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《金属材料与热处理》是中等职业学校机械类专业的一门必修课,课程主要讲授金属材料的性能、合金材料的特性与用途及钢的热处理等知识。通过该课程的学习使学生掌握金属材料的基本理论知识,能正确地选择并合理地使用金属材料,能合理安排金属材料的热处理工艺,充分发挥金属材料的性能,使学生在学校所学知识与生产实践相结合,学生在工作后能尽快适应工作需要。
《金属材料与热处理》
课程的教学现状与存在问题
第一,《金属材料与热处理》课程专业性较强、概念抽象、偏重于实验,而一般的中等职业学校又不具备应有的实验条件。目前,在本课程的教学中,绝大多数教师还是以课堂讲授为主,借助于黑板或多媒体课件,给学生分析金属的力学性能及组织结构,介绍钢的热处理以及常用金属材料――碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及合金的一些基本知识。故而学生对该课程的知识难于理解,学习难度大,学习感到枯燥乏味;教师教起来也很辛苦,教学难度较大。尽管有些教学经验丰富的教师会在教学中结合实际,多讲些生产、生活中的实例,引发学生的学习兴趣,但因没有实践教学,大多数学生没有较深的认识,更不知如何去应用,教学效果不佳。
第二,目前,中职学校普遍存在着学生厌学、教师厌教的问题。导致这种局面的原因很多,其一,按义务教育的评价标准,中职生源均被认为是“能力和素质低下”的学生,并且这些年来随着高校扩招,中职生的总体素质每况愈下。其二,教师的学生观未能转变,教师应当用一种全新的、先进的学生观来看待学生,那就是基于多元智能理论的学生观。这种学生观认为,中职学生与普高学生的差异,不是智力水平的差异,而是智力类型的差异。也就是说,普高学生的智力类型适于“学科课程”的学习,即适于概念、原理、公式、定理等理论性知识的学习;而中职学生的智力类型可能更适于“行动课程”的学习,即适于动手操作、现场实践、手脑并用等技能性知识的学习。其三,课程模式陈旧、脱离学生实际、课程结构与学生的认知结构错位,教学方法与普教雷同,与学生的智力类型严重脱节,导致教学效果低下,学生缺乏学习兴趣和积极性,教师缺乏工作的成就感。
如何在教学过程中激发学生的学习兴趣,充分调动起学生对本课程的学习积极性,是教师的首要任务。在教学过程中,把那些抽象且难于理解的内容,通过形象、恰当的实例加以体现,使学生对金属材料与热处理等领域知识有一个感性认知,笔者对《金属材料与热处理》课程进行了如下教学探索。
教学改革与实践的探索
根据以上分析,不难看出:对于中职学生来说,不应采用与普通高中学生相同的教学方法;而应该根据他们的智力类型,多让他们进行现场实践,在做中学,在学中做。这样,学生才有兴趣、有积极性,才能获得好的教学效果。
本着这种想法,并受德国“双元制”培训的启发,笔者决定对自己担任的《金属材料与热处理》课程进行教学改革。整个教学围绕着材料选择和安排热处理工艺两个教学活动展开。教学分为三阶段,第一阶段:基础知识介绍;第二阶段:材料选择;第三阶段:安排热处理工艺并进行实践和对比。需要特别说明的是,本课程的教学需与钳工实训课在同一个学期开展。
(一)学习基础知识
要让学生具备一定的材料选择能力,首先要让学生了解一些必备的基础知识,如金属材料的力学性能(强度、硬度、韧性、塑性等)以及钢的化学成分、组织、性能之间的关系等。
金属材料的力学性能 在本阶段的教学中,要借助于拉伸试验,让学生清楚何谓金属材料的强度、硬度、韧性、塑性等,它们分别用哪些指标来衡量。如何衡量。教师通过引导学生分析齿轮(已在机械制图、机械基础里学过)的性能要求,让学生知道学习这部分内容的用途;然后,给出一些学生了解的零件,让他们分析这些零件的力学性能要求。
钢的化学成分、组织、性能之间的关系 在本阶段的教学中,要借助于铁碳合金的平衡组织观察实验,让学生清楚三种钢的室温平衡组织分别是什么;随着钢中含碳量的增加,钢的组织和力学性能怎样变化。在钳工实训课里,分别给学生20、45、T8、T12钢等四种钢料,让学生依次锉削或锯割,通过他们亲身感受来加深对结论的理解和记忆。
(二)根据使用要求选择材料并加工成工具
