材料成型技术基础实验教学改革初探

摘 要 材料成型技术基础是一门实践性较强的的专业课程。本文针对本校材料成型技术实验教学内容的不足对实验教学体系、考核评价方式及师资队伍建设等方面进行改革与探索。通过开展综合性及设计性实验，并结合本人研究方向来引导学生分析实际工程问题和解决问题的能力，从而提升课程实验教学的效果。

关键词 材料成型技术基础 实验教学改革 虚拟制造实验教学

中图分类号：G424 文献标识码：A

Study on Material Forming Technology Experimental Teaching Reform

WANG Xiaoming， YU Fujin， WANG Linlin

（College of Engineering， Zhejiang Normal University， Jinhua， Zhejiang 321004）

Abstract Material Forming Technology is a strong practical professional course. In this paper， for lack of school materials molding technology experimental aspects of the teaching content of experimental teaching system， evaluation methods and faculty building to reform and exploration. By carrying out a comprehensive and designing experiments and combined with my research to guide students to analyze practical engineering problems and problem-solving skills， thereby enhancing the effect of experimental teaching.

Key words Material Forming Technology； experimental teaching reform； virtual manufacturing experimental teaching

材料成型技术基础是一门实践性较强的专业课程，也是机械工程、材料科学与工程类各专业的技术基础课。通过该课程的学习，可以让学生了解和掌握常用材料成型技术的一般知识；了解常用材料的特性、用途和制备方法；建立材料成分、微观组织结构、制备工艺与性能之间的关系；初步具备选材、确定制备方案、安排工艺路线的能力。然而，如何利用设计性及实践性强的实验教学来提升课堂教学的效果一直是实验教学改革面临的棘手问题。因此，本文针对原有实验教学的不足，结合浙江师范大学在该课程实验教学上存在的问题，对实验教学体系、方法及实验考核方式等方面进行改革与探索。

1 材料成型技术基础实验教学现状

本校机械设计制造及其自动化专业开设的材料成型技术基础课程，总学时为40，主要开设了铁碳合金的平衡组织观察、钢的热处理及显微组织观察、硬度测试等实验项目，以上实验多为理论验证性实验，缺乏综合型、设计型的实验。一般情况下，学生按照实验指导书去做，这样可以加强对相关课程知识的理解，也能学会一些实验技术，但这种实验教学形式制约了学生的思考能力，不利于学生创新思想及解决实际问题能力的培养；尤其对师范类院校中机械专业的学生来说，本身对材料成型技术方面知之甚少，同时学生对这种乏味的教学演示型实验也已习以为常，根本激发不起学生求知和创新的欲望，他们只是被动地接受教师已设计好的实验过程与实验结果，难以达到良好的教学效果。根据笔者对该课程理论及实验教学的经验来看，我们主要存在以下几方面的问题：

（1）实验教学得不到足够重视，实验条件薄弱。多年以来，我校在理论教学过程中对实验教学环节重视不够，往往只是把实验教学当成辅助手段，以课堂教学为中心。

（2）实验教学处于从属地位，教育观念陈旧，实验教学缺乏系统性和科学性。在人才培养方案中，理论教学有明确的目标，实验教学基本上都是附属于相应的理论课。实验课安排随意性大，严重影响了实验教学的质量。

（3）实验教学内容和教学模式滞后。在实验教学中，由于实验条件和平台的限制，实验内容一般都比较陈旧，十年如一日，而且，同一类型的实验可能出现在不同课程中开设，观察验证性实验所占比例偏高，而培养学生创新能力的综合性、设计性和创新性实验偏少。

（4）缺乏有效的实验教学考核标准。有效公正地评价学生的实验成绩对引导学生重视实践教学，正确认识理论知识、技术能力和综合素质的关系具有较好的引导作用。目前，在我们学校采取的方法是依据学生在实验中的表现和最后的实验报告按一定比例来给定成绩，这套考核标准有很大的弊病。因此，对传统的实验教学进行改革就变得十分必要。

2 实验教学改革探索与实践

2.1 完善实验教学体系

根据现代化具有综合素质人才培养方案需要，针对材料成型技术基础实验教学体系方面存在的不足与问题，完善与该课程理论教学紧密结合的三层次实验教学体系，即基础实验、综合性实验、设计创新性实验，而且单独开设实验课程和记学分。

2.1.1 增加设计性实验，培养学生综合能力

设计性实验能培养和锻炼参与学生的综合素质和能力，引导学生开拓思维，并能发展创新思想。在设置综合性、设计性实验时，我们主要结合生产实际，针对企业生产过程中出现的技术难题，将实验内容设计为企业迫切需要解决的问题。比如在钢的热处理实验中，可以选择一些常用的机械零件，从材料的使用性能、工艺性能和经济性三个方面进行考虑，然后让学生进行合理选材和指定正确的热处理方案，同时对每种工艺处理前后材料的性能、金相组织进行表征，最后对实验结果进行分析和评价，给出最后解决方案，通过这种实训，从而让学生掌握结构设计、材料选型、工艺设计和操作技能。

