胡海霞，劉志衛(wèi)，袁長頌

(安徽理工大學(xué) a.機(jī)械工程學(xué)院 b.礦山智能裝備與技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南 232001)

0 引言

創(chuàng)新是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的重要力量，創(chuàng)新方法是自主創(chuàng)新的根本之源。高校創(chuàng)新教育是一種全新的教育理念，旨在增強(qiáng)高校學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)工科學(xué)生創(chuàng)新能力，構(gòu)建創(chuàng)新體系，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為主要目標(biāo)[1,2]。發(fā)明問題解決理論(Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch，TRIZ)是重要的創(chuàng)新方法理論，是人們創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的方法、工具。培養(yǎng)高校學(xué)生的創(chuàng)新能力僅靠開設(shè)創(chuàng)新方法課程還不夠，還需要通過具體課程教學(xué)來實(shí)現(xiàn)。因此，應(yīng)將創(chuàng)新方法與專業(yè)課程相融合，將探索創(chuàng)新方法作為創(chuàng)新能力的核心要素融入到創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系中，建設(shè)完整的、具有專業(yè)特色類的創(chuàng)新課程體系，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力[3]。

機(jī)械工程材料是機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入專業(yè)領(lǐng)域的入門課程。課程知識結(jié)構(gòu)層次分明，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，對培養(yǎng)和訓(xùn)練高校學(xué)生的獨(dú)立分析能力、創(chuàng)新能力具有積極作用。隨著21世紀(jì)創(chuàng)新教育實(shí)施地逐步深入，創(chuàng)新方法教學(xué)的日益普及，各高校都著力推進(jìn)創(chuàng)新教育，服務(wù)國家創(chuàng)新發(fā)展，創(chuàng)新課程建設(shè)也日益被關(guān)注[4]。在專創(chuàng)課程建設(shè)的浪潮中，教學(xué)改革勢在必行，要利用創(chuàng)新思想重構(gòu)專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容，使機(jī)械工程及相關(guān)專業(yè)學(xué)生以機(jī)械工程材料知識體系為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地形成創(chuàng)新思維知識體系，養(yǎng)成創(chuàng)新思維能力。培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的專業(yè)人才以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要是當(dāng)前高校專業(yè)課程教學(xué)改革的一個(gè)重要方向[5]。

1 機(jī)械工程材料課程教學(xué)改革途徑

1.1 課程建設(shè)方法

機(jī)械工程材料課程內(nèi)容豐富，理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)[6]。高校學(xué)生畢業(yè)后從事機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、加工制造、維修售后等機(jī)械相關(guān)領(lǐng)域工作時(shí)，需要了解并掌握機(jī)械工程材料及其成型方面的知識。隨著國家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育政策地推進(jìn)，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，各高校開設(shè)了越來越多的創(chuàng)新課程。根據(jù)TRIZ理論體系和人才培養(yǎng)的需要，高校結(jié)合前期教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)分析TRIZ創(chuàng)新理論的方法體系和解決問題的基本流程，收集機(jī)械工程領(lǐng)域相關(guān)具體案例并進(jìn)行剖析。梳理課程知識脈絡(luò)，制定課程標(biāo)準(zhǔn)，編寫TRIZ創(chuàng)新思維和方法并與專業(yè)課程相融合，課程主要章節(jié)配有課后習(xí)題，類型豐富，綜合性強(qiáng)，重點(diǎn)考查學(xué)生運(yùn)用知識分析問題、解決問題的綜合能力。完善相關(guān)課程大綱、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)總結(jié)等教學(xué)資源建設(shè)。

