工科高校材料成型控制工程論文
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一、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題的“五個(gè)原則”
此外，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題時(shí)，在把握綜合性、創(chuàng)造性、應(yīng)用性、自主性和靈活性這五個(gè)原則外，還要合理掌控學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)掌握程度及學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的可操作性等方面。
二、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題的“四個(gè)方向”
材料成型與控制工程專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題在把握“五個(gè)原則”的前提下，通常可通過(guò)“四個(gè)方向”來(lái)進(jìn)行選題設(shè)立，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和學(xué)生興趣轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
（一）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是為促使學(xué)生掌握并加深對(duì)專(zhuān)業(yè)基本理論、知識(shí)的理解，而按照實(shí)驗(yàn)教材的要求，由學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并從實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)。由于實(shí)驗(yàn)結(jié)果在理論授課時(shí)已經(jīng)涉及，因此學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣不濃，熱情不高。但不要因?yàn)檫@些就抹殺驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論知識(shí)，加深學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)理解的獨(dú)特作用。完全可以通過(guò)合理安排，將一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。這樣就可以激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)主動(dòng)性、自主性。例如，對(duì)長(zhǎng)桿型坯料進(jìn)行局部鐓粗是模鍛生產(chǎn)中經(jīng)常采用的變形工序之一。因此，在《鍛壓工藝及模具設(shè)計(jì)》專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課中設(shè)立了“局部鐓粗規(guī)則的驗(yàn)證”這項(xiàng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同長(zhǎng)度試件，使用局部鐓粗模進(jìn)行鐓粗，驗(yàn)證局部鐓粗規(guī)則的正確性，觀察和分析由于局部鐓粗長(zhǎng)度與直徑比值的影響而出現(xiàn)的正常和不正?，F(xiàn)象。由于是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生興趣不高，往往抱著看熱鬧的心態(tài)參加實(shí)驗(yàn)，不能達(dá)到良好的教學(xué)效果，但該實(shí)驗(yàn)涉及內(nèi)容是比較典型且在生產(chǎn)中常用到的。怎樣保留并將其轉(zhuǎn)換為學(xué)生感興趣的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)?？這就需要轉(zhuǎn)換思路，可將該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為首先要求學(xué)生根據(jù)給定尺寸的不同試件，進(jìn)行局部鐓粗積聚工步計(jì)算，并繪制鐓粗模模具圖。當(dāng)然，由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)及加工時(shí)間的限制，學(xué)生設(shè)計(jì)的鐓粗模并不需要制作出來(lái)，因?yàn)榻o定尺寸的試件，其局部鐓粗模主要模具尺寸及工步是唯一的，可以采用原有的局部鐓粗模進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和鑒定學(xué)生設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，這些需要教師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中靈活掌握。這樣，通過(guò)對(duì)原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并予以實(shí)施，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析論證，一方面有力地提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，鞏固所學(xué)理論知識(shí)，提高解決本專(zhuān)業(yè)有關(guān)加工工藝問(wèn)題的能力；另一方面增加的鐓粗模設(shè)計(jì)又鍛煉了學(xué)生的工程制圖能力。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不但可以保留一些經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期教學(xué)積淀總結(jié)的經(jīng)典、原理性強(qiáng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，還能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，有著“一舉三得”的益處。當(dāng)然，并不是所有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)都能轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于這類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如果確實(shí)是經(jīng)典、原理性強(qiáng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，只要集思廣益，通過(guò)合理安排，完全可以將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)穿插在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。這些都需要在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題中拓寬思路，靈活安排。
（二）科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，就是將專(zhuān)業(yè)教師的科研課題或科研成果轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，新材料、新技術(shù)和新知識(shí)不斷出現(xiàn)，而且高校材料成型與控制工程的教師學(xué)歷較高，多為博士畢業(yè)，且積累了具有一定水平的科研成果。把科研課題或科研成果涉及的新技術(shù)和新知識(shí)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的最佳途徑。根據(jù)調(diào)查，學(xué)生大多數(shù)對(duì)專(zhuān)業(yè)課老師所從事的科研項(xiàng)目及內(nèi)容具有極大的興趣和關(guān)注，此舉能夠有力地提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性和興趣，利于實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)與實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)的教學(xué)目的。例如，教師科研項(xiàng)目涉及到的過(guò)共晶Al-Mg2Si合金在航空航天、軍工、汽車(chē)等領(lǐng)域中應(yīng)用前景廣闊，已成為國(guó)內(nèi)外十分重視研究開(kāi)發(fā)的先進(jìn)復(fù)合材料，但鑄態(tài)過(guò)共晶Al-Mg2Si合金的力學(xué)性能較差。因此，可將該科研項(xiàng)目涉及內(nèi)容轉(zhuǎn)化為“原位自生Al-Mg2Si復(fù)合材料力學(xué)性能的改善”設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生針對(duì)鑄態(tài)原位自生過(guò)共晶Al-Mg2Si復(fù)合材料力學(xué)性能差的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)施改善力學(xué)性能的方法，并撰寫(xiě)分析報(bào)告。該設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所涉及的Al-Mg2Si在專(zhuān)業(yè)課中雖未能涉及，但鋁硅合金熔煉等相關(guān)知識(shí)在理論課和實(shí)驗(yàn)課上已涉及并掌握，因此學(xué)生進(jìn)行該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)有一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。學(xué)生首先要查找相關(guān)資料，理解并掌握“原位自生過(guò)共晶Al-Mg2Si復(fù)合材料”的相關(guān)知識(shí)，在保證合金成分為過(guò)共晶Mg2Si的條件下，自主選擇、計(jì)算合金成分配比。