根据要求选择材料 教师先以锉刀(学生进行钳工实训,对锉刀很熟悉)为例,分析如何根据工件的服役条件来选择材料,然后教师将学生按学习能力强弱,均匀分成4组,每一组确定一名组长,接下来教师布置工作任务,让学生对给出的零件或工具进行材料选择。第一组:螺丝刀;第二组:弹簧;第三组:手锤;第四组:刮刀。同时宣布考核标准。让学生通过本过程,掌握材料选择的步骤:了解工件的服役条件确定它的性能要求选择满足条件的材料等。学生完成任务后,以小组为单位进行汇报,其他小组成员进行评定,教师进行总结。
加工成工具 教师按照学生选择的材料进行备料,各小组成员领料,并按要求尺寸加工出成品(此过程主要在钳工车间进行,应与钳工教学结合起来)。如果学生在加工过程中出现问题和困难,教师要及时给予帮助。
(三)安排热处理工艺
介绍常用热处理方法 让学生了解退火、正火、淬火和回火的目的、操作方法、处理后的组织(非重点,提一下),掌握其应用。
确定热处理方法 教师先以锉刀为例,介绍一下它的热处理:为改善组织,消除应力,改善切削加工性而进行的预先热处理――球化退火;为获得高硬度、高耐磨性而进行的最终热处理――淬火+低温回火。接下来,让学生确定自己加工出来的工件的热处理方法,并以小组为单位进行汇报,其他小组成员进行评定,教师进行总结。
进行工具热处理实践 教师根据学生确定的热处理方法确定它们的热处理工艺,然后让学生按照热处理工艺对本组剩余的四个工件进行相应热处理。由于是高温作业,在学生动手之前,教师一定要跟学生强调操作安全,并做好演示工作。
关键词:金属热处理工艺;教学改革;实践能力
作者简介:冯佃臣(1977-),男,内蒙古乌兰察布人,内蒙古科技大学材料与冶金学院,讲师,北京科技大学新金属材料国家重点实验室博士研究生;胡晓燕(1980-),女,内蒙古乌兰察布人,内蒙古科技大学实训中心,讲师,内蒙古科技大学信息工程学院硕士研究生。(内蒙古 包头 014010)
基金项目:本文系内蒙古科技大学教学(教改)研究项目(项目编号:JY2012011)的研究成果。
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)02-0166-02
随着社会的发展,对高级专业技术人才的需求越来越高,因此培养具有综合分析与解决问题能力的高级专业技术人才显得尤为重要。实验实践教学是高等学校教学工作中一个重要组成部分,对培养大学生创新能力、动手能力等具有重要意义。由于金属材料工程专业属于实践性比较强的专业,因此发挥实验教学的作用对该专业方向学生的培养而言更显紧迫。然而,传统的实验教学体系规模小,实验项目相对独立、分散,且严重依附理论教学,不利于相近课程或专业知识的交叉与融合,已不能满足现代培养高素质、复合型人才的客观需求。2009年开始,结合内蒙古科技大学实际情况,我们对金属材料热处理方向“金属热处理工艺”实验课程进行了改革,单独设立一门实验实践课程“金属材料改性实践”。并于2010 年在07级金属材料热处理方向学生中进行了实践。本文对本次“金属热处理工艺学”实验教学的改革和实践进行总结,为进一步整合实验教学提供参考。[1]
一、“金属热处理工艺学”课程特点
内蒙古科技大学(以下简称“我校”)金属材料工程专业的培养方案设置了金属材料热处理、金属材料焊接两个专业方向。学生在大学三年级可以根据自己的兴趣爱好及学院的教学情况,选择其中一个专业方向进行学习。金属材料热处理方向针对金属材料的热处理工艺设计、钢铁材料组织和性能研究、钢铁材料的冶金质量控制进行专业学习和训练。该方向是本专业的特色之一。
“金属热处理工艺学”课程是我校金属材料热处理方向的本科生继“材料科学基础Ⅰ”和“固态相变原理”专业基础课程后学习的重要一门专业课程。“金属热处理工艺”主要讲授了如何实现在“固态相变原理”(即金属热处理原理)的五大转变:奥氏体转变、珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变和回火转变,四把火:退火、正火、淬火和回火,再加上表面热处理和化学热处理,包括渗碳、渗氮和渗金属等内容。
该课程实践性很强,学生毕业后,在企业里运用最多。根据已毕业学生反馈回来的信息,遇上具体钢的热处理的时候,他们往往不知道如何设计热处理工艺。为此有必要对该门课程的实验教学加以改革。
二、课程的实验环节存在的问题
“金属热处理工艺”课程的教学目标之一即让学生灵活运用热处理工艺来解决实际问题,那么怎样提高学生理论与实际联系的能力?实验教学是解决这一问题很好的途径,通过实验教学环节,既可以培养学生理论联系实际的思维方式,提高学生的实践能力,反过来又可以促进理论教学效果的增强。[2]
