相變原理與工藝課程設(shè)計教學(xué)改革與實踐

李 強，于景媛，王 冰，劉偉東

(遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

相變原理與工藝課程設(shè)計教學(xué)改革與實踐

李 強，于景媛，王 冰，劉偉東

(遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

相變原理與工藝課程設(shè)計是材料類專業(yè)十分重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，文中提出了加強課設(shè)與實習(xí)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)合；設(shè)計題目多樣化、實用化；增加實踐機會，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力；以及改進指導(dǎo)方式，改革考核方法等改革方案，幫助學(xué)生鞏固、擴展專業(yè)的課程內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力、創(chuàng)新精神，進而提高了該門課程的教學(xué)質(zhì)量。

相變原理與工藝；教學(xué)改革；實踐環(huán)節(jié)；工程實踐能力

隨著高等教育規(guī)模的迅速擴大，高等教育已進入大眾化普及階段，各所學(xué)校確立了不同的人才培養(yǎng)目標(biāo)，遼寧工業(yè)大學(xué)確定了培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦學(xué)定位，以培養(yǎng)服務(wù)于企業(yè)生產(chǎn)一線的工程師為主要目標(biāo)。這就要求學(xué)生除了掌握廣博扎實的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識以外，還要見識豐富，具有良好的工程素質(zhì)和實踐能力。但是目前的人才培養(yǎng)主要沿用過去精英培養(yǎng)模式，重視理論教學(xué)，工程實踐能力的培養(yǎng)相對薄弱，加上市場經(jīng)濟條件下，企業(yè)不愿意提供實習(xí)、實踐機會，致使畢業(yè)生缺乏解決實際工程問題的能力，直接導(dǎo)致了人才培養(yǎng)無法滿足市場需求的狀況。

為此，本文在教學(xué)工作中，提出了加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，注重工程能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的改革模式。相變原理與工藝課程設(shè)計是材料類本科教學(xué)中相當(dāng)重要的實踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的前奏及訓(xùn)練，是學(xué)生在教師指導(dǎo)下，綜合應(yīng)用所學(xué)知識、解決本專業(yè)實際工程問題的一項實踐性教學(xué)活動。針對課程設(shè)計教學(xué)中出現(xiàn)的問題，結(jié)合其他兄弟院校的有益探索[1-6]，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為出發(fā)點，對如何提高課程設(shè)計質(zhì)量和學(xué)生工程實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)進行了深入的探索，并對相變原理與工藝課程設(shè)計教學(xué)進行改革嘗試。提出了加強與實驗、認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合；改變傳統(tǒng)課程設(shè)計理念，將設(shè)計題目多樣化、實用化；課內(nèi)外結(jié)合，多方位指導(dǎo)，強化工程實踐能力，給學(xué)生“真功夫”；改進指導(dǎo)、強化過程監(jiān)控，改革考核方法等改革思路。

1 加強與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，為課程設(shè)計做好“前奏”

為了高質(zhì)量完成相變原理與工藝課程設(shè)計，要注意與其他實踐教學(xué)環(huán)節(jié)如認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)和實驗教學(xué)等的良性互動。根據(jù)教學(xué)計劃，將每學(xué)期期末的課程設(shè)計和本學(xué)期相關(guān)的實習(xí)和實驗教學(xué)環(huán)節(jié)有機地結(jié)合起來。在開學(xué)伊始，由指導(dǎo)教師給出本學(xué)期課程設(shè)計的選題范圍，讓學(xué)生針對自身感興趣的題目廣泛地收集資料，同時在實習(xí)和實驗過程中引導(dǎo)學(xué)生將所看到的實習(xí)情況和實驗內(nèi)容與將要進行的課程設(shè)計聯(lián)系起來，先形成一個初步的感官的、形象的認(rèn)識。例如：進行相變原理與工藝課程設(shè)計之前有一系列的材料類的專業(yè)實驗。過去的實驗沒有考慮到后續(xù)的課程設(shè)計，所以專業(yè)實驗的指導(dǎo)時沒有明確的針對性。在課設(shè)改革后，將專業(yè)實驗和課程設(shè)計環(huán)節(jié)有機地結(jié)合在一起。在專業(yè)實驗現(xiàn)場教師會對各種典型零件的熱處理工藝的選擇和設(shè)計進行有針對性的指導(dǎo)，比如在進行常用碳素鋼熱處理實驗時，會讓學(xué)生思考，假如要制造絲錐，應(yīng)該如何選擇恰當(dāng)?shù)牟牧虾蜔崽幚砉に嚒Ｊ怯肨12還是用GCr15呢？選材不同熱處理工藝有什么不同呢？以及如何選擇熱處理設(shè)備？普通箱式爐、鹽浴爐或真空爐哪個更合適？依據(jù)是什么？同時在前期的認(rèn)識實習(xí)中，也指導(dǎo)學(xué)生注意零件的服役條件、失效形式、性能指標(biāo)、選材以及處理工藝之間的關(guān)系。

