yè)必修課程，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)能力為后續(xù)工作打基礎(chǔ)的重要作用。然而，目前的課程講授中存在著課時緊張、理論與實踐結(jié)合不夠緊密、學(xué)生興趣度不高以及課程考察相對刻板等問題，使得其與培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標(biāo)漸行漸遠(yuǎn)。因此，該文從創(chuàng)新型人才培養(yǎng)角度出發(fā)，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及考察方式三個方面探索改革模式，發(fā)揮學(xué)生的主體地位，提高學(xué)生的參與度，引導(dǎo)其積極思考，最終提高學(xué)生創(chuàng)新意識與綜合能力。

關(guān)鍵詞：金屬工藝學(xué)創(chuàng)新實踐開放性工程教育

中圖分類號：G642.0;TG-4? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2022）03（a）-0000-00

Research on the Teaching Mode of Metal Technology Course Aiming at the Cultivation of Innovative Talents

SHANG Fei? CAO Liying? MENG Keke

（School of Mechanical Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou， Inner Mongolia Autonomous Region，014010China）

Abstract： Metal technology is a comprehensive professional compulsory course with close combination of theoretical knowledge and practical production. It plays an important role in cultivating students' comprehensive ability and laying the foundation for follow-up work.However， there are some problems in the current course， such as less class hours， insufficient combination of theory and practice， low students' interest and relatively rigid course investigation，which makes it far away from the goal of cultivating innovative talents.Therefore， this article explore the reform mode in three aspects： teaching methods， teaching contents and investigation methods from the perspective of innovative talent training， giving full play to students' dominant position， improve students' participation， and guide them to think actively. Finally， improve students' innovative consciousness and comprehensive ability.

Key Words： Metal technology; Innovate; Practice; Open; Engineering education

高等院校是貫徹國家自主創(chuàng)新戰(zhàn)略、建設(shè)新型國家的重要力量，在建設(shè)創(chuàng)新型國家過程中擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)人才的重大責(zé)任，而隨著國際形勢的變化越來越體現(xiàn)出創(chuàng)新型人才的重要性，高校傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式越來越難以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，消除目前培養(yǎng)模式的弊端，注重學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式才是高等教育的必然趨勢，同時也符合工程教育認(rèn)證培養(yǎng)目標(biāo)的要求[1-3]。

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)不能單存依靠整體政策或是某個有針對性的課程的開設(shè)進(jìn)行，需要將這種理念與思路灌輸至每門課程的整個教學(xué)環(huán)節(jié)之中[4]。金屬工藝學(xué)作為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課，具有理論與實踐結(jié)合度高、內(nèi)容廣泛、多學(xué)科融合、是后續(xù)學(xué)習(xí)與從事生產(chǎn)技術(shù)工作的基礎(chǔ)等特點，在專業(yè)課程體系中占有著重要地位[5]。針對金屬工藝學(xué)在教學(xué)過程中應(yīng)更加重視綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，通過課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生獲得合理有效的理論知識，學(xué)會分析、解決實際生產(chǎn)技術(shù)問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的學(xué)習(xí)理念及工程實踐創(chuàng)新的意識，一方面提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和水平，更重要的是提升學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，加強(qiáng)未來的社會工作競爭力[6-7]。但是目前課程無論從體系、內(nèi)容設(shè)置、授課方式以及考核方法等方面都與目標(biāo)存在著一定差距，因此為實現(xiàn)以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)需要對金屬工藝學(xué)進(jìn)行教學(xué)改革研究。

1 課程問題剖析

金屬工藝學(xué)為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是一門理論知識與實際生產(chǎn)結(jié)合緊密的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課程，其授課內(nèi)容主要圍繞著四類加工工藝（鑄造、壓力加工、焊接以及切削加工）進(jìn)行講授。整個課程存在以下幾個方面的問題：

（1）內(nèi)容豐富，授課課時緊張。課程所涉及的內(nèi)容包含四大類加工工藝，同時對于每個加工類型又可能細(xì)化為不同的加工方法，整個加工工藝的講授過程中包含有加工原理、工藝發(fā)展過程、加工方法特點分析、不同加工工藝與方法的類比分析以及結(jié)構(gòu)工藝性分析等內(nèi)容，加之部分前修課程授課間隔時間可能偏長，為保證課程的連貫性與整體性，需在課堂中加入簡單對前修課程進(jìn)行復(fù)習(xí)，占用了本就緊張的課時。上述條件最終決定了課程知識點更多地浮于表面難以深入講解，阻礙了學(xué)生們進(jìn)行理解性記憶。

