摘要：選用空心和實心鋼球成型工藝設(shè)計作為“材料成型技術(shù)基礎(chǔ)”課程案例教學(xué)的作業(yè)題目，教學(xué)對象簡單，易于實施教學(xué)內(nèi)容和實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，易于取得課堂講授理論和方法與課下自主學(xué)習(xí)工藝知識相結(jié)合的良好教學(xué)效果。教學(xué)實踐表明，該案例教學(xué)調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，活躍了課堂教學(xué)過程，促進(jìn)了學(xué)生解決工程問題的能力培養(yǎng)，推動了本課程的研究型教學(xué)的進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：材料成型技術(shù)基礎(chǔ)；空心和實心鋼球案例；案例教學(xué)；設(shè)計與實施

作者簡介：楊智勇（1976-），男，河北保定人，北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，講師；韓建民（1960-），男，山東青島人，北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院，教授。（北京100044）

基金項目：本文系北京交通大學(xué)本科生教改項目（項目編號：D09-12）的研究成果。

中圖分類號：C642.4#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）16-0076-02

“材料成形技術(shù)基礎(chǔ)”是機(jī)械工程及自動化專業(yè)在先修的“機(jī)械制圖”、“機(jī)械制造基礎(chǔ)”、“工程力學(xué)”等課程基礎(chǔ)上開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)必修課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生厚基礎(chǔ)、寬方向、適應(yīng)性強(qiáng)的基礎(chǔ)理論和工程技術(shù)基礎(chǔ)。該課程既要加強(qiáng)講授材料成型基本理論，又要重視培養(yǎng)學(xué)生在掌握零部件毛坯成型方法和工藝、結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計和毛坯選用方面的實踐和創(chuàng)新能力?！安牧铣尚渭夹g(shù)基礎(chǔ)”的課程內(nèi)容具有較強(qiáng)的實踐特點，以往的教學(xué)模式偏重于知識傳授，對學(xué)生的工程和實踐能力的培養(yǎng)重視程度不夠。在教學(xué)方法上，主要采用知識灌輸性的教學(xué)方式為主，對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主探究能力的培養(yǎng)不足；[1]課堂教學(xué)過程中，學(xué)生被動學(xué)習(xí)現(xiàn)象較為突出，導(dǎo)致對本課程的學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)、課堂教學(xué)過程欠活躍。[2]采用案例教學(xué)有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和效率，加強(qiáng)師生互動，活躍課堂教學(xué)過程，發(fā)揮同學(xué)學(xué)習(xí)的主觀能動性和積極性，對提高教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題和創(chuàng)新能力有明顯的促進(jìn)作用。[3]

本文采用空心和實心鋼球作為案例教學(xué)實施對象，針對不同成型方法，開展了案例教學(xué)的設(shè)計，并在“材料成形技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中進(jìn)行實踐，取得了良好的教學(xué)效果。

一、案例教學(xué)法特點

案例教學(xué)法是基于某個工程對象或案例，在教師的精心設(shè)計和指導(dǎo)下，通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立思考和分析、開展研究和討論，實現(xiàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生分析和解決問題能力的一種教學(xué)方法。

首先，案例教學(xué)具有直觀、生動等特點，是一種動態(tài)的開放式的教學(xué)方式，師生之間互動交流，課堂教學(xué)具有活力，教與學(xué)也成為富有個性化的創(chuàng)造過程。其次，案例教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)發(fā)生變化，從“授之以魚”變?yōu)椤笆谥詽O”。針對具體工程案例，教師指導(dǎo)和學(xué)生自學(xué)，不僅使學(xué)生“學(xué)會”，而且使學(xué)生“會學(xué)”，傳授知識與培養(yǎng)自學(xué)能力相結(jié)合。再次，案例教學(xué)中的角色變化，學(xué)生成了教學(xué)活動中的主體，改變了教師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)的以教定學(xué)的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動參與、自主學(xué)習(xí)的新型學(xué)習(xí)模式。[4]

實踐證明，案例教學(xué)具有學(xué)習(xí)效率高的特點。學(xué)生在完成一個和他們的實際生活與學(xué)習(xí)密切相關(guān)而且比較有趣的“任務(wù)”時，會非常專心，樂此不疲，從而學(xué)習(xí)效率大幅提高，教學(xué)質(zhì)量也相應(yīng)提升。

