“材料成型技術基礎”案例教學的設計與實踐

摘要：選用空心和實心鋼球成型工藝設計作為“材料成型技術基礎”課程案例教學的作業(yè)題目，教學對象簡單，易于實施教學內容和實現(xiàn)教學目標，易于取得課堂講授理論和方法與課下自主學習工藝知識相結合的良好教學效果。教學實踐表明，該案例教學調動了學生的學習熱情和積極性，活躍了課堂教學過程，促進了學生解決工程問題的能力培養(yǎng)，推動了本課程的研究型教學的進展。

關鍵詞：材料成型技術基礎；空心和實心鋼球案例；案例教學；設計與實施

作者簡介：楊智勇（1976-），男，河北保定人，北京交通大學機械與電子控制工程學院，講師；韓建民（1960-），男，山東青島人，北京交通大學機械與電子控制工程學院，教授。（北京100044）

基金項目：本文系北京交通大學本科生教改項目（項目編號：D09-12）的研究成果。

中圖分類號：C642.4#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）16-0076-02

“材料成形技術基礎”是機械工程及自動化專業(yè)在先修的“機械制圖”、“機械制造基礎”、“工程力學”等課程基礎上開設的一門技術基礎必修課程，旨在培養(yǎng)學生厚基礎、寬方向、適應性強的基礎理論和工程技術基礎。該課程既要加強講授材料成型基本理論，又要重視培養(yǎng)學生在掌握零部件毛坯成型方法和工藝、結構工藝性設計和毛坯選用方面的實踐和創(chuàng)新能力?！安牧铣尚渭夹g基礎”的課程內容具有較強的實踐特點，以往的教學模式偏重于知識傳授，對學生的工程和實踐能力的培養(yǎng)重視程度不夠。在教學方法上，主要采用知識灌輸性的教學方式為主，對學生的自主學習、自主探究能力的培養(yǎng)不足；[1]課堂教學過程中，學生被動學習現(xiàn)象較為突出，導致對本課程的學習興趣不強、課堂教學過程欠活躍。[2]采用案例教學有助于提高學生的學習熱情和效率，加強師生互動，活躍課堂教學過程，發(fā)揮同學學習的主觀能動性和積極性，對提高教學效果、培養(yǎng)學生解決工程問題和創(chuàng)新能力有明顯的促進作用。[3]

本文采用空心和實心鋼球作為案例教學實施對象，針對不同成型方法，開展了案例教學的設計，并在“材料成形技術基礎”課程教學中進行實踐，取得了良好的教學效果。

一、案例教學法特點

案例教學法是基于某個工程對象或案例，在教師的精心設計和指導下，通過學生自主學習、獨立思考和分析、開展研究和討論，實現(xiàn)有關的教學內容和教學目標，提高學生分析和解決問題能力的一種教學方法。

首先，案例教學具有直觀、生動等特點，是一種動態(tài)的開放式的教學方式，師生之間互動交流，課堂教學具有活力，教與學也成為富有個性化的創(chuàng)造過程。其次，案例教學的教學目標發(fā)生變化，從“授之以魚”變?yōu)椤笆谥詽O”。針對具體工程案例，教師指導和學生自學，不僅使學生“學會”，而且使學生“會學”，傳授知識與培養(yǎng)自學能力相結合。再次，案例教學中的角色變化，學生成了教學活動中的主體，改變了教師講、學生聽的傳統(tǒng)的以教定學的教學模式，創(chuàng)造了學生主動參與、自主學習的新型學習模式。[4]

實踐證明，案例教學具有學習效率高的特點。學生在完成一個和他們的實際生活與學習密切相關而且比較有趣的“任務”時，會非常專心，樂此不疲，從而學習效率大幅提高，教學質量也相應提升。

二、“材料成形技術基礎”課程案例教學設計

1.案例選擇

“材料成形技術基礎”課程的教學目標旨在培養(yǎng)學生材料成型的基礎理論和工程技術，要求學生獲得常用工程材料液態(tài)成型、塑性成型、焊接成型的工藝知識，提高學生運用所學知識，分析和解決工程問題的能力。

案例教學中案例選取和設計對教學效果非常關鍵，在選擇實施案例時，應該考慮如下兩個方面：選擇的案例應為同學所熟知的，這樣可以避免他們花費太多時間去理解零部件的結構，把主要精力用在知識學習和工藝設計方面；選擇的案例要求覆蓋的工藝內涵豐富，有足夠的探究空間，學生可以根據(jù)自己的理解和對理論知識的掌握，選擇不同的成型方法，實施創(chuàng)新性設計，并通過小組討論的方式完善工藝方案設計。

