秦芳誠 李義兵 黃宏鋒 劉崇宇

【摘 要】分析了金屬冶金工程方向材料制備技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，提出了教學(xué)內(nèi)容與方法改革的關(guān)鍵措施，充分利用虛擬仿真平臺創(chuàng)新課程的教學(xué)與實習(xí)模式，以適應(yīng)新工科建設(shè)的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】金屬冶金工程；教學(xué)改革；虛擬仿真；創(chuàng)新

中圖分類號： G642 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0119-001

【Abstract】The teaching statute and problems in materials preparation technology for metallurgical engineering are analyzed. The key measures in the reform of teaching contents and methods are introduced. Based on the virtual simulation， the modes in teaching and practice are innovated to meet the development of new engineering course.

【Key words】Metallic metallurgical engineering； Teaching reform； Virtual simulation； Innovation

全面深化教育改革向素質(zhì)教育推進、發(fā)展，逐漸形成了以就業(yè)為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、以創(chuàng)新能力為本位的教學(xué)理念[1]。而教學(xué)理念和教學(xué)模式的新穎程度是目前眾多具有服務(wù)地方區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展特色的高等工科院校在專業(yè)課教學(xué)過程中需要加以重視的核心問題，亟待探索解決傳統(tǒng)、單一教學(xué)模式和方法的新舉措。因此，針對金屬冶金工程方向材料制備技術(shù)的性質(zhì)、特點與重要地位，分析課程教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題，結(jié)合我校新建立的虛擬仿真平臺，提出能夠切實改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段的關(guān)鍵措施。

1 教學(xué)與實習(xí)現(xiàn)狀及存在的問題

材料制備技術(shù)是金屬冶金工程方向的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是使學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論與專業(yè)技能，培養(yǎng)專門技術(shù)人才和創(chuàng)新型人才。該課程集理論、操作和應(yīng)用于一體，涉及材料制備原理、設(shè)備及工藝等方面[2]。目前主要是單一課堂講授為主的靜態(tài)教學(xué)，學(xué)生處于被動接受狀態(tài)，創(chuàng)新思維和能力得不到訓(xùn)練、提高。

材料制備技術(shù)所涉及的加工工藝流程繁雜，充斥著諸如難聞氣味的污染物、高危化學(xué)品等因素[3]。在工廠實習(xí)環(huán)節(jié)中為了學(xué)生安全考慮，原有的知識應(yīng)用與實踐純粹變成了走馬觀花式的觀摩過程，學(xué)生只能看到整個工藝的簡單流程，無法近距離接觸到一些實際現(xiàn)象，也無法體會涉及的科學(xué)問題，制約了學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維的提高。目前的教學(xué)方法與實習(xí)模式已不適應(yīng)新形勢下的要求，改革與創(chuàng)新勢在必行。

2 教學(xué)改革的關(guān)鍵措施

2.1 改革課程內(nèi)容的側(cè)重點

材料制備技術(shù)既涉及了物理和化學(xué)的知識，又涵蓋了冶金、鑄造、塑性變形、熱處理等材料科學(xué)知識，對授課教師的有效教學(xué)和學(xué)生的高效消化、吸收非常不利[2]。對于我校這類具有服務(wù)地方區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展特色的高等工科院校而言，應(yīng)該結(jié)合廣西有色金屬資源冶煉、加工和產(chǎn)業(yè)化的區(qū)域優(yōu)勢，課程改革要側(cè)重于有色金屬材料制備理論、方法和技術(shù)方面，突出鋁合金、鎂合金以及鋁基復(fù)合材料的冶煉、鑄造和深加工內(nèi)容。課程內(nèi)容核心要緊密圍繞在區(qū)內(nèi)具有行業(yè)特色的南南鋁等大型企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用周圍，應(yīng)切實結(jié)合廠實際應(yīng)用的工藝技術(shù)，講授一些新知識，解決一些新問題，達到促進行業(yè)長遠發(fā)展的目的。

2.2 改革教學(xué)方法

材料制備技術(shù)應(yīng)適當(dāng)去理論化，突出實踐性，追求主動性，開拓獨立思考的空間，形成以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為本位的教學(xué)理念與方法。將3D動畫等多媒體技術(shù)融入傳統(tǒng)的授課方法中，交叉運用案例式、互動式、討論式等教學(xué)模式，著重解決教學(xué)重點、難點[3-4]。充分利用先進的計算機仿真技術(shù)，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+材料制備技術(shù)”。針對相對復(fù)雜的鑄造、塑性加工和熱處理，通過建模仿真模擬金屬構(gòu)件的微觀組織演變規(guī)律，實現(xiàn)對組織、宏觀尺寸、工藝參數(shù)的優(yōu)化，讓學(xué)生對課程知識加以深入理解、運用。

