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本科金属热处理原理及工艺教学研究

2020/03/24 阅读:

摘要:在强调创新能力培养的“新工科”发展背景下,从教学内容、教学方式、考核方式等方面改革和创新金属热处理原理及工艺课程教学,提升教学效果是非常有意义和有必要的。教学内容和教学模式上不断创新,有利于培养具有强烈创新意识和创新能力的人才。

关键词:新工科;创新;金属热处理

在国家实施创新驱动发展、“中国制造2025”、“一带一路”等重大战略和倡议的新形势下[1],中国企业掌握行业关键核心技术,才能不被人掣肘,才能在激烈的国际竞争中立于不败之地。实现这一目标,迫切需要培养大批创新驱动能力和应用实践能力强、敢想、敢试、思维灵活的新型工程技术人才。为适应社会需求的变化,国务院办公厅印发了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》,明确指出大学教育要着重引导学生强化创新精神,培育创业意识,训练创造能力,不断更新教育观念,把创新驱动发展理念融入到人才培养的各个环节,提高人才培养质量[2]。2017年,教育部高教司为高等工程教育改革指明了方向,即实施“新工科”教育,提出了包括工程教育新理念、学科专业新结构、人才培养新模式、教育教学新质量、分类发展新体系等方面为主要内容的具体要求[3-4]。制造业的核心是创新,是掌握关键核心技术,必须靠自力更生奋斗,靠自主创新争取。“新工科”教育的目的是适应社会发展需要,与中国各项重大发展战略相协调的,培养能够适应甚至引领未来工业化发展的人才[5]。应用型本科的专业课程教育教学必须为培养紧跟时代步伐、适应社会发展需要的新型人才服务。热处理工艺是改善金属材料性能,提高金属材料利用率,提高工程结构效率,节约资源的重要手段。金属热处理原理及工艺是材料科学与工程及金属材料工程等相关专业的核心专业课程,传统的教学内容和教学方法正受到“新工科”发展理念的挑战。不断更新、优化教学内容,改进教育教学方法,对于提升教学效果,提高培养学生的质量,从而提升学生的社会竞争力具有重要意义。

一、教学现状

金属热处理原理及工艺涵盖两大类教学内容。原理部分,包括固态相变条件及控制、金属加热和冷却转变条件、类型、组织特点、相应性能等。对于这部分内容,学生理解起来通常没有太大的困难,即使少数学生课堂上没有完全理解,通过后续针对性的深入交流,也基本能理解。热处理工艺部分具有极强的实践性,工程应用能力要求更高,学生往往不能充分掌握,对于利用不同金属材料、不同热处理工艺实现相似性能比较困惑;对于同一种零件在不同服役条件下热处理工艺选择及控制重点把握不准;面对一些工业上实际零件的热处理工艺理解不深,或是无法将热处理原理应用到实际工业零件的工艺编制及优化上。出现这些问题的主要原因与教学内容的创新不够、教学手段和模式过于传统、学生学习主动性不高等有关。

(一)教学内容创新不够

现有教学内容偏重于传统“四把火”的讲解和应用,随着整体制造业技术的不断发展与提升,热处理技术出现了大量改进和创新,如超快速加热和冷却技术、新型材料特殊热处理技术等[4]。及时向学生教授这类新技术、新工艺,正是“新工科”发展的需要,也是应用型本科院校学生适应产业发展和工程化需要所必须具备的专业素养。选用教材由于出版周期的问题,内容不可能做到及时更新。如果只是根据已有教材施教,教学内容的创新度显然是不够的,会影响到学生的学习积极性和主动性,影响教学效果。

(二)教学手段和模式过于传统

现在的教学模式基本为PPT与板书相结合,虽然相比与传统纯板书教学方式有了很大改善,但仍然没有从根本上体现多角度、全方位的特征。PPT展示内容主要还是教材上的基本原理和与工艺相关的文字和图片信息,工程实践应用视频不多。课堂教学过程也主要是教师教、学生学,学生自主参与程度不高,学习兴趣下降。对于有些零件的工况,如各类大轴等,学生缺乏直观、感性认识,对零件工艺选择及热处理缺陷处理不能深刻理解。