因此,为了培养学生理论联系实际独立解决问题的能力,目前“金属热处理工艺”课程的教学是在本课程的教学过程中划分出8学时的实验课,实验学时占总课时的25%。学生在实验室完成老师已经设计好的实验,例如,钢的淬透性测定实验,材料的热处理过程由实验教师完成,仅由学生进行硬度测试并绘制硬度随深度变化曲线,确定硬化层深度,比较不同材料的淬透性。虽然学生在实践上有一定的收获,但这样的实验教学,都是老师制备好试样后让学生去观察组织,或是老师制定好热处理工艺,学生按照老师的要求做完实验、写实验报告。实验教学结束后学生学习到的东西很少,遇到实际问题时不知如何下手。在每年本专业毕业论文的题目中60%以上是与材料的热处理有关的,在本科生做毕业论文的过程中,要求学生制定热处理实验方案,完成热处理操作过程和分析实验结果的时候,我们发现:大部分的学生都不知道如何制定热处理方案,也不会热处理操作,在后续撰写毕业论文、分析实验结果、组织分析和性能分析时,都遇到很多困难。因此,有必要进行该课程实验教学的改革。
三、课程实验教学改革的措施
鉴于以上的问题,我们在“在金属热处理工艺学”课程的基础上专门单独设立一门课程——“金属材料改性实践”,该课程要求学生在给定的材料后独立制定热处理工艺、独立完成热处理操作并分析热处理后的实验现象,目的是使学生学习完“金属热处理工艺学”理论课程后,能在实验实践课程中实践实习。例如,钢的淬透性测定实验,改革后该实验为综合设计性实验,学生根据给定材料的化学成分,基于学习过的理论知识,首先合理制定淬火工艺路线,然后在实验室独立完成热处理工艺操作,这一环节结束后再进行硬度测试、不同材料淬透性比较等过程。新方式能更好地调动学生学习的主动性,强化了学生对理论知识的理解。这样让学生在学会给定材料和使用性能的基础上制定出热处理工艺,并亲自动手去完成热处理的过程,分析热处工艺对材料组织和性能的影响。这对学生掌握热处理工艺在材料中的应用,热处理如何影响材料的组织和性能很有帮助,对他们的毕业论文的完成和毕业后走上工作岗位后的工作中有很大的帮助。
一直以来,我校材料成型和冶金工程专业学生也开设与热处理工艺相关的课程,在传统的教学体制下,对材料的组织与性能方面等传统实验方法学习和实践环节尽管较多,但效果不是很好。由于近年学生的毕业论文都是做导师的科研项目,部分材料成型和冶金专业的学生的毕业论文也涉及到热处理工艺制定、热处理操作、组织和性能的分析。该门课程改革后,这两个专业的学生也可以选修本课程。通过本课程的学习,对他们后续的毕业论文完成具有一定的实践意义。
四、总结
为了更好地完成“金属热处理工艺学”课程的改革,同时为了适应目前社会的发展,将学生培养成实用型人才,在教学中根据课程性质、内容及特点,针对该课程存在的问题,提出单独设立一门“金属材料改性实践”课程的改进措施,目的是提高学生的实践动手能力,使得学生掌握实际生产过程中热处理方面的相关知识,毕业后能够很快转变角色,在岗位上得心应手地工作。
另外,由于这几年毕业生就压力很大,很多用人单位对学生考取的各种证件很看重,多一个证件可能对学生的就业有决定性的意义。鉴于此,我们正在和中国机械工程学会协商开办材料热处理工程师资格证书的培训。热处理工艺实践教学改革针对材料热处理工程师资格证书进行相关的设置,学生在完成正常学业的过程中还能够拿到认证证书,一举两得。按照本课程的改革后体系教学,能够使学生毕业后走到工作岗位上体现出我校的办学特色之一——上手快。
总之,在“金属热处理工艺学”课程实验教学改革中,不仅要重视知识的教授,更要重视理论联系实际,要不断深入地改进教学手段,提高教学质量,培养学生的动手能力与勤于思考问题的能力,分析问题与解决问题的能力。还应不断充实和完善课程体系,以培养具有扎实的理论基础和较强的实践能力、创新能力的实用型人才为目的。
参考文献:
关键词:模具材料;教学设计;慕课;课堂讨论;立体式教学模式
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)38-0176-02
引言:
教学过程是一个信息加工和信息传递的过程,教师应根据学生的专业和层次,对课程内容进行教学设计,综合运用多种教学手段,以实现最优化的信息传递,让学生成为信息加工的主体和知识意义的主动构建者,以达到最佳的教学效果[1-3],提高学校的教学效益。