二、“材料成形技術(shù)基礎(chǔ)”課程案例教學(xué)設(shè)計

1.案例選擇

“材料成形技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生材料成型的基礎(chǔ)理論和工程技術(shù)，要求學(xué)生獲得常用工程材料液態(tài)成型、塑性成型、焊接成型的工藝知識，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識，分析和解決工程問題的能力。

案例教學(xué)中案例選取和設(shè)計對教學(xué)效果非常關(guān)鍵，在選擇實施案例時，應(yīng)該考慮如下兩個方面：選擇的案例應(yīng)為同學(xué)所熟知的，這樣可以避免他們花費太多時間去理解零部件的結(jié)構(gòu)，把主要精力用在知識學(xué)習(xí)和工藝設(shè)計方面；選擇的案例要求覆蓋的工藝內(nèi)涵豐富，有足夠的探究空間，學(xué)生可以根據(jù)自己的理解和對理論知識的掌握，選擇不同的成型方法，實施創(chuàng)新性設(shè)計，并通過小組討論的方式完善工藝方案設(shè)計。

基于以上原則和教學(xué)目標(biāo)的要求，本文選取空心和實心鋼球作為案例教學(xué)的工程對象，實施了金屬材料的液態(tài)成型、塑性成型（鍛造成形、板料沖壓）和焊接成型案例設(shè)計和教學(xué)內(nèi)容。

鑄造空心鋼球作為液態(tài)成型案例，具有結(jié)構(gòu)簡單、成型方法多樣、涉及工藝內(nèi)容廣泛等特點，適于開展案例教學(xué)。該案例教學(xué)內(nèi)容要求學(xué)生了解鋼的成型工藝性能，掌握分型面選擇、澆注位置選擇、型芯使用、澆口冒口設(shè)置、收縮率、公差和加工余量、工藝卡的制定、工裝設(shè)計和鑄件防護(hù)等工藝內(nèi)容。

實心鋼球為鍛造成型案例，涵蓋了自由鍛和模鍛兩大基本鍛造方法，學(xué)生對鋼球也比較熟悉，適合案例教學(xué)。此案例要求學(xué)生掌握鍛造毛坯結(jié)構(gòu)的工藝性要求、金屬材料的可鍛性、常用鍛造方法、坯料計算方法、加工余量、鍛造比、鍛造公差等工藝參數(shù)的含義及確定原則等內(nèi)容，以及一般的鍛造工藝流程。

焊接空心鋼球作為板料沖壓和焊接成型案例，涉及板料沖壓中分離和變形兩工序，還涉及材料的焊接性能、焊縫布局和焊接順序、焊接變形等基本工藝內(nèi)容，工藝內(nèi)涵豐富。該案例能夠讓學(xué)生體會和掌握沖壓件結(jié)構(gòu)的工藝性要求、常用沖壓工序，排樣和板料計算方法、焊接結(jié)構(gòu)的工藝性要求、金屬材料的焊接性能評價方法等內(nèi)容。

2.案例教學(xué)設(shè)計

案例教學(xué)的具體設(shè)計內(nèi)容包括案例作業(yè)題目、任務(wù)布置、分組實施、課堂報告及討論、教師點評和總結(jié)、學(xué)生完善報告、教師評分及反饋等七個方面。下面以空心鋼球的鑄造成型為例說明案例教學(xué)的設(shè)計。

（1）案例作業(yè)題目。案例教學(xué)題目應(yīng)給出完成某項工作或工程的目標(biāo)，并提出一些基本背景和條件等，針對鑄造空心鋼球?qū)Τ尚唾|(zhì)量的要求不同，所考慮的工藝細(xì)節(jié)和所采用的成型方法也會不同，教師必須提出必要的工藝約束條件，使學(xué)生聚焦思考，但同時又不能約束得太多，限制他們的想象力。教學(xué)過程中規(guī)定材料為45號鋼，直徑為Φ200mm，壁厚為15mm。成型后，鋼球表面光滑（允許打磨，但不允許實施補(bǔ)焊），造型方法為砂型手工造型。