2.3 加強交流合作

為了突出學(xué)生的應(yīng)用與實踐能力和創(chuàng)新思維，要形成以加強科研、學(xué)術(shù)交流改革教學(xué)的新思路。帶領(lǐng)學(xué)生參與有色金屬材料冶煉、鑄造、變形加工或熱處理等方面的科研項目，與授課教師或研究生交流合作，對涉及的知識運用加以深化。在實踐中對項目的知識內(nèi)容進行提煉，申報“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目”，對團隊合作、科學(xué)問題提煉、項目撰寫和答辯過程具有更深刻認(rèn)識，激發(fā)對材料制備技術(shù)的學(xué)術(shù)熱情[2]。

3 虛擬仿真型創(chuàng)新實習(xí)模式

虛擬仿真型實習(xí)模式是指充分利用信息化的技術(shù)優(yōu)勢，以三維立體造型和數(shù)值編程建模模擬實際加工工序，結(jié)合現(xiàn)有實驗室條件達到數(shù)值模擬+實驗驗證的實習(xí)目的。該模式應(yīng)該貫穿在材料制備技術(shù)中，指導(dǎo)學(xué)生主動使用Python編程語言、MatLab編程軟件、ProE三維造型軟件，在Procast、Deform等虛擬仿真平臺上進行二次開發(fā)，完成課程中涉及的加工工藝，善于發(fā)掘、分析和解決問題。

在虛擬仿真后的實驗驗證環(huán)節(jié)，以我校金屬冶金材料加工專業(yè)為例，集成了鋁、鎂等有色金屬冶煉、鑄造、軋制、退火處理等實習(xí)環(huán)節(jié)所需的各類設(shè)備。在課程實習(xí)過程，讓6名學(xué)生為一組，對設(shè)備、工藝路線和工藝參數(shù)確定等完全交給學(xué)生自主完成。確立了大致的實習(xí)實驗方案：以5系A(chǔ)l-Mg鋁合金為例，經(jīng)730℃冶煉后，在620℃澆鑄板坯，待冷至室溫后截取鑄坯試樣、均勻化和軋制試樣，鑄態(tài)板坯厚為10.3mm，425℃均勻化，保溫1h，425℃熱軋，熱軋7道次試樣厚為6.5mm，冷軋一道次厚為6mm，軋制速度為17r/min，然后截取樣品，分別在350℃和180℃進行退火處理，保溫1h。

通過學(xué)生虛擬仿真+自主型實習(xí)，對退火后的樣品進行再結(jié)晶和回復(fù)的探究，體現(xiàn)了學(xué)生對專業(yè)知識的運用。結(jié)合鑄坯、均勻化及退火微觀組織結(jié)果，逆向探究設(shè)備選型和工藝參數(shù)的設(shè)計是否合理。

4 總結(jié)

新形勢下新工科建設(shè)的發(fā)展對諸如材料制備技術(shù)等專業(yè)課程的教學(xué)與實習(xí)模式提出了更高要求，以適應(yīng)實踐自主型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。通過對材料制備技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀、實習(xí)模式存在的問題進行分析，提出了改革課程內(nèi)容的側(cè)重點與核心，提出了改革課程教學(xué)的方法，提出了應(yīng)加強科研交流合作等關(guān)鍵改革措施；最后，指出了要充分利用虛擬仿真型平臺創(chuàng)新課程的教學(xué)與實習(xí)模式，形成以學(xué)生為中心的自主型實習(xí)模式，逐漸適應(yīng)新工科建設(shè)的發(fā)展方向。

【參考文獻】

[1]王冰，齊錦剛，劉偉東.材料制備技術(shù)課程教學(xué)改革探討[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，12（4）：131-132.

[2]高建華.培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的“材料制備科學(xué)與技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法研究[J].科技文匯，2017，403：59-60.

[3]王春霞，姜艷麗，李義兵，等.冶金工程的虛擬仿真實踐教學(xué)平臺系統(tǒng)的研究與實踐[J].廣東化工，2016，43（4）：59-60.

[4]李義兵，喻亮，羅鯤.《有色金屬冶金學(xué)》課程教學(xué)改[J]. 科技視界，2015，26：24.