“模具材料”课程是以工程材料、金属热处理等课程为基础,为模具设计、模具制造等服务的一门专业入门课,涉及材料、物理化学、力学、机械、电子和信息等学科,能直接服务于生产实际。该课程拥有复杂的知识结构体系,生涩的专业术语,概念繁多,微观原理抽象晦涩难懂,而且工艺方法实践性强,特别强调理论知识与实际应用紧密结合。而过去传统教学模式则以黑板板书为主,挂图为辅助手段,黑板上勾画材料相图,粉笔头上输出概念的教学模式,这种教学模式已经不能满足现代教学要求,很难以生动、有趣地体现“模具材料”课程设计、制造,模具材料性能特征,材料微观组织结构之间的关系,更不可能体现制造业恢宏的生产现场[1]。加之我校开设的“模具材料”课仅40学时,学时少,需要掌握的知识量大,缺乏实践经验和对工艺知识感性认识的学生,习惯了基础课上推导演绎的教学方法,普遍感到该课程抽象、枯燥、难学。如何用较短的课时,高质量、高效率地完成该课程的教学任务,就必须进行教学模式改革,采用新的思维体系对“模具材料”课程重新进行教学设计,改进教学方法,采用多元教学模式,构建立体化的教学模式从而达到教学目标,提高教学投资收益比,这与我校倡导的721人才培养模式改革思路是一脉相承的。
一、教学设计
根据国家教育委员会提出高等学校工程专科应“重在实践,理论以必需够用为度”的精神,本着为了培养学生的自学能力、创新能力、实践能力和工程意识的原则,在教学的选择上,该课程选用了《模具材料及热处理》(北理工版)作为学生使用的教材。作者用“模具材料看熔炼,组织结构识相图,机械性能靠试验,改性处理依工艺筹”四句顺口溜高度囊括了该教材的主要讲授内容,并且依据教学要求,理清了该课程体系的内涵及处延,通过整合资源,对该课程进行了全新的教学设计。
本课程课堂教学内容着重讲授模具材料的概括和现代制造业中经常使用的模具材料种类和各种热处理方法。学生在课后则可以通过自学方式了解其他模具材料及其表面处理技术。其中,模具材料部分以材料的典型牌号、成分、组织性能及其用途为主线,坚持讲授内容“浅、宽、通”的原则,授课重点放在如何讲清楚各种模具材料物理意义及其实际应用上。本课程热处理部分则应重点讲清楚传统热处理方法和其他各种表面改性方法的选择及其加工工艺路线,并结合企业的实际和生产视频等影像资料,针对具体牌号开展案例项目式教学,如冷作模具钢,重点介绍Cr12MoV,D2,Cr12等模具材料的应用以及表面处理新技术,热作模具材料重点介绍目前应用最多H13,塑料模具材料部分重点介绍目前应该广泛的P20,718的表面处理工艺及其应用。教学内容强调“少、精、宽、新”,重点做到只需解剖一只“麻雀”、学生就能触类旁通,提升教学效果。通过采用案例教学法,使学生学以致用,既增加了学生的知识面,拓宽了视野,培养了学生的工程技术实践能力[4-5]。
通过对教学内容进行重新组织和安排,可以使学生对本课程有一个初步、全面系统的了解,起到了既见树木,又见森林的效果。同时,使学生对模具材料及其改性热处理工艺领域有清晰的认识和了解,进一步培养学生的专业学习兴趣。
二、立体化教学模式的构建
“模具材料”是一门原理性、工艺性、实践性很强的教学课程,它不像基础课或其他专业基础课那样,以教授理论知识为主,而是要求教师在教学过程中应密切联系实际、原理联系工艺,课前预习与课堂讨论相结合,视频教学与动手实验互促进,这样才能提高该课程的教学效果。因此,我们在课程预习、讲授、讨论、实验以及实训等教学过程中采用了PPT电子教案、多功能模型教具、Flas、教学录像等多媒体形式,全面、生动、直观地向同学们铺展庞杂的课程结构体系,以教材和多媒体课件为蓝本,以模具材料实验和模具设计制造实训为支撑,以微课和慕课(Mooc)等新兴授课手段为表现形式的立体化教学模式。
针对“模具材料”课程教学内容多、图表多、概念难的特点,在教学过程中,将每章节的授课提纲、教学目的、教学要求、教学重点、难点、学习方法、结论和小结,文字和以及重要的图表制成幻灯片(PPT),并将重要的授课知识点制作成微课,并录制成每集不超过6分钟的慕课视频,上传至学校慕课课程中心,供学生在线观看,让学生提前预习,对将要学的知识有初步了解,这样进一步加大了该课程堂课教学的信息量,培养了学生兴趣,扩宽了学生视野,并且使学生对每堂课要达到学习的目的更加明确,对每章节的教学内容有了全面系统了解,学习更有主动性和针对性,较大地提高了课堂教学利用率和课堂讨论效果[2-3]。