（2）課程重理論輕實踐，結(jié)合不夠緊密。課程內(nèi)容雖然圍繞著幾種具體的金屬加工工藝展開，但是本應(yīng)與所授內(nèi)容緊密結(jié)合的金工實習(xí)更加注重實操過程，在實操過程中各工藝的重要環(huán)節(jié)與加工特點并未進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，因此在課程講授過程中的呼應(yīng)性不強(qiáng)，學(xué)生對操作過程中體現(xiàn)的理論知識印象并不深刻，加之學(xué)生缺少足夠的工程實際經(jīng)歷，使得講授過程中更多地停留于理論層面，與實踐的結(jié)合部分偏少，對學(xué)生綜合能力的提高幫助不大，未能很好地體現(xiàn)出本門課程理論聯(lián)系實際的特點。

（3）內(nèi)容陳舊，學(xué)生興趣度不高。加工工藝并未隨著加工技術(shù)的快速發(fā)展而同步更新（如粉末鍛造、微塑性成形、磁脈沖加工、激光拼焊、化學(xué)銑切、智能加工等），所授內(nèi)容與學(xué)生就業(yè)預(yù)期及實際存在一定的偏離情況，學(xué)生不認(rèn)為或不愿意從事傳統(tǒng)的加工工作，學(xué)生關(guān)注度與興趣點與所授重點不相吻合，前沿性與創(chuàng)新性的缺失使得學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，阻礙了創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

（4）課程考察相對刻板，課后作業(yè)主要以考察所學(xué)知識點為主，未能通過課后作業(yè)等形式充分調(diào)動學(xué)生查閱資料的意愿與探索創(chuàng)新領(lǐng)域的欲望，這與工程教育認(rèn)證以及創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的思路相悖，而考試題目均是對知識點的記憶性考查，缺少對學(xué)生問題分析等綜合能力的考察。

因此，為滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)初衷并適應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求，針對金屬工藝學(xué)課程從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及考察方式等方面做出改革，提高學(xué)生創(chuàng)新意識與綜合能力。

2 教學(xué)方法的改革

2.1 問題引導(dǎo)

課程開始時提出一個與所學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問題，并在該部分內(nèi)容講授完成后由學(xué)生解答，由問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)與知識點掌握，通過回答考核學(xué)生掌握情況并加深對知識點記憶，例如：在講授砂型鑄造內(nèi)容之前提出能否使用金屬型進(jìn)行鑄造，如果可以應(yīng)選用什么樣的金屬材料，鑄造過程中是否應(yīng)采用輔助手段的問題。而若要在下課時回答該問題，需要對課程講授過程中涉及的型砂特點（保溫性好、透氣性好、退讓性好等）、鑄型填充條件（導(dǎo)熱系數(shù)影響、鑄型溫度影響等）、金屬溶液的處理方法（除氣處理、真空熔煉等）、鑄件缺陷的產(chǎn)生（氣孔、裂紋、澆不透等）等知識點掌握才能夠完整的作答，因此通過問題引導(dǎo)的方式，能夠更好地提高學(xué)生的注意力幫助學(xué)生更好地掌握知識點。

2.2 知識點串聯(lián)

針對課程中知識點多而雜的特點采用知識點串聯(lián)的方法輔助進(jìn)行對比記憶，一方面加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，另一方面提高對比分析與歸納總結(jié)的能力，圖1為針對不同加工方法特點的記憶主線，以此記憶主線可指導(dǎo)不同加工工藝的知識點記憶同時進(jìn)行了對比與分析。

2.3 理論知識具象化

將相關(guān)理論知識對應(yīng)具象化問題改善枯燥乏味的學(xué)習(xí)過程，同時便于學(xué)生對所學(xué)知識的理解與記憶，以下為幾個知識點具象化的實際例子。

（1）針對教室內(nèi)所涉及的金屬物品進(jìn)行加工類型分類，分類后分析不同設(shè)備采用工藝方法的原因，利用了該種工藝方法的哪些特點能否使用其他加工工藝進(jìn)行替代，如將在教室的金屬材料中選出了暖氣片、管道、桌椅支架等物品為鑄造工藝加工而成的，分析上述物品的特點得出其具有著性能要求較低、產(chǎn)品質(zhì)量對產(chǎn)品功能的影響較小、產(chǎn)品尺寸較大且用量較多等特點，而在考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下上述特點剛好符合鑄造工藝特點，因此選用鑄造工藝對上述物品進(jìn)行加工是較為合適的，而該部分物品的加工工藝也可以更換為鍛造、焊接、切削加工等不同的加工工藝，但是在加工過程中往往存在著成本高、加工不便、材料浪費等缺點。

