時來鑫，胡 勵，周 濤，李明驁

(1 重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054；2 重慶理工大學(xué)重慶市模具技術(shù)重點(diǎn)實驗室，重慶 400054)

材料液態(tài)成形原理主要介紹金屬材料液態(tài)成形技術(shù)中共同的基本規(guī)律及物理現(xiàn)象，闡述液態(tài)成形技術(shù)的成形基本原理和基礎(chǔ)理論，揭示液態(tài)成形過程中影響材質(zhì)和制品性能的因素及凝固缺陷形成的機(jī)理，是材料成型及控制專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1-5]。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生對材料液態(tài)成形過程及成形原理能夠有深入實質(zhì)性的理解；能從本質(zhì)上認(rèn)識和分析材料液態(tài)成形過程中產(chǎn)生的實際問題和提出解決問題的途徑，為今后液態(tài)成形技術(shù)具體工藝方法等課程的學(xué)習(xí)，以及新材料、新成形技術(shù)的開發(fā)，奠定堅實的理論基礎(chǔ)。目前，重慶理工大學(xué)材料液態(tài)成形原理課程在大三上學(xué)期開設(shè)。眾所周知，材料液態(tài)成形原理課程涉獵的教學(xué)內(nèi)容較多，專業(yè)知識理論及概念抽象性較強(qiáng)[6-8]。這對于剛剛接觸專業(yè)課程且尚缺乏工程實踐能力的大三學(xué)生而言，學(xué)習(xí)本課程的難度較大；另一方面，對于課程專業(yè)教師，尤其是年輕教師而言，保障良好的課堂教學(xué)質(zhì)量也具有較大的挑戰(zhàn)。本文基于筆者對材料液態(tài)成形原理課程多年的教學(xué)經(jīng)驗與感悟，探索對材料液態(tài)成形原理課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行教學(xué)改革，以有效提升材料液態(tài)成形原理課程教學(xué)質(zhì)量。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)材料液態(tài)成形原理課程主要包括液態(tài)成形基礎(chǔ)、液態(tài)成形中的傳熱、液態(tài)金屬的凝固形核及生長方式、單相合金與多相合金的結(jié)晶、結(jié)晶組織的形成及控制、材料成形過程中的冶金反應(yīng)原理、成形缺陷的產(chǎn)生及控制、特殊條件下的成形等教學(xué)內(nèi)容。可見，材料液態(tài)成形原理課程教學(xué)內(nèi)容多而復(fù)雜。然而，本課程的課堂教學(xué)學(xué)時僅為三十二學(xué)時。如此短的時間內(nèi)，需要講授如此多的內(nèi)容，這無論是對教師的教學(xué)，還是對學(xué)生的學(xué)習(xí)，都是比較大的挑戰(zhàn)。為了提高課程教學(xué)質(zhì)量，有必要對其教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理優(yōu)化，以更好地突出重點(diǎn)內(nèi)容。例如，液態(tài)成形基礎(chǔ)中，只需簡單介紹液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)，而要重點(diǎn)理解液態(tài)合金的性質(zhì)以及液態(tài)金屬充型能力的影響因素；液態(tài)成形傳熱中，簡單介紹傳熱的基本原理，重點(diǎn)理解凝固過程的傳熱特點(diǎn)以及鑄造過程溫度場與凝固方式的相互關(guān)系；液態(tài)金屬的凝固形核及生長方式中，簡單介紹凝固熱力學(xué)及凝固形核的公式推導(dǎo)，重點(diǎn)掌握凝固熱力學(xué)、均質(zhì)形核、非均質(zhì)形核和晶體生長等知識的內(nèi)在原理；單相合金與多相合金的結(jié)晶中，簡單介紹凝固過程中傳質(zhì)的復(fù)雜公式及多相合金結(jié)晶，重點(diǎn)介紹溶質(zhì)再分配原理、成分過冷理論及其對單相合金結(jié)晶的影響；結(jié)晶組織的形成及控制中，簡單介紹熔池凝固及焊縫金屬組織，重點(diǎn)掌握鑄件宏觀凝固組織的特征、形成機(jī)理及控制措施；簡單介紹材料成形過程中冶金反應(yīng)原理及特殊條件下的成形，重點(diǎn)學(xué)習(xí)液態(tài)成形缺陷的產(chǎn)生及控制。

2 豐富教學(xué)方法

以往材料液態(tài)成形原理課堂教學(xué)中，教師主要按照課程教學(xué)內(nèi)容，多采用以文字與少許圖片為主的PPT形式，進(jìn)行灌輸式教學(xué)，再加上該課程專業(yè)知識本身比較復(fù)雜難懂，因此容易導(dǎo)致學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識的理解和記憶比較吃力，聽課感覺枯燥乏味，逐漸失去學(xué)習(xí)課程的興趣，嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果。另外，大三學(xué)生基本上從未實際接觸過材料液態(tài)成形工藝，這顯然會增加他們學(xué)習(xí)材料液態(tài)成形原理的難度。因此，我們嘗試?yán)镁W(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工廠參觀實習(xí)、科學(xué)研究等資源與條件，獲取一些材料液態(tài)成形工藝相關(guān)的圖片、動畫和視頻，并適當(dāng)?shù)貙⑵鋺?yīng)用于材料液態(tài)成形原理課堂教學(xué)中，以幫助學(xué)生更加直觀方便地理解材料液態(tài)成形原理知識。例如，在“液態(tài)成形缺陷的產(chǎn)生”章節(jié)中，利用動畫(圖1)能夠更形象地演示縮孔缺陷的形成過程，有利于學(xué)生對縮孔形成過程及原理等相關(guān)知識的理解與掌握。