1.微课制作和慕课应用相得益彰。作者所在的课程教学团队将“模具材料”课程核心内容拆分成若干个重要知识点,并分工合作制作了系列微课PPT。该微课内容制作形象生动、图文并茂,信息量巨大,清楚地展现了模具材料的类别,描述了模具材料的微观组织结构;如采用三维立体图形来展示晶体结构和缺陷等,让学生可以直观地观察其形体特征和内部结构等,清晰、形象和生动;如采用二维或三维动画可视化模拟位错运动,结晶和重结晶微观过程,大大降低了学生学习的难度。作者将制作好的重要知识点如冷作模具钢D2,热作模具材料H13,塑料模具材料718的微课PPT加上教师精讲点拨,录制成视频应用于慕课教学,并结合微课PPT,使得授课过程形象生动、直观、感染力很强。教学过程从过去变单纯的听觉语言改为视听同步的动画模拟演示,有效化解了许多教学难点。通过视频讲解,弥补了学生工艺原理和专业知识方面的不足,增强了学生的感性认识,提高了学生的认知能力,使本课程教学内容更加具体化、形象化、生动化和简单化,学生更易于理解和掌握,极大地调动了学生的学习主动性和积极性,激发了学生的学习兴趣性[6],提高了教学效率和教学效果。
2.实验教学与课堂讨论互相促进。“模具材料”是一门综合性很强的专业入门课程。针对专业性很强的课程教学,如果学生仅能做听众,而不进行动手实践,则会给学生造成枯燥无味、纸上谈兵的感觉,尤其是对“模具材料”这种理论和实际生产联系密切的课程,更加如此。作者所在的课程教学团队开设了模具材料选用及热处理综合实验和模具设计、制造工程实践训练等实践环节。在此基础上,作者结合微课PPT、慕课视频和综合实验开展了8次课堂讨论,将一个课堂分成若干个讨论小组,每组5~6人,尽量采用以项目为主的案例式教学,尽可能地在课堂教学上就具体模具材料牌号、具体工艺路线方案展开讨论,每个小组的学生可以按照自己的兴趣,根据慕课视频的讲授内容选择1~2个案例深入讨论,并上台演讲,这样既有利于发挥教师的专业特长,又为学生提供了自由的展示自我的平台,体现了“教”与“学”双向的主动性和灵活性,通过预习、讨论和上台演练及课程实验就把该课程的重要知识点牢牢掌握了,使教学投资收益比最大化,培养了学生工程技术应用能力和综合素质[7-8]。
三、结束语
“模具材料”课程的教学是一门系统工程,知识面广,涉及面大,与工程实际应用密切相关,在今后的教学过程中可能会遇到各种教学难题,这就要求我们需要不断改进教学模式和方法,总结教学经验,并借助于现代化教学手段,提升教学品质。随着社会信息化进一步发展,可以期待在不久的将来能通过智能手机APP进行模具材料课程教学,该APP平台能介绍模具材料的应用及发展前沿,可以录入教学大纲、备课教案、课件和教学录像,选编相应习题方便学生复习和自测[6],做到掌中教学,同时设立师生互动平台,让学生随时可以学习,教师能随手解答学生所提出的问题,进一步提高教学投资收益比。
参考文献:
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[4]杨雄,周思柱,冯进.《材料成型工艺基础》多媒体立体化教学模式的构建与实践[J].现代企业教育,2008,(14).
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[6]陈曦,彭光俊,王志海.《工程材料》课程部件的有序重构[J].理工高教研究,2006,25(6):119-121.
Abstract: Based on the educational concept of CDIO, the syntheses training of Material Shaping and Control Engineering Specialty in Nanyang Institute of Technology has been set up with four links of conceive, design, implementation, operation. According to the implementation conditions of comprehensive practice training, the contents and assessment methods of the syntheses training are explored. Through the syntheses training, students' professional skills and employment competitiveness have been improved.