基于以上原則和教學目標的要求，本文選取空心和實心鋼球作為案例教學的工程對象，實施了金屬材料的液態(tài)成型、塑性成型（鍛造成形、板料沖壓）和焊接成型案例設計和教學內容。

鑄造空心鋼球作為液態(tài)成型案例，具有結構簡單、成型方法多樣、涉及工藝內容廣泛等特點，適于開展案例教學。該案例教學內容要求學生了解鋼的成型工藝性能，掌握分型面選擇、澆注位置選擇、型芯使用、澆口冒口設置、收縮率、公差和加工余量、工藝卡的制定、工裝設計和鑄件防護等工藝內容。

實心鋼球為鍛造成型案例，涵蓋了自由鍛和模鍛兩大基本鍛造方法，學生對鋼球也比較熟悉，適合案例教學。此案例要求學生掌握鍛造毛坯結構的工藝性要求、金屬材料的可鍛性、常用鍛造方法、坯料計算方法、加工余量、鍛造比、鍛造公差等工藝參數(shù)的含義及確定原則等內容，以及一般的鍛造工藝流程。

焊接空心鋼球作為板料沖壓和焊接成型案例，涉及板料沖壓中分離和變形兩工序，還涉及材料的焊接性能、焊縫布局和焊接順序、焊接變形等基本工藝內容，工藝內涵豐富。該案例能夠讓學生體會和掌握沖壓件結構的工藝性要求、常用沖壓工序，排樣和板料計算方法、焊接結構的工藝性要求、金屬材料的焊接性能評價方法等內容。

2.案例教學設計

案例教學的具體設計內容包括案例作業(yè)題目、任務布置、分組實施、課堂報告及討論、教師點評和總結、學生完善報告、教師評分及反饋等七個方面。下面以空心鋼球的鑄造成型為例說明案例教學的設計。

（1）案例作業(yè)題目。案例教學題目應給出完成某項工作或工程的目標，并提出一些基本背景和條件等，針對鑄造空心鋼球對成型質量的要求不同，所考慮的工藝細節(jié)和所采用的成型方法也會不同，教師必須提出必要的工藝約束條件，使學生聚焦思考，但同時又不能約束得太多，限制他們的想象力。教學過程中規(guī)定材料為45號鋼，直徑為Φ200mm，壁厚為15mm。成型后，鋼球表面光滑（允許打磨，但不允許實施補焊），造型方法為砂型手工造型。

（2）任務布置。提出完成案例題目的有關要求，應包括技術要求和教學安排，如完成鑄造空心鋼球成型工藝設計可以采取任何工藝措施，但不能在球外表面進行補焊，可以打磨等；設計出鑄造工藝方案，畫出鑄造工藝圖，并制定工藝卡；學生自由組合成5人一組，確定組長，確定各自的任務和分工；案例教學的實施是在相應章節(jié)課堂講授內容結束后進行的，學生已經掌握了一些基本的概念和方法，通過查閱資料，并運用所學鑄造成形知識完成案例作業(yè)；時間為兩周等。

（3）分組實施。學生利用課余時間，自學有關知識，查閱資料，充分思考和討論，集思廣益，組長把各位同學的研究成果匯總成案例報告。

（4）課堂報告及討論。在課堂教學課時中專門安排1個學時，報告會由任課教師主持，請各小組組長采用PPT的方式報告各自完成的案例，教師對學生的報告內容及時提出質疑，要求本組或其他小組思考并回答質疑。

（5）教師點評及總結。任課老師根據(jù)各組的報告，積極肯定學生正確的報告內容，指出錯誤的概念、方法和工藝，從個別到一般，總結歸納出必要的理論知識和基本原理，特別是要總結出要求同學們自學掌握的一些知識點。

（6）學生完善報告。要求學生根據(jù)課堂討論、教師點評和總結，對本小組的案例報告進行修改和完善，在規(guī)定的時間內將最終報告提交任課教師。

（7）教師評分及反饋。任課老師查閱學生提交的最終案例報告，給各個小組的報告評分并撰寫簡要評語，將評分和評語反饋給他們。

案例教學中，在說明案例題目和任務布置過程中，需要采用啟發(fā)式的方式，預先提出案例的難點和問題，激發(fā)學生對案例題目的興趣；實施過程要強調自學和查閱資料，鼓勵在科學的基礎上積極創(chuàng)新，鼓勵學生借助計算機軟件表達工藝思路、方法和設計，如采用Solidworks表達工藝思路、方法，以CAD繪出工藝設計圖等。案例教學也對任課教師提出了較高的要求，如需要教師熟知專業(yè)知識，具有一定的工程能力、投入更多的時間等。