然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配料、熔煉、除氣，并根據(jù)前期選擇的不同方法對(duì)合金熔液或澆注試件進(jìn)行處理，最后進(jìn)行拉伸測(cè)試及金相觀察，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的正確性，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行理論分析。該設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)雖然由科研課題轉(zhuǎn)化，但涉及材料成型與控制工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)中應(yīng)掌握的合金設(shè)計(jì)、合金配料、合金熔煉、合金處理及熱處理工藝等，較好地將專(zhuān)業(yè)知識(shí)系統(tǒng)、綜合地鏈接在一起，使學(xué)生能夠接受系統(tǒng)的工程實(shí)訓(xùn)，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且加深其對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)和提高解決所學(xué)專(zhuān)業(yè)涉及工藝問(wèn)題的能力，樹(shù)立正確的思維方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和工作方法等?？蒲许?xiàng)目轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)，不可盲目地將科研內(nèi)容或部分內(nèi)容一成不變地照搬過(guò)來(lái)，必須要考慮學(xué)生的所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)能力，如果研究?jī)?nèi)容過(guò)于狹窄、難度較大或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容過(guò)于生僻，不僅達(dá)不到提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和教學(xué)效果的目的，反而會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒，這就從根本上違背了開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的初衷。因此，采用科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要密切結(jié)合學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫?，保證學(xué)生能夠以飽滿(mǎn)的熱情投入到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的工作中。
（三）生產(chǎn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
材料成型與控制工程是實(shí)踐性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，因此在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題時(shí)要力求接近、結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目，將其合理轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過(guò)這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，能夠有針對(duì)性地促使學(xué)生在解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)用、加強(qiáng)、拓展所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)。這種實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不但能培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)意識(shí)和實(shí)踐能力，而且能顯著提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)綜合能力。例如，以W18Cr4V為代表的高速鋼廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的切削工具和冷變形模具中，其內(nèi)部的合金元素與碳形成復(fù)雜的碳化物，分布在基體金屬上，降低了材料的機(jī)械性能。而鍛造是實(shí)際生產(chǎn)中改變高速鋼中碳化物分布狀態(tài)的重要方法。因此，可將該生產(chǎn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)“改善高速鋼鑄件中碳化物分布的鍛造工藝設(shè)計(jì)與實(shí)施”。該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括鑄造和鍛造兩大部分，鑄造部分要求學(xué)生自主選擇、設(shè)計(jì)高速鋼鑄件成分，并根據(jù)設(shè)計(jì)成分采用中頻爐進(jìn)行熔煉、澆注小型鑄件，然后對(duì)鑄件進(jìn)行碳化物偏析分析，根據(jù)偏析分析結(jié)果，合理設(shè)計(jì)鍛造工藝并利用自由鍛機(jī)實(shí)施，最后再進(jìn)行偏析檢測(cè)，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的鍛造方案是否正確。這個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有機(jī)地將鑄造和鍛壓兩個(gè)專(zhuān)業(yè)方向結(jié)合，符合實(shí)際生產(chǎn)流程，使學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、實(shí)踐和掌握企業(yè)所需要的知識(shí)，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。
（四）學(xué)生興趣轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
學(xué)生的興趣是實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)和效果的動(dòng)力，因此，如將學(xué)生普遍感興趣的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，就能激發(fā)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的關(guān)注和探索，從而促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)、技術(shù)去自主發(fā)現(xiàn)、探索和總結(jié)規(guī)律，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提高專(zhuān)業(yè)素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的目的。例如，精密鑄造是用精密造型方法獲得精確鑄件的工藝，是鑄造行業(yè)在高新領(lǐng)域的代表，很多鑄造企業(yè)對(duì)精密鑄造工藝的應(yīng)用需求很大。如果開(kāi)設(shè)精密鑄造相關(guān)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生采用精密鑄造法制備小型零件，學(xué)生并不是普遍感興趣，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。怎樣才能使學(xué)生都感興趣呢？這里可以將精密鑄造制備小型零件變?yōu)樗囆g(shù)鑄造，因?yàn)樗囆g(shù)鑄造采用的熔模鑄造、陶瓷型鑄造、消失模鑄造等的工藝與工廠(chǎng)生產(chǎn)的精密鑄造零件工藝及原理是相通的，而要求學(xué)生采用精密鑄造技術(shù)設(shè)計(jì)并制作小型鑄造工藝品，會(huì)極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和參與實(shí)驗(yàn)的熱情，學(xué)生會(huì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中潛移默化地掌握、提高精密鑄造相關(guān)知識(shí)及工藝。
三、結(jié)語(yǔ)
隨著教學(xué)改革的深入，材料成型與控制工程專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)越來(lái)越受到重視。實(shí)際教學(xué)中，我們本著“五個(gè)原則，四個(gè)方向”來(lái)制定設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選題，同時(shí)力求使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)形式不斷更新、完善，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)積極性，為培養(yǎng)學(xué)生科技、工程能力的應(yīng)用與創(chuàng)新創(chuàng)造良好的前提條件，取得了良好的教學(xué)效果。在以“五個(gè)原則，四個(gè)方向”制定的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，學(xué)生能夠真正地綜合運(yùn)用多門(mén)學(xué)科的知識(shí)、方法和技能來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)用所掌握的知識(shí)去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題，提高了專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，積累了在企事業(yè)單位和生產(chǎn)一線(xiàn)解決實(shí)際問(wèn)題的知識(shí)、素質(zhì)和能力。
作者：周岐 楊曉平 武曉峰 孟力凱 單位：遼寧工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