关键词:CDIO模式;材料成型及控制工程;铸造;综合实训
Key words: CDIO mode;material shaping and control engineering;casting;syntheses training
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2016)35-0205-02
0 引言
CDIO工程教育模式是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学共同探索研究、创立的教育理念,是欧美20多年以来的工程教育改革的成果。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它是以项目为载体、以项目为主导进行实施的,是“基于项目教育和学习”的集中体现。按CDIO模式进行教学安排,通过项目设计将整个课程体系有机地、系统地结合起来,可以实现学生知识、能力和素质的共同发展,提升应用型高等教育的教学水平,更好地为企业培养适应岗位需求的高素质、应用型工程技术人才,是当前大批普通高校向应用技术型大学转型发展广泛采用的教学模式。
南阳理工学院地处河南省南阳市,是一所地方性应用型本科院校,“地方性”和“应用型”是学校的特点,也是立校之本。材料成型及控制工程专业是2012年机械与汽车工程学院新增专业,专业开设的初衷就是服务南阳市材料成型行业。南阳市的材料成型行业发达,其中铸造行业占主导地位,根据南阳市制造业的特色以及南阳理工学院服务地方经济的宗旨,材料成型及控制工程专业的办学定位就是以铸造为主,兼顾锻焊。
材料成型及控制工程专业的培养内容不仅包含掌握材料学科的理论知识,如金属学基础、材料成型原理等,还要求具备大量机械类专业的基本能力,如模具设计及加工能力。材料成型及控制工程专业是一个理论性与实践性要求都很高的,宽口径、多方向的专业,毕业生主要在生产一线从事技术工作,这就要求学生必须有扎实的理论基础,还要有很好的动手实践能力。综合实训是一种很好的将理论基础与动手实践能力相结合的实践教学环节。
1 基于CDIO模式设置实训环节
根据该校材料成型及控制工程专业的办学定位,综合实训的设置以周边铸造企业实际生产的铸件作为项目依托,结合学校软硬件条件,按照CDIO模式构思―设计―实施―运行四个环节设置实训环节。实训具体环节包括:企业现场调研选题环节、铸造工艺设计环节、铸件制造环节、检验总结验收环节。
1.1 构思――企业现场调研选题环节
根据人才培养方案的要求,联系周边校企合作单位,带领同学到企业生产现场进行参观实习,并从企业生产现场选取难度适合的铸件,作为综合实训的工程项目,以整体项目的形式下发学生,供学生选择。学生5~7人分成一组,分组按照能力均衡的原则进行,每组内既有基础知识扎实的、也有设备机床操作熟练动手能力强的同学,每组制定一名同学作为组长,负责整个项目组每位成员的工作任务指派以及任务时间节点控制。各项目组选定题目后,在指导教师的协助下,分析项目的需求,开始进行文献检索工作,通过图书馆、网络等形式查找项目相关的文献资料,结合在企业参观实习心得,策划项目的具体实施方案,指导老师审核后进入下一环节。
1.2 设计――铸造工艺设计环节
指导老师协助项目组组长制定设计环节项目进展计划,根据每名组员特点安排铸造工艺的设计工作,明确每名组员的具体工作内容及时间节点,将铸造工艺设计环节划分为三维建模、浇注系统设计、铸造工装设计、绘制二维工程图、编写铸造工艺卡,铸造模拟软件分析等环节,落实到每名组员。在此环节中,培养组员的团队合作精神,以及《铸造工艺学》、《铸造合金及其熔炼》、《铸造模具设计》等核心理论课程的知识的综合运用。在设计的环节中,不仅要设计出合理的工艺方案,方案还必须具备可行性,即能够在预定时间内,在学校现有的实验加工设备条件下能够实现,要根据现场状况及时调整初步设计方案。
1.3 实施――铸件制造环节
铸件制造环节主要培养动手操作能力,分为铸造工装加工、熔炼浇注两个主要环节。在完成对前述环节方案的优化调整后,开始项目的实施环节。该环节工作量较重,老师指导项目组组长合理分配工作任务,保证各个环节之间运行的连贯性,落实时间节点任务。通过该环节的进行,可以培养学生协同合作精神,以及机械加工方面、熔炼设备操作方面的专业技能。完成该环节后,项目要求的铸件已经制造完成,经初步检查后,进入下一个环节。
1.4 运行――检验总结验收环节