三、鑄造空心鋼球案例教學實踐

1.案例作業(yè)題目及任務布置

以液態(tài)成型案例教學為例，總結案例教學實踐內容。

案例作業(yè)題目為采用鑄造成型的方法制備空心鋼球，外徑Φ200mm，壁厚15mm，造型方法為砂型手工造型，成型后，鋼球表面光滑（允許打磨，但不允許實施補焊）。

該案例的教學目標是鞏固課堂講授的液態(tài)成型的有關理論和技術方法，學生以該案例為載體自學課堂上講授枯燥、但又需要掌握的工藝方法、工藝參數(shù)、工藝規(guī)范和工藝卡等知識，加強對他們實踐和工程能力的培養(yǎng)。在課堂教學完成了液態(tài)成型教授內容后，提出并布置該案例題目，強調在不采用任何焊接方法條件下，只采用液態(tài)成型方法制造出空心鋼球的技術難點，以此激發(fā)同學們的思考熱情和積極性，淡化材料種類、鋼球尺寸大小等與案例教學目標關聯(lián)不密切的內容，同時說明按照小組報告質量，同組成員獲得同樣成績的集體評分方法。

2.分組實施及撰寫報告

案例教學實踐表明，學生針對空心鋼球的技術難點，以極大的熱情積極思考，通過自學和查閱資料，分析討論，能夠準時完成教學案例報告。此外，在集體榮譽感的推動下，小組成員積極投入案例教學，提高了學習效率和效果，加強了團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。

3.課堂報告、討論及點評

鑄造空心鋼球是一個開放式案例作業(yè)題目，無標準答案，由此可激發(fā)學生的創(chuàng)新思考和嘗試。教師在評定學生課堂報告時，要注意把握工藝方法和方案的合理性及可行性，工藝設計的技術經濟效果，基本理論運用，技術內容以及工藝細節(jié)的規(guī)范性。為獲得較好的教學效果，教師要加強課堂調控能力，及時并積極肯定學生細小的合理創(chuàng)新想法、方案和技術細節(jié)，最大限度地調動他們的案例教學學習熱情，在此基礎上對存在的問題提出質疑，鼓勵同學們解答質疑，引導深入思考和學習，活躍課堂討論，達到老師和學生之間互動的教學效果。

空心鋼球鑄造工藝方案之一是采用金屬型芯和芯撐工藝措施，見圖1。這兩項工藝措施在教科書中是沒有的，課堂教學也不講授，但學生帶著“如何形成空心”和“如何保證壁厚均勻”兩個問題查閱資料，是可以找到類似的解決答案的。一旦有學生在報告中體現(xiàn)類似的方法，教師不僅要積極肯定他們的方案設計，還要充分肯定他們的自學能力和效果。如果同學們的報告中沒有金屬型芯和芯撐工藝措施，教師可以結合他們的報告內容，質疑如何做出空心和保證壁厚均勻這兩個問題，或引導其他同學提出有關的質疑，引導學生積極思考，尋找答案。教學實踐表明，同學們是可以提出解決方案的，并在該過程中會出現(xiàn)活躍的課堂討論。

4.評分和評語

為實現(xiàn)較好的教學效果，在課堂報告、討論及點評后，要求學生根據(jù)討論和點評，進一步修改和完善案例教學作業(yè)，對提交的作業(yè)評分，同時給出簡要評語，學生查看評語后，會進一步提高有關知識的學習效果。

四、結論

案例教學法有助于提高學生的學習熱情和效率，發(fā)揮學生的主觀能動性和學習積極性，有利于師生互動，活躍課堂教學，提高教學效果和質量，是研究性教學方法的重要內容之一。案例教學也是一種雙向的教學形式，有助于促使教師加深思考和教師教學水平的不斷提高，同時也對教師提出了更高的要求。

參考文獻：

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[2]任國強，羅嘯峰.案例教學法在《機械設計基礎》教學中的應用[J].四川職業(yè)技術學院學報，2011，21(1):85-86.

[3]丁國鋒，李云華，劉同剛，等.案例教學法在傳染病學教學中的實踐與探討[J].西北醫(yī)學教育，2011，(2):306-308.

[4]隋晶秋，黃芳.法學案例教學的設計與實踐[J].黑龍江省政法管理干部學院學報，2007，(4):121-123.

（責任編輯：宋秀麗）