工科高校材料成型控制工程論文

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一、設(shè)計性實驗選題的“五個原則”

此外，設(shè)計性實驗選題時，在把握綜合性、創(chuàng)造性、應(yīng)用性、自主性和靈活性這五個原則外，還要合理掌控學(xué)生專業(yè)知識結(jié)構(gòu)、專業(yè)知識掌握程度及學(xué)生自主實驗的可操作性等方面。

二、設(shè)計性實驗選題的“四個方向”

材料成型與控制工程專業(yè)設(shè)計性實驗選題在把握“五個原則”的前提下，通常可通過“四個方向”來進(jìn)行選題設(shè)立，即驗證性實驗轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗、科研項目轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗、生產(chǎn)項目轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗和學(xué)生興趣轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗。

（一）驗證性實驗轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗

驗證性實驗是為促使學(xué)生掌握并加深對專業(yè)基本理論、知識的理解，而按照實驗教材的要求，由學(xué)生進(jìn)行實驗操作，并從實驗結(jié)果驗證所學(xué)的理論知識。由于實驗結(jié)果在理論授課時已經(jīng)涉及，因此學(xué)生實驗的興趣不濃，熱情不高。但不要因為這些就抹殺驗證性實驗驗證理論知識，加深學(xué)生對基本理論知識理解的獨特作用。完全可以通過合理安排，將一些驗證性實驗轉(zhuǎn)換為設(shè)計性實驗。這樣就可以激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，提高學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)主動性、自主性。例如，對長桿型坯料進(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》專業(yè)實驗課中設(shè)立了“局部鐓粗規(guī)則的驗證”這項驗證性實驗。該實驗通過對不同長度試件，使用局部鐓粗模進(jìn)行鐓粗，驗證局部鐓粗規(guī)則的正確性，觀察和分析由于局部鐓粗長度與直徑比值的影響而出現(xiàn)的正常和不正?，F(xiàn)象。由于是驗證性實驗，學(xué)生興趣不高，往往抱著看熱鬧的心態(tài)參加實驗，不能達(dá)到良好的教學(xué)效果，但該實驗涉及內(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)計性實驗?zāi)兀窟@就需要轉(zhuǎn)換思路，可將該實驗內(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算，并繪制鐓粗模模具圖。當(dāng)然，由于實驗經(jīng)費及加工時間的限制，學(xué)生設(shè)計的鐓粗模并不需要制作出來，因為給定尺寸的試件，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)行實驗和鑒定學(xué)生設(shè)計結(jié)果的準(zhǔn)確性，這些需要教師在實驗過程中靈活掌握。這樣，通過對原有實驗內(nèi)容轉(zhuǎn)換為設(shè)計性實驗，可使學(xué)生根據(jù)給定的實驗?zāi)康模孕性O(shè)計實驗方案并予以實施，對實驗結(jié)果進(jìn)行分析論證，一方面有力地提升學(xué)生的實驗熱情，鞏固所學(xué)理論知識，提高解決本專業(yè)有關(guān)加工工藝問題的能力；另一方面增加的鐓粗模設(shè)計又鍛煉了學(xué)生的工程制圖能力。驗證性實驗轉(zhuǎn)換為設(shè)計性實驗，不但可以保留一些經(jīng)過長期教學(xué)積淀總結(jié)的經(jīng)典、原理性強的驗證性實驗內(nèi)容，而且節(jié)約實驗經(jīng)費，還能提高學(xué)生的實驗熱情，達(dá)到良好的實驗教學(xué)效果，有著“一舉三得”的益處。當(dāng)然，并不是所有驗證性實驗都能轉(zhuǎn)換為設(shè)計性實驗，對于這類實驗項目，如果確實是經(jīng)典、原理性強的驗證實驗項目，只要集思廣益，通過合理安排，完全可以將驗證性實驗穿插在設(shè)計性實驗項目中，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。這些都需要在設(shè)計性實驗選題中拓寬思路，靈活安排。