在获得项目要求的铸件之后,要对铸件进行严格的检验。进行铸件的尺寸测量,性能测试、金相组织分析,并撰写质检报告,并以项目组为单位进行总结汇报,每名组员都必须就某一设计生产环节进行讲解。老师作为产品客户方,对产品、质检报告以及设计生产流程文件进行审核。该环节培养学生的表达展示自己的能力,给学生灌输工程项目的最终目的是向客户提供合格产品和优异服务的理念。
2 实训的条件保障
按照CDIO模式开展综合实训活动,要求学校必须具备一定的软硬件条件。
首先,实验硬件方面,必须有足够的机械加工设备以及熔炼浇注设备。目前南阳理工学院的金工实习基地、先进制造技术实验室拥有数量较多的常规加工设备,如铣床、车床、锯床、钻床、数控加工中心,以及特种加工设备如电火花、线切割等。材料成型及控制工程专业实验室有中频感应电炉、坩埚熔炼炉、热处理炉、铝合金精炼设备等全套的熔炼浇注设备及工具,以及三坐标测量仪、直读光谱仪、综合力学性能试验机、金相显微镜、扫描电镜等实验检测设备。软件方面,学院机房拥有的二维三维绘图软件以及铸造模拟软件ProCAST,用于铸造工艺工装的设计。
其次,指导教师必须是双师型教师。实训的指导教师均是有企业工程实践背景的教学经验较丰富的教师,能够帮助学生解决在项目实施过程中遇到的各种工程难题。
最重要的是必须有企业的合作。目前南阳市及周边7家规模较大的铸件生产企业均设有学院的校企合作实习实践基地,可以为综合实训提供多样性的题目及技术支持,可以实现“真题真做”,达到CDIO模式要求的的项目化教学安排。
3 实训的实施
综合实训一般开设在第7学期最后四周,是毕业设计前最后一个教学环节。各环节任务以及时间节点如下所示。
企业现场调研选题环节3天,包括实训动员及安全教育、企业现场参观实习选题、资料收集整理、制定项目总体实施方案。
铸造工艺设计环节5天,要求绘制铸件三维模型、设计浇注系统、设计铸造模具、绘制工装二维工程图、制定熔炼工艺、编写铸造工艺卡,铸造模拟软件仿真分析。
铸件制造环节8天,要求加工铸造模具和其他辅助工装、进行熔炼前准备工作、熔炼合金、配制型砂、造型或金属型直接浇注、铸件清理、热处理。
检验总结验收环节4天,铸件的尺寸测量、成分测试、力学性能测试、金相组织分析,撰写质检报告,项目总结材料、演示汇报。
4 实训的考核体系
实训的考核体系是对学生的实践环节教学目标是否实现及实现程度的综合价值判断,不能简单地使用一个分数来评价,而必须是一个综合指标,是一种过程考核加最终产品质量考核的符合模式。每个环节完成后都要求对项目组每名组员对项目的贡献度进行量化考核,作为每个环节的成绩,其中贡献度包括:考勤、小组讨论方案记录、分配任务的完成度以及时间节点的控制情况。该部分成绩占总成绩的60%。最终产品质量考核以项目产品质量的优劣进行打分,占总成绩的40%,按企业产品质量要求对铸件打饭,包括铸件尺寸、材料、粗糙度、力学性能、金相组织等内容。打分过程采用学生互评和导师评定相结合的形式进行,充分调动学生的积极性和责任心。
5 存在的不足
在四周内独立完成整个铸件制造的全流程,包括工艺设计、工装加工、熔炼、浇注、铸件检验等环节,内容繁杂,为了保证完成度,项目只能选用企业相对简单的铸件,对于工程认证要求的复杂工程问题处理能力的要求还有一定的差距,后续将进一步增加综合实训时间和更新实验加工设备等手段,逐步增加项目难度,更加贴近现场,贴近生产实际。
6 结束语
综合实训是南阳理工学院材料成型及控制工程专业学生进行毕业设计前,最后也是最全面的一次专业技能的综合训练。综合实训实施效果的好坏,直接关系到学校的人才培养质量的优劣。按照CDIO模式开展的综合实训,以企业真实产品为项目目标,比对铸造企业的实际的生产检验流程,设置实训环节,开展的以项目为引导和主要载体的实践教学,使学生成为教学过程的主体,参与项目的构思―设计―实施―运行全过程。经过综合实训环节的训练,既提高了学生学习的积极性和主动性,又可以使学生靠近生产实践,缩短从课堂到车间的空间距离,从普通大学毕业生到合格现场工程师的时间距离,从而提升学生的专业技能,提高了就业竞争力。采用CDIO模式开展综合实训,符合当代工程教育的发展趋势,为未来学校进行OBE工程教育模式改革,奠定良好的基础。
参考文献:
[1]顾佩华,沈民奋,陆小华,等.重新认识工程教育――国际CDIO培养模式与方法[M].高等教育出版社,2009,04.
[2]何柏海.模具专业综合实训模式的改革与探讨[J].模具制造,2010(5).
[3]葛茂忠.模具专业课程体系的改革与实践[J].机械职业教育,2009(9):34-36.
