工科高校材料成型控制工程論文

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一、設計性實驗選題的“五個原則”

此外，設計性實驗選題時，在把握綜合性、創造性、應用性、自主性和靈活性這五個原則外，還要合理掌控學生專業知識結構、專業知識掌握程度及學生自主實驗的可操作性等方面。

二、設計性實驗選題的“四個方向”

材料成型與控制工程專業設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”來進行選題設立，即驗證性實驗轉化為設計性實驗、科研項目轉化為設計性實驗、生產項目轉化為設計性實驗和學生興趣轉化為設計性實驗。

（一）驗證性實驗轉化為設計性實驗

驗證性實驗是為促使學生掌握并加深對專業基本理論、知識的理解，而按照實驗教材的要求，由學生進行實驗操作，并從實驗結果驗證所學的理論知識。由于實驗結果在理論授課時已經涉及，因此學生實驗的興趣不濃，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換為設計性實驗。這樣就可以激發學生的實驗興趣，提高學生的實驗學習主動性、自主性。例如，對長桿型坯料進行局部鐓粗是模鍛生產中經常采用的變形工序之一。因此，在《鍛壓工藝及模具設計》專業實驗課中設立了“局部鐓粗規則的驗證”這項驗證性實驗。該實驗通過對不同長度試件，使用局部鐓粗模進行鐓粗，驗證局部鐓粗規則的正確性，觀察和分析由于局部鐓粗長度與直徑比值的影響而出現的正常和不正常現象。由于是驗證性實驗，學生興趣不高，往往抱著看熱鬧的心態參加實驗，不能達到良好的教學效果，但該實驗涉及內容是比較典型且在生產中常用到的。怎樣保留并將其轉換為學生感興趣的設計性實驗呢？這就需要轉換思路，可將該實驗內容轉換為首先要求學生根據給定尺寸的不同試件，進行局部鐓粗積聚工步計算，并繪制鐓粗模模具圖。當然，由于實驗經費及加工時間的限制，學生設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行實驗和鑒定學生設計結果的準確性，這些需要教師在實驗過程中靈活掌握。這樣，通過對原有實驗內容轉換為設計性實驗，可使學生根據給定的實驗目的，自行設計實驗方案并予以實施，對實驗結果進行分析論證，一方面有力地提升學生的實驗熱情，鞏固所學理論知識，提高解決本專業有關加工工藝問題的能力；另一方面增加的鐓粗模設計又鍛煉了學生的工程制圖能力。驗證性實驗轉換為設計性實驗，不但可以保留一些經過長期教學積淀總結的經典、原理性強的驗證性實驗內容，而且節約實驗經費，還能提高學生的實驗熱情，達到良好的實驗教學效果，有著“一舉三得”的益處。當然，并不是所有驗證性實驗都能轉換為設計性實驗，對于這類實驗項目，如果確實是經典、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計性實驗項目中，以增加學生的學習主動性。這些都需要在設計性實驗選題中拓寬思路，靈活安排。

（二）科研項目轉化為設計性實驗

科研項目轉化為設計性實驗，就是將專業教師的科研課題或科研成果轉化為設計性實驗。隨著科學技術的快速發展，新材料、新技術和新知識不斷出現，而且高校材料成型與控制工程的教師學歷較高，多為博士畢業，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和新知識轉化為設計性實驗，是培養學生創新意識、創新精神和創新能力的最佳途徑。根據調查，學生大多數對專業課老師所從事的科研項目及內容具有極大的興趣和關注，此舉能夠有力地提高學生實驗學習的積極性和興趣，利于實現加強學生專業素質與實踐應用能力培養的教學目的。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、汽車等領域中應用前景廣闊，已成為國內外十分重視研究開發的先進復合材料，但鑄態過共晶Al-Mg2Si合金的力學性能較差。因此，可將該科研項目涉及內容轉化為“原位自生Al-Mg2Si復合材料力學性能的改善”設計性實驗，要求學生針對鑄態原位自生過共晶Al-Mg2Si復合材料力學性能差的特點，設計并實施改善力學性能的方法，并撰寫分析報告。該設計性實驗所涉及的Al-Mg2Si在專業課中雖未能涉及，但鋁硅合金熔煉等相關知識在理論課和實驗課上已涉及并掌握，因此學生進行該項實驗有一定的理論和實踐基礎。學生首先要查找相關資料，理解并掌握“原位自生過共晶Al-Mg2Si復合材料”的相關知識，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。然后根據計算結果進行配料、熔煉、除氣，并根據前期選擇的不同方法對合金熔液或澆注試件進行處理，最后進行拉伸測試及金相觀察，檢驗設計方案的正確性，并對結果進行理論分析。該設計性實驗雖然由科研課題轉化，但涉及材料成型與控制工程專業知識中應掌握的合金設計、合金配料、合金熔煉、合金處理及熱處理工藝等，較好地將專業知識系統、綜合地鏈接在一起，使學生能夠接受系統的工程實訓，不僅能夠培養學生的創新能力，而且加深其對所學專業的認識和提高解決所學專業涉及工藝問題的能力，樹立正確的思維方法及嚴謹的科學態度和工作方法等。科研項目轉化為設計性實驗時，不可盲目地將科研內容或部分內容一成不變地照搬過來，必須要考慮學生的所學專業知識和專業能力，如果研究內容過于狹窄、難度較大或實驗內容過于生僻，不僅達不到提高學生實驗興趣和教學效果的目的，反而會使學生產生抵觸情緒，這就從根本上違背了開展設計性實驗的初衷。因此，采用科研項目轉化為設計性實驗時，一定要密切結合學生專業知識、實驗能力等方面，保證學生能夠以飽滿的熱情投入到設計性實驗的工作中。

