材料成型及控制工程专业实验教学改革

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摘要：随着国家的发展，需要越来越多的工程应用型人才，而综合实验是材料成型及控制工程专业实践教学的重要环节，通过系统性的在综合实验中引入面向工程实际的选题，进行综合设计及实验，有助于培养学生的动手能力、创新能力和工程实践能力。实践教学是高等学校教学中重要的一环，材料成型及控制工程专业包含铸、锻、焊多种成型技术，是一门实践性很强的专业，而实验教学是实践教学的重要组成部分，加强实验教学，有助于学生将课堂上学到的理论与工程实际相联系，对于培养学生的动手能力、创新能力、分析和解决问题的能力尤为重要。

关键词：综合实验；工程应用；实践教学

自2016年政府工作报告中，总理提出“培育精益求精的工匠精神”以来，“工匠精神”成为普遍追求，单位的用人观念也随之发生转变，随着“一带一路”、“供给侧”结构性改革的持续推进，“中国制造2025”都将需要越来越多的具有工匠精神的技术人才，为了适应这一人才培养目标，需要在重视理论基础教育的同时，强化学生的工程教育[1]。因此新形势下的地方普通本科高校，应该调整自己的培养体系，为国家培养具有创新能力和工程实践能力的高素质应用人才[2]。

1开设综合实验的目的与传统实验弊端

专业综合实验通常开设在第7学期，在这之前，学生已经进行基础性及专业性的理论学习，此时进行综合实验，目的是使学生在对本专业各课程理论学习和必要的实验技能训练的基础上，系统地运用所学专业知识和技能，综合处理实际工作中可能遇到的问题，提高学生综合应用所学知识和解决实际问题的能力；并且为学生开展毕业设计和金属材料方面有关工作奠定基础；同时可以拓展学生的知识面，培养与训练学生的创新意识，培养和提高学生思考问题、解决问题和独立工作的能力。然而，传统该实验课程的教学中仍以多个独立的、基础性的实验构成，这些实验虽然包含了从材料的制备成型、强化处理到测试分析等一系列的实验项目，但是因各实验项目间是相互独立的，不具备真正意义上的综合性[4]，学生只是在机械的重复老师做过的实验，锻炼的只是单个实验的能力，没有系统性，没有自己的设计与思考，达不到这门课的培养目的和培养要求。

2系统性专业综合实验的实施

2.1选题阶段

学生经过三年的学习，已经掌握材料专业相关的理论知识，就铸造方向为例，学生已经进行《金属学原理》、《金属凝固原理》、《铸造工艺学》、《金属熔铸工艺学》等理论课知识的学习，理论知识已经具备，需要的是一个能将前几年学习的各科理论知识给连贯起来的课题，这个课题应该体现铸造方向特色，接近工程实际，应尽量具有创新性、实用性和趣味性的统一[5]，与其它课程及实践环节既要紧密结合，又不能重复，要能体现综合实验的特点，学生在实验中具有主导地位，学生能够自主设计实验、独立实验验证并进行数据处理及分析，提高和培养学生的实验兴趣，为以后的毕业设计和工作岗位打好基础，因此选题尤其重要。我校在选题上会根据各行各业中用到的基本零件，给出具体的零件图。教师提出实验目的和实验要求，把学生分成5~6个一组，每组一个负责人，自由选择不同零件图，对其进行铸造工艺设计，然后在此基础上进行实验验证，最后进行综合分析。从这个选题学生能够得到系统性的训练，既巩固了自己以前的理论知识，将理论知识转化为实践成果，又提升了学生的实验参与度，因能够将自己亲手设计的东西变为现实中的具体物件，极大的激发了学生的实验热情，积极性大大提高，学生开始能够独立的、系统的去思考问题、分析及解决问题，更接近以后的工作实际，从而达到学有所用的目的。

2.2综合设计阶段

学生对感兴趣的零件进行选题之后，根据教师的要求，学生进图书馆查阅相关图书资料及文献，确定铸造工艺方案。仔细审查零件图样，分析零件的结构是否符合铸造工艺性；在分析中如果发现结构设计不合理的地方，应就有关方面进行研究，在保证使用性能的前提下进行改进；当零件结构无法改进时，就需要考虑在工艺设计中采取措施防止缺陷的产生。选择合适的造型造芯方法，确定浇注位置，选择分型面。工艺方案确定之后，紧接着进行砂芯设计和铸造工艺参数设计，然后设计浇注系统、冒口等，最后进行工装设计。铸造工艺设计完成之后，由教师组织各组答辩，对工艺设计的合理性给出点评，确定合理的方案。在整个设计环节，采用不同的工艺，对金属成本、铸件出品率、成品率等都有很大的影响，需要整组学生认真讨论、沟通、协调和选择，在这个过程中，既能够充分调动学生运用前三年学过的知识去系统的科学思考，又能培养学生的团队合作精神，在沟通的过程中，发现自己的不足和他人的长处。

2.3实验验证阶段

当铸造工艺方案确定之后，学生可进实验室进行实验验证。学生之前在《金属熔铸工艺学》中学习过金属的熔炼及浇注，《铸造设备及自动化》中学习过铸造设备的使用，《造型材料》中学习过耐火材料、粘结剂及附加物的选择、配比及混制，在《铸造工艺学》中学习过铸造工艺的选择及铸件缺陷产生的原因等等，之前这些课程的学习及实践，为学生独立进开放实验室奠定了基础。学生需要综合之前做过的多个实验，结合自己的工艺设计，综合成一个整体的、系统性的实验。首先需要进行金属的熔炼，然后混砂造型、造芯，最后合箱浇注。整个实验过程严格按照之前的铸造工艺方案来进行。对清除浇冒口后的铸件进行质量检验，包括铸件的外观、显微组织及力学性能，并对实验结果进行数据处理及分析。

2.4实验报告阶段

结束实验后，学生对实验结果进行综合分析，撰写完整的专业综合实验报告。在实验报告中，既要有完备翔实的数据分析，又要对实验的整体结果进行评价，对不足的地方进行分析，提出解决方案。教师根据综合实验的整个实施过程进行考核，结合学生的实验设计、实验操作和实验报告进行综合总结，肯定成果，同时指出实验中的薄弱环节，在以后的科研实践中进行改进。

3结语

专业综合实验开设中自实施自主选题、独立设计、系统实验的过程以来，学生的积极性得到很大程度的提高，以往机械式、被动式的学习方式大大改变，学生主动参与到实验中，培养了学生的独立思考能力及创新能力。实验选题面向工程实际，促进了本科应用型人才的培养质量，提高了学生的就业创业能力。

参考文献

[1]叶宏，麻彦龙.基于创新人才培养的材料专业实验教学改革[J].中国现代教育装备,2016,24(9):104-106.

[2]章晓波，巴志新，王章忠.基于综合实验周培养工程实践能力的探索[J].中国电力教育,2014(14):162-163.

[3]冯义成，姜文勇，王丽萍，等.金属材料工程“卓越工程师”试点专业综合实验教学改革与实践[J].教育教学论坛,2015(13):244-245.

[4]鲜广，杜昊，赵海波，等.多学科技术有机结合的材料成形专业大型综合实验设计[J].实验室研究与探索,2019,38(4):156-160.

[5]赵芳霞，魏无际，丁毅，等.金属材料工程专业综合实验教学的探索[J].铸造设备研究,2005(3):52-54.

作者：张艳 张静 秦亮 周瑞 单位：江苏科技大学冶金与材料工程学院