總之，通過課程設(shè)計之前各種教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的預(yù)熱，使學(xué)生在真正進入課程設(shè)計時不再茫然，設(shè)計過程中也不再焦頭爛額，沒有章法。前期實踐教學(xué)活動中潛移默化的知識積累，使課程設(shè)計不再是停留在紙面上抽象、教條的理論計算，而是一個又一個鮮活生動的實際生產(chǎn)案例。學(xué)生對課程設(shè)計充滿了濃厚的興趣，在設(shè)計思路的選取和設(shè)計方案的設(shè)定上更趨于貼近所接觸過的實際生產(chǎn)，設(shè)計路線的可靠性、使用性和可操作性大幅度提高，這些都有助于課程設(shè)計質(zhì)量的提高和學(xué)生工程實踐能力的提高。

2 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課程設(shè)計模式，提出新的課程設(shè)計理念

2.1 課程設(shè)計題目來源于生產(chǎn)實際

結(jié)合本校的人才培養(yǎng)定位以及對用人單位的調(diào)研，使課程設(shè)計的題目盡可能來源于企業(yè)生產(chǎn)的實際題目，做到真題真做。如在相變原理與工藝課程設(shè)計中，給一位學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力較強的學(xué)生確定了《鎂磚成型模具用鋼熱處理工藝設(shè)計》的題目，這個題目是結(jié)合本地一家熱處理專業(yè)廠實際生產(chǎn)情況確定的。在課程設(shè)計時首先帶領(lǐng)學(xué)生實地考察了鎂磚成型用模具的加工和熱處理過程，使該學(xué)生對整體的生產(chǎn)流程有了深刻的感性認(rèn)識；然后，根據(jù)該企業(yè)所存在的磨具耐磨性低、壽命短的實際問題對該學(xué)生提出要求，要求給出具體的工藝路線以提高磨具的耐磨性和使用壽命，進而完成課程設(shè)計。該學(xué)生在指導(dǎo)教師必要的指導(dǎo)下進行題目分析、資料收集和工藝設(shè)計，通過查閱資料以及一系列數(shù)據(jù)的比較，發(fā)現(xiàn)滲硼后模具的耐磨性和使用壽命會更高。因此，在熱處理工藝設(shè)計中提出先滲碳再滲硼的設(shè)計思路，在工廠原有的以滲碳工藝為主的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化，提高了產(chǎn)品的最終性能。課程設(shè)計后，這位同學(xué)說“通過本次課程設(shè)計自己的學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力和創(chuàng)新精神都得到很大的提高，收獲非常大！”。有了課程設(shè)計的積累，該學(xué)生在畢業(yè)實際時設(shè)計思路清晰，思考問題周密，動手能力很強，畢業(yè)設(shè)計取得比較優(yōu)異的成績。此外，該學(xué)生畢業(yè)后到哈爾濱工業(yè)大學(xué)繼續(xù)讀研深造，根據(jù)該學(xué)生后續(xù)的反饋，在實驗室中，該學(xué)生的動手能力和對實際科研問題的反應(yīng)能力都比較高，深受導(dǎo)師的好評。