另外，笔者在实验教学过程中，也结合自己的研究方向，引导学生进行设计性实验。比如在热喷涂制备涂层实验中，让学生根据实际工况设计满足企业要求的涂层，具体实施方案是：（1）根据实际工况选择一个典型零件，如曲轴、热电偶保护套管或挖掘机斗齿等；（2）提出设计性实验的具体要求和目标；（3）进行实验方案设计，包括材料的选择、制定热喷涂工艺以及喷涂前后表面处理及性能检验方法等方案和表征；（4）开放热喷涂实验室，让学生进入实验室进行实验准备和实施；（5）编写实验报告，对实验结果进行分析，对不同热喷涂涂层的使用性能及寿命进行综合表征和比较，找出最合适所选零件的材料及最佳的热喷涂工艺规范。这样，既能给学生提供了一个亲自动手动脑的机会，也能提高他们分析和解决实际工程问题的能力。

通过这种设计性实验的训练，参与学生能够把课本理论知识有针对性地应用于解决生产实际问题，这种模式既能提高学生的综合实验能力，又培养了学生的工程设计和实践能力，同时，也能大大提高实验教学的效益。

2.1.2 开展虚拟制造实验

其他高校的实践证明，很多学科的教学实践都广泛采用了虚拟制造实验技术。尤其对于我们基础比较薄弱的实验教学平台而言，虚拟制造实验技术可以作为材料成型技术基础实验教学改革的未来方向。从很多学校的实践来看，只有985、211这样的高校才具备比较完备的成本高昂的大型材料成型设备，他们有条件为学生课程实验教学提供充分的演示机会。

而对本校机械专业而言，实践教学平台还不够完善，采用虚拟制造实验是丰富学生视野最切实可行的办法。由于虚拟制造实验利用多媒体技术来模拟真实的材料成型过程，使得整个实验过程具有可视化的特征，学生的学习兴趣也可以充分激发出来。通过虚拟实验教学，学生可以不受实验室平台欠缺的影响，也可以不受时间的约束，根据自己的兴趣有意识地选择实验内容，同时实验内容也可以很容易跟上国内外最新技术的发展，而传统实验做不到这一点。另一方面，开展虚拟制造实验教学，可以弥补因为大型实验设备、教学经费等方面的不足，丰富实验教学资源。虚拟制造实验可以获得和真实实验过程相似的感受，能起到丰富学生感性认识，加深对理论知识理解的作用。例如，在金属成型过程中，通过模拟材料成型过程就可以了解材料成型机理及其对性能的影响规律，实现材料成型过程的参数控制及最优设计与制造。因此，采用虚拟制造实验可以丰富实验教学手段，实现灵活多变的教学模式。

2.2 改进实验考核评价方式

如何客观、公正地评价学生的实验成绩，在实验教学中至关重要，好的方法既能增强学生对材料成型技术实验的学习兴趣，又能加强学生探知现代科技的动力。我校机械专业原有的以实验报告为依据、以实验结果的准确与否来评价实验成绩的实验考核方式，缺乏对实验方法、实验过程以及对学生分析、解决问题能力的考核评价，既不科学也不严格。因此，改进实验成绩考核评价体系就显得尤为重要。为此我们改进了原有的实验考核评价方式，具体分以下三部分成绩：

（1）实验预习报告：学生在实验前通过查阅相关文献资料，了解所要进行的实验原理，规划实验步骤，预测实验结果。这部分占总成绩的15%；（2）实验操作：根据实验的要求和目标，按照仪器设备的操作规程操作设备，观察实验现象与记录结果，实验完成对仪器清理工作是否合乎规范等。这部分占总成绩的45%；（3）实验报告：试验完成后对实验数据进行处理，分析实验中出现的问题并解决，同时总结实验经验，给出结论，拓展知识面，为下一次实验积累经验。这部分占总成绩的40%。

2.3 加强实验教学师资队伍的建设

实验教学师资队伍的建设主要从两方面来加强：（1）按“双师”素质要求建设师资队伍。理论课教师一定参与实验教学和科研工作，实践课教师进修提高理论水平和科研能力，双向培养，加速“双师”队伍建设；（2）全面提高教师素质，特别是中青年教师素质的提高尤为紧迫。有经验的教师要有奉献精神，对年轻教师进行传帮带，年轻教师要谦虚好学，向有经验的教师学习，建议所有教师进行教学、科研“二岗”轮换制度，全方位地提高教师教学基本能力素质、人文社科及心理素质、职业道德素质。

3 结束语

实验教学是高等学校实践教学的重要组成部分，在整个教学过程中处于极重要的地位。除了让学生更好地理解相关理论知识外，更重要的是对他们进行基本设备操作技能的训练，一方面为适应技能型人才培养的方针政策，另一方也能使学生掌握初步的科学研究的基本方法和具备一定的创新思想，培养学生应用课程理论知识分析和解决实际工程问题的能力。因此，为了更好培养学生的工程实践能力，实验教学应尽量多开展设计性和综合性实验，以实验和科研促教学，形成“夯实理论基础，面向工程实际问题，培养科技创新能力”的实验教学理念，从而使实验教学质量得到提高。只有这样，才能有效地培养与发展学生的创新思维和创新能力，从而培养出与时俱进、可持续发展和适应社会发展要求的高素质应用型人才。

基金项目：浙江师范大学青年教师教学改革项目

参考文献

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