由材料成形原理课程浅谈教学改革与实践 教学改革

由材料成形原理课程浅谈教学改革与实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：
1674-9324（2016）35-0083-02 “材料成形原理”课程是普通高等院校“材料成形及控 制工程”专业的必修课，也是许多高校金属材料工程、热加 工以及机械、船舶等工程专业的一门基础课程，在材料、机 械和近机类学科中具有重要的地位。学好该门课程有利于培 养学生运用科学问题解决工程实践问题的能力，实现专业知 识与工业技术有机结合，为学生进一步的深造或者工作打下 扎实的基础。

“材料成形原理”课程是讲授金属和非金属零件及其毛坯成形过程、原理及特点的一门基础课程，也是学生掌握工 业产品生产知识技能必修的重要课程。因此，作为本科及研 究生最重要的一门专业基础课程，为了更好地培养理论基础 扎实的创新型人才，有必要在教学方法、教学实践中进行深 入的探索、研究、改革和创新。

一、本课程的特点 要让学生学好“材料成形原理”这门课程，首先是老师 和学生必须知道这门课程的目标，即老师要深入地了解教学 大纲，了解课程所需讲授的知识和学生所需掌握的程度，讲 授的过程中做到有的放矢，在第一节课堂就要让学生对这门 课程充满兴趣，循循善诱，不断地激发学生的求知欲望。这 门课程主要包括四个板块的内容：第一部分，金属的液态成 形理论，该部分内容主要让学生了解液态金属的结构和性质， 铸件形成过程中的基本凝固理论，对铸件宏观凝固组织的形 成与控制以及金属结晶理论，掌握以固溶体、共晶和包晶三 种基本合金组织形式为例进行的分析和数学处理方法。第二 部分，金属的塑性成形理论，本部分目标是让学生了解金属 塑性成形的内在规律和物理本质，掌握金属塑性成形的物理 基础和力学基础理论。第三部分，金属的连接成形原理，该 部分内容承接金属的凝固理论和固态相变知识，学生需要掌 握焊接过程中的冶金物理本质，并了解焊接质量控制的影响因素。第四部分，粉末冶金成形原理，该部分教学目标是让 学生了解粉末冶金基本原理与基本技术，粉末冶金研究新材 料方法的特殊性。四个板块的内容及相互独立又具有相互关 联性。

二、教学方法探讨与实践体会 在教学过程中，如何让学生融入课堂，如果没有精心地 组织教学，学生在课堂上感受到的是抽象和枯燥的教学内容， 很难在课堂上长时间地保持注意力集中，紧跟老师的思路来 进行思考，从而有效地理解和掌握课程内容，更谈不上运用 理论知识去分析工程技术中遇到的问题。

1.合理设置问题，加强互动，重视知识点的串联，形成 知识体系。要让学生学好本门课程，首先要让学生喜欢这门 课程，因此必须激发学生的学习兴趣和求知欲望，而激发学 生学习兴趣和求知欲望最好的一个办法是根据课程内容进 行合理的提问，合理的问题需要教师根据教学内容展开，用 问题来串联知识点，驱动课程知识点的前后呼应。问题的设 置既要通俗易懂，又要达到温故而知新的目的。通过提问， 一方面加强了与学生的互动，另一方面问题可以吸引同学的 注意力，造成一个一个新的兴奋点来刺激学生的大脑，使课 堂始终处于活跃状态。对于提问时间和问题的内容必须合理设置才能达到以 上目的。提问的时间一般选择在某一知识点的讲授之前或者 在学生学习思维疲倦的时间段。问题内容可以集中于知识点 的承上启下上，譬如对不同晶体结构中的滑移系数量的提问， 引入塑性变形的物理本质，引导学生思考影响金属塑性的原 因，进一步地讲授本课程所涉及的塑性表征方法时，还能够 让学生将材料科学基础中学到的晶体缺陷知识与本门课程 密切地结合；
又或通过对Schmid定律涉及的模型及内容提问， 可以自然地引入本课程中涉及的Trease屈服准则。这种提问 与引导的教学方式，更深层的意义也在于让学生切实体会到 学科知识并不是相互脱节，而是具有严密的体系性。问题的 设置也可以通过预设包袱的形式出现，问题的答案学生往往 在课堂知识讲解过程中进行总结归纳得到，这个提问方式体 现了对讲授知识内容的合理引导引导。