(三)学生学习主动性不高

学生在学习金属热处理原理及工艺课程之前,很少有机会进入各专业生产企业了解各类零件的加工、运行条件,对于课堂上讲解的大部分零件缺乏清晰、全面的认识。加上热处理工艺特点,很多金属零件实施热处理后外观上不能让人眼前一亮,学生从感性上不愿意对相关热处理知识进行深入思考,学习主动性不高。课程实践性、应用性极强,但所开设的课内实验环节还是偏向于基础性、验证性,由于学时较少,无法真正做到开放性、综合性训练。这也使得学生不愿意自主学习,很多时候觉得热处理课内实验只是跟着大家一起用炉子加热零件,再冷却即可。对于各个工艺参数的选择及其对组织和性能的影响,不愿意自主思考,当然不利于工程化教育的实施。

二、教学改革

(一)教学内容

适当调整教学内容,加大实际工业零件热处理工艺及问题分析和热处理新工艺、新技术教学时间。充分利用历年学生在行业相关企业进行生产实习、企业走访时搜集的现场生产视频资料进行工艺分析和讲解,重点分析几个典型工业零件,如汽车主轴、进气阀门、摩托车链条片等热处理特点、工艺选择、技术要点等。同时,在课堂教学中的举例注意引入学生在日常生活中常见的零件或结构件热处理选择和分析,如老虎钳、锉刀、不锈钢餐具、自行车座椅弹簧等。贴近生活、贴近应用,学生的学习兴趣才能明显提高;多角度对比分析一个零件的热处理工艺优劣,激发学生的自主思考和创新性思维。在热处理工艺对比和热处理质量控制方面的教学过程中,结合大材料专业的热处理工程师培训相关知识要求进行教学。学生从所学知识的实用性角度考虑,学习主动性明显提高。

(二)教学方式

改变单一教学形式,提高学生在教学过程中的参与程度。教学团队采取的尝试手段是每周选取一名学生上讲台介绍自己最感兴趣的热处理小知识,或讨论最感兴趣的小零件的热处理工艺,并提出问题,师生一起讨论。由于介绍的内容是学生自己选定,讨论起来比较积极,教师也可借此机会了解学生感兴趣的地方。例如,有学生选择名剑的热处理工艺进行讨论时,台上、台下学生的参与热情都比较高。教师参与讨论、分析后,再引导学生对比分析各类工业用刃具的加工、热处理要点和原理,进一步激发学生的研究性思维和对专业知识的融汇贯通。学生对工、模具材料热处理工艺的理解比较深刻,教学效果有所改善。

(三)考核方式

考核是为提高教学效果服务的,学生考核成绩应该能有效反映其专业知识的掌握和运用程度。改变过去重点依靠期末考试和课内实验成绩及作业成绩作为考核标准的做法,尤其弱化作业成绩,增加弹性加分部分。加分条件在学期伊始就与学生明确:积极主动参与上讲台分享讨论活动,提交热处理行业现状分析报告,发现并指出教师在教学过程中的失误或表述不严谨,与其他师生分享热处理新工艺或新材料的热处理工艺等,都可加分。改革的指导思想是遏制抄袭作业意愿,激发积极、主动、深入思考课程相关专业问题,从而帮助学生通过课程学习后提高自身专业素养,为后续学习深造或就业打下坚实的基础。

三、结语

在“新工科”教育强调创新驱动性和应用实践性背景下,应用型本科专业课程教育应紧跟时代步伐,为培养卓越创新型人才不断努力。金属热处理原理及工艺作为大材料类专业的典型工科课程,从教学内容、教学方式、考核方式等方面全面改革和创新教学过程,对于提升教学效果是非常有意义和必要的。如果教师的教学过程多年一成不变,不思创新与突破,就无法培养出具有强烈创新意识和创新能力的学生。

参考文献:

[1]张海生.“新工科”的内涵、主要特征与发展思路[J].山东高等教育,2018(1):36-42.

[2]肖荣辉.新工科建设背景下大学生“三创”教育体系构建[J].高等职业教育探索,2018,17(6):44-47.

[3]张士辉,王稳东.新工科建设的理念及实践路向研究:来自大国工匠精神的启示[J].兰州石化职业技术学院学报,2018,18(1):38-42.

[4]汪志刚,齐亮,朱志云,等.“新工科”背景下《金属材料及热处理》课程改革探索[J].高教学刊,2018(10):121-123.

[5]孙文凤,杨佳奇,谭有为,等.新工科建设与创新型人才培养综述[J].科技视界,2018(7):47-48.

作者:皮锦红 周衡志 赵秀明 王珏 白允强 单位:南京工程学院 材料工程学院

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