（三）生產項目轉化為設計性實驗

材料成型與控制工程是實踐性較強的專業，因此在設計性實驗選題時要力求接近、結合實際生產項目，將其合理轉化為設計性實驗內容。通過這種設計性實驗的訓練，能夠有針對性地促使學生在解決實際生產問題時應用、加強、拓展所學的專業理論知識。這種實際生產項目轉化的設計性實驗，不但能培養學生的工程設計意識和實踐能力，而且能顯著提高學生的專業綜合能力。例如，以W18Cr4V為代表的高速鋼廣泛應用于實際生產中的切削工具和冷變形模具中，其內部的合金元素與碳形成復雜的碳化物，分布在基體金屬上，降低了材料的機械性能。而鍛造是實際生產中改變高速鋼中碳化物分布狀態的重要方法。因此，可將該生產項目轉化為設計性實驗“改善高速鋼鑄件中碳化物分布的鍛造工藝設計與實施”。該實驗內容包括鑄造和鍛造兩大部分，鑄造部分要求學生自主選擇、設計高速鋼鑄件成分，并根據設計成分采用中頻爐進行熔煉、澆注小型鑄件，然后對鑄件進行碳化物偏析分析，根據偏析分析結果，合理設計鍛造工藝并利用自由鍛機實施，最后再進行偏析檢測，以檢驗設計的鍛造方案是否正確。這個設計性實驗有機地將鑄造和鍛壓兩個專業方向結合，符合實際生產流程，使學生能夠系統地學習、實踐和掌握企業所需要的知識，有利于應用型人才的培養。

（四）學生興趣轉化為設計性實驗

學生的興趣是實驗教學達到預期目標和效果的動力，因此，如將學生普遍感興趣的問題轉化為設計性實驗，就能激發學生對設計性實驗的關注和探索，從而促使學生在實驗中運用已學的知識、技術去自主發現、探索和總結規律，達到培養學生熟練運用所學專業知識，提高專業素質、創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，是鑄造行業在高新領域的代表，很多鑄造企業對精密鑄造工藝的應用需求很大。如果開設精密鑄造相關的設計性實驗，要求學生采用精密鑄造法制備小型零件，學生并不是普遍感興趣，達不到預期的教學效果。怎樣才能使學生都感興趣呢？這里可以將精密鑄造制備小型零件變為藝術鑄造，因為藝術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的精密鑄造零件工藝及原理是相通的，而要求學生采用精密鑄造技術設計并制作小型鑄造工藝品，會極大地調動學生的興趣和參與實驗的熱情，學生會在實驗過程中潛移默化地掌握、提高精密鑄造相關知識及工藝。

三、結語

隨著教學改革的深入，材料成型與控制工程專業的設計性實驗越來越受到重視。實際教學中，我們本著“五個原則，四個方向”來制定設計性實驗項目的選題，同時力求使實驗內容、實驗形式不斷更新、完善，充分調動了學生的實驗學習積極性，為培養學生科技、工程能力的應用與創新創造良好的前提條件，取得了良好的教學效果。在以“五個原則，四個方向”制定的設計性實驗項目中，學生能夠真正地綜合運用多門學科的知識、方法和技能來設計實驗方案，并在實驗過程中運用所掌握的知識去發現、分析和解決問題，提高了專業技術水平，積累了在企事業單位和生產一線解決實際問題的知識、素質和能力。

作者：周岐 楊曉平 武曉峰 孟力凱 單位：遼寧工業大學材料科學與工程學院