2.2 不斷更新課程設(shè)計內(nèi)容

課程設(shè)計的內(nèi)容要緊跟社會的發(fā)展和學(xué)生就業(yè)的需求不斷變化。結(jié)合材料學(xué)院學(xué)生近幾年的就業(yè)情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生就業(yè)單位中生產(chǎn)和研發(fā)有色金屬材料的較多，因此設(shè)計內(nèi)容做出相應(yīng)的及時更新，在原有設(shè)計傳統(tǒng)鋼鐵材料的基礎(chǔ)上提出新的設(shè)計材料 (如輕合金包括鎂、鋁和鈦合金等)，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)學(xué)生多方面解決問題的能力。例如，“Al-12.5Si-3Cu-2Ni-0.5Mg鑄造合金熱處理工藝設(shè)計”題目的提出就很好地順應(yīng)了這種形式，提高了課程設(shè)計的質(zhì)量，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力。學(xué)生因為在學(xué)校期間接觸過鋼鐵材料及有色金屬材料的各種設(shè)計，為其就業(yè)面的拓寬奠定了堅實的基礎(chǔ)。同時在實際工作崗位中，因為有預(yù)先課程設(shè)計的演練，工作時不會茫然不知所措，稍作培訓(xùn)就會得心應(yīng)手。

此外，課程設(shè)計的內(nèi)容要結(jié)合科學(xué)技術(shù)和新材料、新工藝的發(fā)展與時俱進，不斷更新。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及各種新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的一些設(shè)計內(nèi)容已經(jīng)跟不上實際生產(chǎn)的要求，這導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完出去工作后技術(shù)上的落差太大，感覺學(xué)不致用，上崗后需要全部推倒，重新學(xué)習(xí)，這是課程設(shè)計沒有與時俱進的結(jié)果。因此，在實際授課中教師在根據(jù)教材突出講解材料設(shè)計的原則、講清設(shè)計要考慮的因素后，應(yīng)更多使用多媒體演示介紹各種先進的、成功的設(shè)計案例，縮短學(xué)生與優(yōu)秀設(shè)計師之間的差距。例如：對從動錐齒輪等工件燕尾槽部分退火熱處理時的工藝設(shè)計，在同樣滿足服役條件時所采用的處理方式有很多種，傳統(tǒng)方式是鉛浴退火，新方式是中頻感應(yīng)加熱退火。與鉛浴退火相比，中頻感應(yīng)加熱退火加熱速率高，工件尺寸變形小，工藝過程可控高，退火過程中沒有鉛的揮發(fā)和有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。因此，設(shè)計時要使學(xué)生同時掌握傳統(tǒng)工藝和新工藝，使學(xué)生進入工作崗位時能結(jié)合本單位的實際情況更好地選擇和設(shè)計，為學(xué)生能更好地開展工作奠定基礎(chǔ)。

2.3 重視培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性和創(chuàng)造力

在傳統(tǒng)的課程設(shè)計中常常將一些工藝參數(shù)固定，只是讓學(xué)生根據(jù)設(shè)計過程進行簡單的數(shù)學(xué)計算，也就是說僅從形式上進行了一遍演練，并沒有接觸需設(shè)計的靈魂和精髓。課設(shè)改革后，僅給出學(xué)生設(shè)計所需達到的技術(shù)指標(biāo)或滿足的服役條件，放開設(shè)計的限制范圍。這就調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，要求學(xué)生主動查資料，主動思考問題，主動和教師面對面討論設(shè)計方案，這些都是以往課設(shè)難以做到的。更重要的是，這種開放式設(shè)計模式更貼近實際工業(yè)生產(chǎn)。使學(xué)生們意識到設(shè)計不是簡單地做題目，而是一個反復(fù)計算取舍反饋的過程——這也是工業(yè)設(shè)計的靈魂所在。

通過這種課程設(shè)計的鍛煉，學(xué)生訓(xùn)練了自己合理選擇公式、合理查閱手冊、合理選取參數(shù)、綜合分析設(shè)備和工藝合理性的能力。學(xué)生充分認(rèn)識到設(shè)計是靈活的，可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造力。這樣課程設(shè)計就變成對所學(xué)知識的綜合運用，而不是單一課程的練習(xí)。這種開放式的課程設(shè)計既調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又提高了課程設(shè)計的質(zhì)量，同時培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力。

3 增加實踐機會，積極培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力，提高課程設(shè)計質(zhì)量