（2）將加工硬化的原理等效于麻繩的編制，麻繩作為一種可以承載較大負(fù)荷的物品具有較好的強(qiáng)度，究其原因體現(xiàn)在三個方面①組成麻繩的材料為細(xì)長結(jié)構(gòu)，與加工硬化原理中的晶粒沿變形方向伸長對應(yīng);②麻繩為多根麻擰在一起，與加工硬化原理中的晶格與晶粒發(fā)生扭曲產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力對應(yīng);③麻的表面粗糙，與加工硬化原理中晶粒間產(chǎn)生碎晶增大了摩擦系數(shù)所對應(yīng)，正是基于這三方面原因使得麻繩具有較好的強(qiáng)度，也通過麻繩編制原理反映了加工硬化原理。

（3）將鍛造等效為揉面，通過不斷地揉捏使得面團(tuán)均勻且將其中的氣體排出，類比于鍛造過程使得鍛造產(chǎn)品性能與質(zhì)量更好;將軋制等效為壓面，軋制過程中對金屬材料的溫度控制等效于揉面過程中水量控制調(diào)整材料的可鍛性[8]，另外軋制過程與壓面過程一致的是材料沿運動方向縱向的延伸量遠(yuǎn)大于橫向延伸量，即晶粒被拉長形成纖維組織提高了該方向的抗拉強(qiáng)度。

2.4 串聯(lián)相關(guān)課程，理論與實踐結(jié)合

將本課程所授理論知識與實踐類課程緊密結(jié)合，實現(xiàn)理論知識與實際工藝的對應(yīng)，如結(jié)合學(xué)生金工實習(xí)作品現(xiàn)場進(jìn)行缺陷分析，如圖2所示為學(xué)生所做的金工實習(xí)作品，從圖2（a）所示的鑄件中可以明顯看到質(zhì)量差、夾渣、氣孔缺陷以及明顯的披縫等問題，綜合上述問題結(jié)合所講理論內(nèi)容來解釋問題，同時對比不同學(xué)生的作品分析質(zhì)量好的作品可能在哪些方面做出了調(diào)整影響了什么;針對圖2（b）所示的作品中，根據(jù)結(jié)合加工痕跡講述加工工藝特點并利用加工痕跡的情況講述其與加工精度以及表面粗糙度之間的對應(yīng)關(guān)系，并綜合分析各種工藝的適用條件。另一方面，將生產(chǎn)實習(xí)過程中的相關(guān)資料與工程實際錄像穿插于所授內(nèi)容中，將實際加工過程中能夠體現(xiàn)課程理論知識的環(huán)節(jié)作為教學(xué)部分，通過現(xiàn)場問答的形式促進(jìn)學(xué)生理解與記憶。

3 教學(xué)內(nèi)容的改革

針對當(dāng)前所講內(nèi)容采用凝練重點、梳理關(guān)系、串聯(lián)知識點的方法使得學(xué)生能夠更好地把握重點快速記憶領(lǐng)會;在原有基礎(chǔ)內(nèi)容之外增加前沿技術(shù)與先進(jìn)加工制造技術(shù)的發(fā)展介紹提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并采用分組查閱的形式針對小組成員感興趣的加工工藝或零件，組內(nèi)分工形成簡要的報告，并做成5分鐘左右的匯報ppt在課上進(jìn)行展示，一方面拓展了學(xué)生的知識面、提高學(xué)生的課堂參與度，另一方面也鍛煉了學(xué)生的綜合素質(zhì)。在課堂中增加所授工藝在軍工、航空航天等學(xué)生關(guān)注領(lǐng)域應(yīng)用的適當(dāng)介紹，收集學(xué)生所關(guān)心與感興趣的內(nèi)容，以老師講解、學(xué)生補(bǔ)充、知識互動的方法提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與課堂參與度;同時將學(xué)生的就業(yè)趨勢以及所處地區(qū)的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢與本門課程的結(jié)合程度做一定說明，提高學(xué)生的重視程度以及興趣度，同時將近年與課程相關(guān)的科創(chuàng)比賽獲獎作品介紹并鼓勵同學(xué)積極參加，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和理論與實際結(jié)合能力。