（2）任務(wù)布置。提出完成案例題目的有關(guān)要求，應(yīng)包括技術(shù)要求和教學(xué)安排，如完成鑄造空心鋼球成型工藝設(shè)計可以采取任何工藝措施，但不能在球外表面進(jìn)行補(bǔ)焊，可以打磨等；設(shè)計出鑄造工藝方案，畫出鑄造工藝圖，并制定工藝卡；學(xué)生自由組合成5人一組，確定組長，確定各自的任務(wù)和分工；案例教學(xué)的實施是在相應(yīng)章節(jié)課堂講授內(nèi)容結(jié)束后進(jìn)行的，學(xué)生已經(jīng)掌握了一些基本的概念和方法，通過查閱資料，并運(yùn)用所學(xué)鑄造成形知識完成案例作業(yè)；時間為兩周等。

（3）分組實施。學(xué)生利用課余時間，自學(xué)有關(guān)知識，查閱資料，充分思考和討論，集思廣益，組長把各位同學(xué)的研究成果匯總成案例報告。

（4）課堂報告及討論。在課堂教學(xué)課時中專門安排1個學(xué)時，報告會由任課教師主持，請各小組組長采用PPT的方式報告各自完成的案例，教師對學(xué)生的報告內(nèi)容及時提出質(zhì)疑，要求本組或其他小組思考并回答質(zhì)疑。

（5）教師點評及總結(jié)。任課老師根據(jù)各組的報告，積極肯定學(xué)生正確的報告內(nèi)容，指出錯誤的概念、方法和工藝，從個別到一般，總結(jié)歸納出必要的理論知識和基本原理，特別是要總結(jié)出要求同學(xué)們自學(xué)掌握的一些知識點。

（6）學(xué)生完善報告。要求學(xué)生根據(jù)課堂討論、教師點評和總結(jié)，對本小組的案例報告進(jìn)行修改和完善，在規(guī)定的時間內(nèi)將最終報告提交任課教師。

（7）教師評分及反饋。任課老師查閱學(xué)生提交的最終案例報告，給各個小組的報告評分并撰寫簡要評語，將評分和評語反饋給他們。

案例教學(xué)中，在說明案例題目和任務(wù)布置過程中，需要采用啟發(fā)式的方式，預(yù)先提出案例的難點和問題，激發(fā)學(xué)生對案例題目的興趣；實施過程要強(qiáng)調(diào)自學(xué)和查閱資料，鼓勵在科學(xué)的基礎(chǔ)上積極創(chuàng)新，鼓勵學(xué)生借助計算機(jī)軟件表達(dá)工藝思路、方法和設(shè)計，如采用Solidworks表達(dá)工藝思路、方法，以CAD繪出工藝設(shè)計圖等。案例教學(xué)也對任課教師提出了較高的要求，如需要教師熟知專業(yè)知識，具有一定的工程能力、投入更多的時間等。

三、鑄造空心鋼球案例教學(xué)實踐

1.案例作業(yè)題目及任務(wù)布置

以液態(tài)成型案例教學(xué)為例，總結(jié)案例教學(xué)實踐內(nèi)容。

案例作業(yè)題目為采用鑄造成型的方法制備空心鋼球，外徑Φ200mm，壁厚15mm，造型方法為砂型手工造型，成型后，鋼球表面光滑（允許打磨，但不允許實施補(bǔ)焊）。

該案例的教學(xué)目標(biāo)是鞏固課堂講授的液態(tài)成型的有關(guān)理論和技術(shù)方法，學(xué)生以該案例為載體自學(xué)課堂上講授枯燥、但又需要掌握的工藝方法、工藝參數(shù)、工藝規(guī)范和工藝卡等知識，加強(qiáng)對他們實踐和工程能力的培養(yǎng)。在課堂教學(xué)完成了液態(tài)成型教授內(nèi)容后，提出并布置該案例題目，強(qiáng)調(diào)在不采用任何焊接方法條件下，只采用液態(tài)成型方法制造出空心鋼球的技術(shù)難點，以此激發(fā)同學(xué)們的思考熱情和積極性，淡化材料種類、鋼球尺寸大小等與案例教學(xué)目標(biāo)關(guān)聯(lián)不密切的內(nèi)容，同時說明按照小組報告質(zhì)量，同組成員獲得同樣成績的集體評分方法。