（二）科研項目轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗

科研項目轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗，就是將專業(yè)教師的科研課題或科研成果轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗。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)和新知識轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、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)對專業(yè)課老師所從事的科研項目及內(nèi)容具有極大的興趣和關(guān)注，此舉能夠有力地提高學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的積極性和興趣，利于實現(xiàn)加強學(xué)生專業(yè)素質(zhì)與實踐應(yīng)用能力培養(yǎng)的教學(xué)目的。例如，教師科研項目涉及到的過共晶Al-Mg2Si合金在航空航天、軍工、汽車等領(lǐng)域中應(yīng)用前景廣闊，已成為國內(nèi)外十分重視研究開發(fā)的先進(jìn)復(fù)合材料，但鑄態(tài)過共晶Al-Mg2Si合金的力學(xué)性能較差。因此，可將該科研項目涉及內(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)計性實驗，要求學(xué)生針對鑄態(tài)原位自生過共晶Al-Mg2Si復(fù)合材料力學(xué)性能差的特點，設(shè)計并實施改善力學(xué)性能的方法，并撰寫分析報告。該設(shè)計性實驗所涉及的Al-Mg2Si在專業(yè)課中雖未能涉及，但鋁硅合金熔煉等相關(guān)知識在理論課和實驗課上已涉及并掌握，因此學(xué)生進(jìn)行該項實驗有一定的理論和實踐基礎(chǔ)。學(xué)生首先要查找相關(guān)資料，理解并掌握“原位自生過共晶Al-Mg2Si復(fù)合材料”的相關(guān)知識，在保證合金成分為過共晶Mg2Si的條件下，自主選擇、計算合金成分配比。然后根據(jù)計算結(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合金熔液或澆注試件進(jìn)行處理，最后進(jìn)行拉伸測試及金相觀察，檢驗設(shè)計方案的正確性，并對結(jié)果進(jìn)行理論分析。該設(shè)計性實驗雖然由科研課題轉(zhuǎn)化，但涉及材料成型與控制工程專業(yè)知識中應(yīng)掌握的合金設(shè)計、合金配料、合金熔煉、合金處理及熱處理工藝等，較好地將專業(yè)知識系統(tǒng)、綜合地鏈接在一起，使學(xué)生能夠接受系統(tǒng)的工程實訓(xùn)，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且加深其對所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識和提高解決所學(xué)專業(yè)涉及工藝問題的能力，樹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?？蒲许椖哭D(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗時，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來，必須要考慮學(xué)生的所學(xué)專業(yè)知識和專業(yè)能力，如果研究內(nèi)容過于狹窄、難度較大或?qū)嶒瀮?nèi)容過于生僻，不僅達(dá)不到提高學(xué)生實驗興趣和教學(xué)效果的目的，反而會使學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒，這就從根本上違背了開展設(shè)計性實驗的初衷。因此，采用科研項目轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗時，一定要密切結(jié)合學(xué)生專業(yè)知識、實驗?zāi)芰Φ确矫?，保證學(xué)生能夠以飽滿的熱情投入到設(shè)計性實驗的工作中。

（三）生產(chǎn)項目轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗

材料成型與控制工程是實踐性較強的專業(yè)，因此在設(shè)計性實驗選題時要力求接近、結(jié)合實際生產(chǎn)項目，將其合理轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗內(nèi)容。通過這種設(shè)計性實驗的訓(xùn)練，能夠有針對性地促使學(xué)生在解決實際生產(chǎn)問題時應(yīng)用、加強、拓展所學(xué)的專業(yè)理論知識。這種實際生產(chǎn)項目轉(zhuǎn)化的設(shè)計性實驗，不但能培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計意識和實踐能力，而且能顯著提高學(xué)生的專業(yè)綜合能力。例如，以W18Cr4V為代表的高速鋼廣泛應(yīng)用于實際生產(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)項目轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗“改善高速鋼鑄件中碳化物分布的鍛造工藝設(shè)計與實施”。該實驗內(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)計高速鋼鑄件成分，并根據(jù)設(shè)計成分采用中頻爐進(jìn)行熔煉、澆注小型鑄件，然后對鑄件進(jìn)行碳化物偏析分析，根據(jù)偏析分析結(jié)果，合理設(shè)計鍛造工藝并利用自由鍛機(jī)實施，最后再進(jìn)行偏析檢測，以檢驗設(shè)計的鍛造方案是否正確。這個設(shè)計性實驗有機(jī)地將鑄造和鍛壓兩個專業(yè)方向結(jié)合，符合實際生產(chǎn)流程，使學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、實踐和掌握企業(yè)所需要的知識，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)計性實驗

學(xué)生的興趣是實驗教學(xué)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)和效果的動力，因此，如將學(xué)生普遍感興趣的問題轉(zhuǎn)化為設(shè)計性實驗，就能激發(fā)學(xué)生對設(shè)計性實驗的關(guān)注和探索，從而促使學(xué)生在實驗中運用已學(xué)的知識、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)生熟練運用所學(xué)專業(yè)知識，提高專業(yè)素質(zhì)、創(chuàng)新意識和實踐能力的目的。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)對精密鑄造工藝的應(yīng)用需求很大。如果開設(shè)精密鑄造相關(guān)的設(shè)計性實驗，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，因為藝術(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)計并制作小型鑄造工藝品，會極大地調(diào)動學(xué)生的興趣和參與實驗的熱情，學(xué)生會在實驗過程中潛移默化地掌握、提高精密鑄造相關(guān)知識及工藝。

三、結(jié)語

隨著教學(xué)改革的深入，材料成型與控制工程專業(yè)的設(shè)計性實驗越來越受到重視。實際教學(xué)中，我們本著“五個原則，四個方向”來制定設(shè)計性實驗項目的選題，同時力求使實驗內(nèi)容、實驗形式不斷更新、完善，充分調(diào)動了學(xué)生的實驗學(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“五個原則，四個方向”制定的設(shè)計性實驗項目中，學(xué)生能夠真正地綜合運用多門學(xué)科的知識、方法和技能來設(shè)計實驗方案，并在實驗過程中運用所掌握的知識去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，提高了專業(yè)技術(shù)水平，積累了在企事業(yè)單位和生產(chǎn)一線解決實際問題的知識、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