2.发挥多种教学手段的优势，形成立体化教学。现代战 争，讲究的是海陆空的立体攻击手段。同样，在教学改革中， 我们也可以通过多种教学手段的合作，巩固学生对知识点的 长效记忆，提升学生的理解和想象力。手写教案，制作优美、 新颖的幻灯片，进行适当的板书，对于提高教学的效率也有 非常重要的意义。在现代教学中很多老师过分依赖幻灯片， 甚至已经遗忘了手写教案这一传统的教学环节。实际上，手写教案不仅可以加深教师对于课程知识的理解，编排课程讲 授的顺序，提炼课程的难点，加深对知识点的记忆，而且能 够使教师脱离书本侃侃而谈，获得学生的认可。制作优美、 新颖的幻灯片不仅可以形成视觉冲击力，增加教学容量，也 可将抽象的模型具体化，如在讲解金属变形过程中的应力空 间时，如果不借助图形在幻灯片中的描述，任何一个老师也 是没有办法形象地将本知识点讲解清楚。同样的，FLASH动 画对于理论机制的讲解具有重要意义，譬如抽象的凝固过程 中，FLASH动画完全可以形象描绘出原子的排列和结晶的规 律。此外，激情讲解过程中适当的板书能够及时补充语言难 以表达的知识，通过板书推导一些经典公式，能够提高学生 的记忆效果，达到其他教学方式无法达到的效果。

3.生动描述学科经典案例和发展前沿，激发学生学习兴 趣。在材料成形理论这门课程中，对经典试验的讲解也有特 殊的意义。故事性的讲诉既可以提高学生的学习兴趣，也能 启发学生理解科学发展的基本规律。比如对1912年卡尔曼的 大理石和红砂石压缩试验叙述能够直接说明应力状态对塑 性的影响；
在讲解Mises屈服准备和Trease屈服准则的差异 时，也可以先引入1926年Lode对铝、铜、软钢薄壁管的复合 加载试验。

在对某一知识点讲解时，如果结合科技发展前沿问题 进行探讨，不仅能够培养学生的工程实践能力，也能提高学生的思考能力。同样的例子，在讲解应力状态对塑性的影响 时，引入等通道转角挤压这一类新塑性加工技术的讲解，介 绍这种新技术出现、发展的历程，结合讲授知识点解释改善 塑性的原理，将极高地提升本科及研究生的科研素养。

4.培养学生自主学习独立思考能力，提升学生科学素养。

“材料成形原理”这门课程虽然是一门基础课程，但其理论 知识的发展与现代工业技术的发展比较而言，其更新程度很 慢，为了让学生能够与时俱进，融入科学发展的洪流中，有 必要培养学生自主学习独立思考能力，实现学生科学素养的 培养。

为了实现综合能力和科学素养的提升，必须鼓励让学生 将所学知识融合贯通。目前，课堂上常用的一种引导模式是 让学生构思基础知识和专业知识的思维导图，在图形的绘制 中，可以帮助学生发散思维，构建学科体系。其次，要求学 生查阅成形知识相关的新技术、新理论文献，特别是国外先 进技术的情报收集与整理，并制作精美的ppt进行讲座交流， 对于提升学生的学习能力也具有重要意义。

三、注重实践教学环节，培养学生创新能力 材料成形原理是一门以科学研究为基础、工程应用为背景的课程，但很多高校在教学过程中并不开设试验教学环节， 这并不利于夯实学生的基本理论知识，对于提升本门课程的 教学效果也是一个遗憾。适当地增设如凝固过程中组织的控 制试验、焊接金相组织的演示实验等实验教学环节，增加综 合性试验，能够培养学生加工设计和实际工作能力。

为了让学生深入课堂，将理论知识带入工业生产，最好 的一种长效机制是建立实习实训基地或者教育创新基地，让 学生参与到产品的设计及制造过程中去，通过具体的产品设 计，让学生对理论原理、理论知识产生理性的、直观的理解， 并最终实现理论知识与实际生产技术的融会贯通，激发学生 的思考能力、动手能力、工程实践与创新能力。

总而言之，理论基础课程不仅仅是向学生介绍科学现象 和科学知识，更重要的是让学生体会到知识在工程实践中的 重要意义，培养学生对知识的运用能力，而课程教学与实践 教学的结合有至关重要的作用，老师的教学手段和改革创新 对于学生能力的培养作用也显而易见。

四、重视教学与科研的相辅相成 在大学教育体系中，教学与科研是相辅相成的关系，两 者相互促进，共同发展。在教学实践中，教师的基础理论得以夯实，为科研的完成奠定了坚实的基础。而科研中，对生 产实践问题的解决提炼又促进了理论知识的发展。

参考文献：
[1]吴树森，柳玉起.材料成形原理[M].北京：机械工业 出版社，2008. [2]俞汉清，陈金德.金属塑性成形原理[M].北京：机械 工业出版社，2011. [3]胡汉起，金属凝固理论[M].北京：机械工业出版社， 1999.