2.分組實施及撰寫報告

案例教學(xué)實踐表明，學(xué)生針對空心鋼球的技術(shù)難點，以極大的熱情積極思考，通過自學(xué)和查閱資料，分析討論，能夠準(zhǔn)時完成教學(xué)案例報告。此外，在集體榮譽(yù)感的推動下，小組成員積極投入案例教學(xué)，提高了學(xué)習(xí)效率和效果，加強(qiáng)了團(tuán)隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。

3.課堂報告、討論及點評

鑄造空心鋼球是一個開放式案例作業(yè)題目，無標(biāo)準(zhǔn)答案，由此可激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思考和嘗試。教師在評定學(xué)生課堂報告時，要注意把握工藝方法和方案的合理性及可行性，工藝設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，基本理論運(yùn)用，技術(shù)內(nèi)容以及工藝細(xì)節(jié)的規(guī)范性。為獲得較好的教學(xué)效果，教師要加強(qiáng)課堂調(diào)控能力，及時并積極肯定學(xué)生細(xì)小的合理創(chuàng)新想法、方案和技術(shù)細(xì)節(jié)，最大限度地調(diào)動他們的案例教學(xué)學(xué)習(xí)熱情，在此基礎(chǔ)上對存在的問題提出質(zhì)疑，鼓勵同學(xué)們解答質(zhì)疑，引導(dǎo)深入思考和學(xué)習(xí)，活躍課堂討論，達(dá)到老師和學(xué)生之間互動的教學(xué)效果。

空心鋼球鑄造工藝方案之一是采用金屬型芯和芯撐工藝措施，見圖1。這兩項工藝措施在教科書中是沒有的，課堂教學(xué)也不講授，但學(xué)生帶著“如何形成空心”和“如何保證壁厚均勻”兩個問題查閱資料，是可以找到類似的解決答案的。一旦有學(xué)生在報告中體現(xiàn)類似的方法，教師不僅要積極肯定他們的方案設(shè)計，還要充分肯定他們的自學(xué)能力和效果。如果同學(xué)們的報告中沒有金屬型芯和芯撐工藝措施，教師可以結(jié)合他們的報告內(nèi)容，質(zhì)疑如何做出空心和保證壁厚均勻這兩個問題，或引導(dǎo)其他同學(xué)提出有關(guān)的質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，尋找答案。教學(xué)實踐表明，同學(xué)們是可以提出解決方案的，并在該過程中會出現(xiàn)活躍的課堂討論。

4.評分和評語

為實現(xiàn)較好的教學(xué)效果，在課堂報告、討論及點評后，要求學(xué)生根據(jù)討論和點評，進(jìn)一步修改和完善案例教學(xué)作業(yè)，對提交的作業(yè)評分，同時給出簡要評語，學(xué)生查看評語后，會進(jìn)一步提高有關(guān)知識的學(xué)習(xí)效果。

四、結(jié)論

案例教學(xué)法有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和效率，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性，有利于師生互動，活躍課堂教學(xué)，提高教學(xué)效果和質(zhì)量，是研究性教學(xué)方法的重要內(nèi)容之一。案例教學(xué)也是一種雙向的教學(xué)形式，有助于促使教師加深思考和教師教學(xué)水平的不斷提高，同時也對教師提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂軍書.淺析案例教學(xué)在研究生教學(xué)中的運(yùn)用——以哈佛案例教學(xué)為實證[J].經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊，2011，(6):254-255.

[2]任國強(qiáng)，羅嘯峰.案例教學(xué)法在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011，21(1):85-86.

[3]丁國鋒，李云華，劉同剛，等.案例教學(xué)法在傳染病學(xué)教學(xué)中的實踐與探討[J].西北醫(yī)學(xué)教育，2011，(2):306-308.

[4]隋晶秋，黃芳.法學(xué)案例教學(xué)的設(shè)計與實踐[J].黑龍江省政法管理干部學(xué)院學(xué)報，2007，(4):121-123.

（責(zé)任編輯：宋秀麗）