另一方面，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，要重視學(xué)生的終身學(xué)習(xí)，這就強(qiáng)調(diào)了課程的學(xué)習(xí)應(yīng)該是一個長時間的融會貫通過程，不能只在課程授課過程中實現(xiàn)對內(nèi)容的學(xué)習(xí)，而是在任何條件具備的情況下都要繼續(xù)進(jìn)行持續(xù)性的學(xué)習(xí)工作，基于上述思想在生產(chǎn)實習(xí)的過程中應(yīng)該進(jìn)一步對金屬工藝學(xué)進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)，因此在生產(chǎn)實習(xí)中加入鑄造、鍛造、焊接、沖壓現(xiàn)場演示與工藝講座內(nèi)容，用以豐富針對金屬工藝學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并真正地貫徹終身學(xué)習(xí)，構(gòu)造合理的課程體系。

4 考察方式的改革

現(xiàn)有作業(yè)形式主要以知識點的考察為主，無法真正考查學(xué)生的掌握情況也無法實現(xiàn)通過課后作業(yè)達(dá)到對學(xué)生綜合能力鍛煉的目的，同時刻板的作業(yè)形式造成了抄襲現(xiàn)象明顯的情況進(jìn)一步弱化了課后作業(yè)在整門課程中所占的地位，針對課后作業(yè)部分的改革重點在注重開放性作業(yè)的布置，以“黑箱”模式給予學(xué)生更多的發(fā)揮空間，采用以結(jié)果引導(dǎo)過程的形式，即所有同學(xué)的最終目的一致由學(xué)生設(shè)計合適的過程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提出探索性問題，學(xué)生自由組合建立小組，通過預(yù)習(xí)、自學(xué)以及文獻(xiàn)查閱的方法完成作業(yè)，并抽取小組進(jìn)行簡單講述，不僅提升學(xué)生個人綜合素質(zhì)、彌補(bǔ)了現(xiàn)有本科生在資料查閱、問題提煉等方面的不足，更是鍛煉交流溝通能力，適應(yīng)創(chuàng)新型人才與工程教育認(rèn)證中相應(yīng)目標(biāo)的培養(yǎng)，而該類作業(yè)的布置也很好地避免了作業(yè)抄襲情況的出現(xiàn)，更能夠從作業(yè)反映出學(xué)生的知識掌握程度與投入度，做到合理考察與評價。在考試內(nèi)容中為避免全部為記憶性考查的情況，在試題中增加對分析與知識點綜合運用的主觀試題，如設(shè)計并制造一個容積為10 m3的高壓容器，并針對設(shè)計與制造的每一個環(huán)節(jié)做出簡要說明，該題對多個知識點進(jìn)行了綜合性考查，同時在做題過程中必須要以一定的分析作為基礎(chǔ)才能夠解答，從設(shè)計過程就需要考查結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計、應(yīng)力集中的避免、材料的選擇、工藝性分析，而在加工過程中還需要考慮不同加工工藝的特點并結(jié)合容器的使用場合，選擇合理的加工工藝并在該工藝的使用過程中遵循合理的方法，同時需制定相應(yīng)的工序，整個考題涉及內(nèi)容幾乎涵蓋了整個課程的授課內(nèi)容，同時也避免了考試過程中作弊行為的出現(xiàn)，并且也可以通過該類考題一方面鍛煉學(xué)生綜合能力另一方面也是對學(xué)生綜合素質(zhì)的真實反映，避免了分?jǐn)?shù)高低由記憶多少決定的不合理考察形式。

5 結(jié)語

在對金屬工藝學(xué)課程改革過程中注重理論與實踐相結(jié)合，將金屬工藝學(xué)與工程材料學(xué)、金工實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)等知識有機(jī)地結(jié)合在一起，使得相關(guān)知識更加豐富具體，做到融會貫通;擴(kuò)充了前沿金屬加工工藝部分內(nèi)容，注重講授內(nèi)容與實際以及未來發(fā)展的關(guān)聯(lián)性，提高學(xué)生對本門課程的關(guān)注度與興趣點，并將課程知識點、前沿科技以及科創(chuàng)活動相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想與意識;同時通過開放性作業(yè)與試卷的考察形式，培養(yǎng)學(xué)生資料查閱能力、邏輯思維能力、語言組織能力、問題挖掘與分析能力以及自學(xué)能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，通過課程的改革向最終實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標(biāo)更進(jìn)一步。

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基金項目：內(nèi)蒙古科技大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：JY2020043）。

作者簡介：尚飛（1988—），男，博士，講師，研究方向為金屬塑性成形。

曹麗英（1980—），女，博士，教授，研究方向為農(nóng)業(yè)機(jī)械。

孟可可（1986—），男，博士，高級工程師，研究方向為金屬材料力學(xué)行為研究。