將創(chuàng)新方法融入機(jī)械工程材料課程教學(xué)，有利于改變學(xué)生思考問題的方式，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題并解決問題的積極性和主動(dòng)性。機(jī)械工程材料課程教學(xué)由理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分組成，是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。機(jī)械工程材料課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生將所學(xué)知識由了解、理解，到應(yīng)用，再到改進(jìn)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化吸收。理論教學(xué)要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，課程依托本校工程實(shí)訓(xùn)中心創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室平臺，將課堂教學(xué)轉(zhuǎn)移到課程實(shí)踐平臺上，引導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新活動(dòng)，提高學(xué)生對創(chuàng)新方法的應(yīng)用能力，有效提升學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維與創(chuàng)新實(shí)踐能力的人才[7]。結(jié)合本專業(yè)特色整理并分析案例，提高學(xué)生對創(chuàng)新方法課程的理解及應(yīng)用，為傳統(tǒng)課程教學(xué)提供新思路、新方向。

1.2 教學(xué)方法選擇

機(jī)械工程材料課程涉及的基礎(chǔ)理論微觀且抽象，傳統(tǒng)課堂教學(xué)以教師講解為主，如果照本宣科，將工程材料的內(nèi)容作為孤立的知識點(diǎn)講授，學(xué)生對一些物理意義和工程應(yīng)用仍然理解不透。課程主講教師不能停留在傳統(tǒng)教與學(xué)的教學(xué)方式上，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建創(chuàng)新方法與專業(yè)課程相融合的課程體系，靈活運(yùn)用探究式、討論式、案例式、師生合作等多樣化的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新靈感。例如，針對金屬的塑性變形這一教學(xué)內(nèi)容，可以采取案例式教學(xué)模式，將行星軋壓法的發(fā)明作為教學(xué)案例，將創(chuàng)新方法融入到工程案例講解中，提升教學(xué)效果。介紹塑性形變定義、塑性變形特點(diǎn)和對材料性能及加工工藝的影響等內(nèi)容，利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，可獲得預(yù)期形狀、尺寸、組織和機(jī)械性能的金屬零件。

軋壓法是金屬材料塑性加工的主要工藝之一，廣泛用于金屬板材的成型加工。傳統(tǒng)的軋壓法是將金屬坯料送到兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的軋輥之間，在軋輥壓力的作用下，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，依靠兩個(gè)軋輥的轉(zhuǎn)動(dòng)和原料板的推進(jìn)將金屬坯料軋制成板材，如圖1(a)所示。該方法壓制變形量較大，適用于延展性能良好的鋼材，但塑性較差的金屬原料在軋制中會(huì)出現(xiàn)裂紋。為了解決這一技術(shù)難題，日本一家特種鋼廠的工程師潛心研究，一天他無意中發(fā)現(xiàn)妻子在面板上用搟面杖搟蕎麥面的過程是連續(xù)漸進(jìn)的過程，于是他借鑒妻子搟蕎麥面的姿勢和方法，用大輥帶動(dòng)小輥取代支撐輥，使金屬原料處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，從而研究出了軋制鋼板的新方法——行星軋壓法，如圖1(b)所示，成功解決了軋制鋼板生產(chǎn)中因板材產(chǎn)生裂紋而造成大量產(chǎn)品不合格的問題。

圖1 (a)傳統(tǒng)軋輥裝置和(b)行星式軋輥裝置示意圖

在本案例中技術(shù)人員通過運(yùn)用形象思維，激發(fā)了聯(lián)想、類比和創(chuàng)新能力，行星軋壓法就是由形象思維激發(fā)聯(lián)想而獲得成功的。在工程技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)中，形象思維是一種基本的思維方式，工程師在構(gòu)思新產(chǎn)品時(shí)，從外形設(shè)計(jì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)到工作原理設(shè)計(jì)，形象思維都起著重要作用。通過案例教學(xué)法，將課程內(nèi)容展現(xiàn)在實(shí)際案例中，從理論過渡到實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生建立起塑性加工工藝與金屬材料組織和性能之間的關(guān)系。案例教學(xué)法是實(shí)現(xiàn)教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的有效手段，有利于幫助高校學(xué)生樹立創(chuàng)新理念和創(chuàng)新思路，拓展創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，對提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力具有重要意義[8]。