圖1 縮孔形成過程示意圖(動畫截圖)Fig.1 Schematic of shrinkage cavity formation process (Screenshots of animation):

此外，我們更加重視實踐教學(xué)，通過有效利用材料液態(tài)成形虛擬教學(xué)實驗室等資源，讓學(xué)生能夠真實感受并親身參與材料液態(tài)成形實驗，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題、實際動手等工程實踐能力。我們還基于不同的教學(xué)內(nèi)容特征，靈活采用慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、創(chuàng)新拓展等先進(jìn)教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，幫助學(xué)生養(yǎng)成主動自主學(xué)習(xí)的好習(xí)慣。例如，在“單相合金的結(jié)晶”章節(jié)中，我們采用了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法。在課前，教師針對本次課中需要講授的“合金凝固過程中溶質(zhì)再分配”、“成分過冷判別式”等知識要點(diǎn)設(shè)置一些專業(yè)性問題。學(xué)生根據(jù)設(shè)置的問題，有目的地進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和上課準(zhǔn)備工作。在課堂上，將學(xué)生分成若干組，每組包括5名成員左右；組員之間針對課前設(shè)置的問題進(jìn)行討論，并進(jìn)行答案總結(jié)。這種分組式討論不僅可以活躍課堂氣氛，而且有助于提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)專業(yè)知識的積極性，并提高學(xué)生們溝通交流與歸納總結(jié)的能力。分組討論后，每組至少選派一名代表，登上講臺，對討論的問題及答案進(jìn)行展開陳述。其他學(xué)生要對其進(jìn)行實質(zhì)性點(diǎn)評，并表達(dá)出自己對相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和理解情況。這種課堂體驗式的教學(xué)方法有助于學(xué)生加深對專業(yè)知識點(diǎn)的理解與應(yīng)用。最后，教師對本次課程教學(xué)活動進(jìn)行詳細(xì)地總結(jié)，并針對每個小組的情況給出具體的評價及建議。

3 改進(jìn)考核方式

先前材料液態(tài)成形原理課程教學(xué)中，主要以平時上課考勤分?jǐn)?shù)和最后期末考試卷面分?jǐn)?shù)進(jìn)行課程考核，從而對學(xué)生課堂學(xué)習(xí)情況進(jìn)行約束，并對學(xué)生掌握課程知識的程度進(jìn)行檢驗。然而，上課考勤只能約束學(xué)生按時上課，并不能檢驗學(xué)生的實際學(xué)習(xí)效果；而單純期末考試的形式并不能很好地檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程的真實情況。鑒于此，為了改善材料液態(tài)成形原理課程的考核效果，我們嘗試從多角度、多方位對學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核。例如，采用平時表現(xiàn)情況(上課出勤、課堂討論與問答等)主要用于考核平時學(xué)生課堂的參與度。采用課堂作業(yè)主要用于考核學(xué)生對課堂知識點(diǎn)的理解和掌握程度；每次課堂作業(yè)要求學(xué)生必須在課堂規(guī)定時間內(nèi)獨(dú)立完成。采用課外作業(yè)主要考核學(xué)生對課堂知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度；每次課外作業(yè)要求學(xué)生必須獨(dú)立完成，并在規(guī)定的時間內(nèi)提交，禁止相互抄襲。利用期末考試主要考核學(xué)生對金屬液態(tài)成形過程中的基礎(chǔ)理論知識及應(yīng)用的掌握程度；在期末考試試題中，主要運(yùn)用分析題、計算題等綜合性題型，重點(diǎn)考察學(xué)生對課程專業(yè)知識的實際理解與應(yīng)用能力，避免死記硬背。通過對材料液態(tài)成形原理課程考核方式的改進(jìn)，不僅降低了期末考試卷面分?jǐn)?shù)的比重，而且有效提高了課程考核的真實性，并顯著提升了學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)課程的質(zhì)量。

4 結(jié) 語

作為材料成型及控制工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，材料液態(tài)成形原理具有教學(xué)內(nèi)容較多、液態(tài)成形理論及概念抽象性較強(qiáng)等特點(diǎn)，使得該課程學(xué)習(xí)及教學(xué)難度較大。為更好地改善材料液態(tài)成形原理課程的教學(xué)質(zhì)量，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面對該課程教學(xué)改革進(jìn)行了思索與實踐，并取得了良好的教學(xué)效果。