关键词:钢铁大学;材料成型及控制工程;教学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)41-0085-02
(钢铁大学)是由国际钢铁协会(World Steel Association)和英国利物浦大学(The University of Liverpool)共同创办的一个可以免费使用并且能够通过参加网络炼钢大赛赢得奖励的网上资源平台,其核心是一系列灵活的、涉及整个钢铁产品生产流程的像游戏般的模拟,其内容涵盖从钢铁生产、产品、钢的应用和回收等各个方面。目前,全世界100多家钢铁公司和700多所高校使用钢铁大学网站进行员工培训和学生培养。由于每个模块都提供有用户操作手册,用户在充分理解用户操作手册的基础上,可在该平台上进行多次尝试,系统会根据用户的操作过程中对不同原料、工艺路径、工艺参数的选择、操作熟练程度等推演出所得产品的成分、性能并计算产品的生产成本,通过这种模拟能激发学生对钢的价值和奇妙性的认识。材料成型与控制工程专业是1998年国家调整专业时设置的新专业,国内许多高等院校,如哈尔滨工业大学、上海交通大学、华中科技大学、沈阳工业大学等都设置了该专业。我校的材料成型及控制工程专业隶属于冶金与材料工程学院,下设了三个专业方向,即金属压力加工(轧钢)、焊接和锻压工艺与塑料成型。鉴于网络资源平台主要涉及的是钢铁的生产工艺相关的内容,本文所阐述的主要是网络资源平台在金属压力加工方向教学中应用。
一、在理论教学环节中的应用
理论教学在当前是以传授知识为主要功能,教师以教材为基础,结合对某一方面或某一学科的认识和成果以最经济的时间传授给学生。这就是千百年来学校理论教育的基本方式。但是对于理工类的专业课程来说,以传统方式进行理论教学的效果并不理想,因为很多设备和工艺方面的内容仅以口述和教学图片的方式传授给学生,效果并没有以视频和动画演示的方式传授的效果好。因此,作者在进行材料成型及控制工程专业教学时引入了网络资源平台,将平台上免费提供的直观、易懂的工艺流程图及生动、灵活的演示动画展示给学生,便于学生理解和接受所讲授的内容。《金属学及热处理》是金属压力加工方向接触的第一门专业基础课,学生学习起来有一定的难度,在网络资源平台中钢的热处理模块对钢的退火、回火、正火及淬火进行了简要、精练的总结,便于学生在学习了《金属学及热处理》课程之后进行总结和巩固。《轧制原理》是对金属材料压力变形过程中的受力、变形原理进行介绍的课程,在钢铁大学网络资源平台中对于轧件在轧制时的咬入过程、轧制压力、轧机的扭矩和功率及能耗进行了简单明了的介绍和直观、生动的动画演示,并且该部分配有模拟操作练习,学生在修改不同的参数后直观的看到相应的动画演示效果,这里模拟联系使学生能够更快、更好的掌握课本上所学的知识。《材料成型工艺》课程包含了板、管、型三种类型钢材的压力加工过程的工艺流程的学习,在钢铁大学网络资源平台中包含了扁平材轧制、钢管轧制、型钢与钢轨轧制、棒材轧制及线材轧制的简要工艺和主要工艺参数介绍,并配有直观、易懂的动画来演示各类钢铁产品的生产流程,便于学生在学习课本知识的同时通过这种直观的动画形式进行知识的消化、吸收及巩固。
二、在实践教学环节中的应用
实习、实训是高等学校工科专业学生重要的实践活动,学生可以接触生产实际并巩固所学的理论知识、开阔视野、认识社会,为毕业后能够尽快适应工作岗位,进行角色转换起到至关重要的作用。然而,材料成型及控制工程专业学生的实习环节也和其他大多数工科专业一样面临着实习过程形式化、实习经费不足、实习过程管理不严、对口企业接受学生实习的积极性不高及学生对实习环节不重视等各种各样的问题,严重影响了实习环节的教学质量,进而对优秀应用型人才的培养和输送产生了不容忽视的影响。的网络炼钢平台集知识性、挑战性和趣味性于一体,可以随时随地的进行自动或直接的学习,其目标是用最低的成本生产出质量合格的产品。
1.实验教学。在《轧制原理》课程中要进行咬入、体积不变等实验,在钢铁大学网络资源平台中就包含了相应的知识要点介绍和实验项目模拟练习环节,在教师进行理论教学时就可以让学生对于实验时的要点和注意事项进行直观的了解,便于实验的进行,也可以提高实验教学的质量和效果。
2.实习、实训。①认识实习是学生在学习专业基础课程之前进行的专业实践环节。学生到与专业相关的企业进行生产工艺、流程及主要设备进行了解。实习带队教师借助钢铁大学网络资源平台中的虚拟钢厂模块让学生在真实进入钢铁厂之前就以一种身临其境的感觉来了解钢铁厂的实际情况,在此情景之下通过老师对其中的工艺流程和主要设备进行介绍,可以减少学生突然进入钢铁厂后陌生和茫然的感觉,提高认识实习的质量,取得较好的学习效果。②生产实习学生在学习了部分专业课程之后进行的专业实践环节。学生深入企业进行生产工艺、流程、主要工艺参数、设备运行原理及主要设备参数进行深入学习,发现生产中存在的问题并结合自己所学的知识对其原因进行分析、找出行之有效的解决方法的一个实习环节。实习带队教师可以借助钢铁大学网络资源平台中的轧制生产工艺模块让学生在进入轧钢厂之前就对要进行实习的企业的产品生产工艺、流程进行一个详细、直观的了解,并提出自己在理论学习时的问题,使得实习环节有的放矢,帮助实习取得更好的效果。