1.3 課程體系優(yōu)化

課程體系的構(gòu)建對于創(chuàng)新方法的推廣效果具有重要影響。機(jī)械工程材料專創(chuàng)融合課程建設(shè)教學(xué)計(jì)劃應(yīng)圍繞培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，掌握和運(yùn)用創(chuàng)新理論與方法進(jìn)行制定，形成科學(xué)合理的、符合創(chuàng)新方法推廣的教學(xué)內(nèi)容體系[9]。

機(jī)械工程材料課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，涉及的知識面較廣。由于學(xué)生對工程實(shí)際問題的接觸不多，學(xué)習(xí)動(dòng)力不足，學(xué)習(xí)效果不理想。因此，教師應(yīng)精心組織教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)內(nèi)容的物理意義及其在工程中的實(shí)際應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[10]。理論教學(xué)力求與創(chuàng)新方法和實(shí)用性相結(jié)合，適當(dāng)?shù)滩闹羞^于深?yuàn)W的理論，強(qiáng)調(diào)其實(shí)用性，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)[11]。此外，導(dǎo)入案例式教學(xué)也能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的興趣，幫助學(xué)生運(yùn)用材料知識解決設(shè)計(jì)與制造過程中的相關(guān)問題，提升教學(xué)效果。

在課程教學(xué)過程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐的能力，可以安排多種形式不同層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為高等教育教學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面起著重要作用。同時(shí)，整合學(xué)校實(shí)踐資源開展教學(xué)，包括學(xué)科競賽、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)及夏令營等項(xiàng)目。將運(yùn)用知識分析和解決問題的綜合能力作為考核重點(diǎn)，將專業(yè)學(xué)習(xí)中的創(chuàng)新能力作為主要考核指標(biāo)。

在參考國內(nèi)知名高校機(jī)械工程專業(yè)課程大綱、教學(xué)課件及企業(yè)案例的基礎(chǔ)上，有針對性地選取面向高等院校機(jī)械類的典型工程案例，通過翻轉(zhuǎn)課堂、微課、視頻及動(dòng)畫的形式呈現(xiàn)給學(xué)生。相關(guān)教學(xué)案例已經(jīng)應(yīng)用于2018級機(jī)械工程及相關(guān)專業(yè)機(jī)械工程材料課程的教學(xué)實(shí)踐中(32學(xué)時(shí))。將案例庫引入教學(xué)中，從理論過渡到實(shí)際應(yīng)用，通過課堂教學(xué)中的動(dòng)畫和視頻演示增強(qiáng)了學(xué)生的場景沉浸感，將課程內(nèi)容展現(xiàn)在實(shí)際案例中，能夠使學(xué)生更加深入地了解制造業(yè)相關(guān)專業(yè)知識，對提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力具有重要意義[8]。實(shí)踐證明在機(jī)械工程材料課程教學(xué)中結(jié)合企業(yè)經(jīng)典案例，可以營造活躍的課堂教學(xué)氛圍，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)先進(jìn)設(shè)計(jì)方法及制造技術(shù)應(yīng)用水平，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識，教學(xué)效果良好。

2 結(jié)語

掌握創(chuàng)新方法是創(chuàng)造性地解決問題的前提，構(gòu)建創(chuàng)新方法與專業(yè)課程相結(jié)合的課程體系是高校培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的重要組成部分。將創(chuàng)新方法融入機(jī)械工程材料課程教學(xué)中，引入企業(yè)經(jīng)典案例，案例的選擇既要有代表性又要體現(xiàn)出明顯的專業(yè)針對性和使用性。教學(xué)環(huán)節(jié)突出創(chuàng)新思維方法，使教學(xué)變得更加生動(dòng)、具體，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新方法，激發(fā)其創(chuàng)新潛能。開展機(jī)械工程材料課程教學(xué)改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力，提升了教學(xué)效果。