為了高質(zhì)量完成課程設(shè)計，還要注意增加學(xué)生的實踐機會，努力創(chuàng)造條件，帶領(lǐng)學(xué)生去廠家或銷售商處了解材料和設(shè)備選取、加工、工藝設(shè)計及產(chǎn)品等有關(guān)的信息。創(chuàng)造條件邀請專業(yè)技術(shù)人員開設(shè)講座，講授設(shè)計心得。此外，還要加強校企合作，一方面鼓勵青年指導(dǎo)教師深入到企業(yè)生產(chǎn)一線交流學(xué)習(xí)，確實提高自身的工程實踐能力，通過自身水平的提高保證學(xué)生在課程設(shè)計中學(xué)到“真功夫”；另一方面學(xué)生通過跟班勞動，使學(xué)生對產(chǎn)品生產(chǎn)過程的工藝、設(shè)備、車間布置、勞動組織、產(chǎn)品物流、市場狀況、環(huán)保要求和新材料、新工藝研究開發(fā)等有全面的了解和認(rèn)識，學(xué)會應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識，綜合考慮問題，掌握工藝或產(chǎn)品設(shè)計的流程，學(xué)習(xí)工程設(shè)計和工程研究方法。這些實踐經(jīng)歷都有助于大幅度提高課程設(shè)計的質(zhì)量，同時培養(yǎng)學(xué)生的實際動手和工程實踐能力，更有助于拓寬學(xué)生的就業(yè)面，使學(xué)生在工作崗位中能更快地如魚得水。

另外，為強化學(xué)生的工程實踐能力，在課程設(shè)計中本文還千方百計為學(xué)生提供親自動手的機會。如在相變原理與工藝課程設(shè)計中，除了正常的說明書的撰寫外，還嘗試在課程設(shè)計的最后讓部分學(xué)生分組(大約8人一組)，親自動手對某個典型零件進行熱處理工藝的實際操作，讓他們對熱處理相變原理和工藝之間的關(guān)系有了更加直觀、深刻的認(rèn)識，進一步深化了課程設(shè)計的內(nèi)容，有助于提高學(xué)生的工程實踐能力。

此外，由于材料專業(yè)具有一支高水平的教師隊伍，其中具有博士學(xué)歷的教師較多，教師縱橫向科研題目也較多。根據(jù)這一特點，從2004年開始試行導(dǎo)師制。學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下參與導(dǎo)師的橫、縱向課題，通過資料的收集，實驗方案設(shè)計、實驗操作、歸納總結(jié)，完成科研過程的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生對實踐工作、科研數(shù)據(jù)分析、提升和總結(jié)的文字寫作能力。部分學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下在國內(nèi)重要期刊上發(fā)表了學(xué)術(shù)論文。

綜上所述，通過導(dǎo)師制模式可以培養(yǎng)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力，改善學(xué)生理論知識與實際問題相脫離，創(chuàng)新能力及動手解決實際工程問題中能力差的缺陷。同時，通過這種導(dǎo)師制的預(yù)訓(xùn)練，為隨后開展的課程設(shè)計奠定了良好的基礎(chǔ)，使學(xué)生在課程設(shè)計初始時不至于手忙腳亂，基于過去的實踐經(jīng)驗可以很快進入到設(shè)計狀態(tài)，學(xué)生的課程設(shè)計思路更貼近于實際，具有更好的完整性和嚴(yán)謹(jǐn)性，進而提高課程設(shè)計的質(zhì)量。

4 改進指導(dǎo)、強化過程監(jiān)控，改革考核方法

在課程設(shè)計前進行充分動員,使學(xué)生弄清設(shè)計的目的、意義、方法和要求等，促進學(xué)習(xí)態(tài)度不端正或基礎(chǔ)不好的學(xué)生能積極轉(zhuǎn)變和跟進。為保證指導(dǎo)效果，每名教師指導(dǎo)的學(xué)生要少于20人，并且每位指導(dǎo)教師的指導(dǎo)時間要固定，指導(dǎo)教師在此期間要保證在崗，幫助學(xué)生理清思路，鼓勵學(xué)生多分析多思考，對設(shè)計中碰到的問題,先在小組內(nèi)分析討論，再經(jīng)指導(dǎo)教師由淺入深的解答，消除學(xué)生對課程設(shè)計的畏難心理，變被動為主動。

定期檢查設(shè)計進度并認(rèn)真記錄，根據(jù)學(xué)生的實際情況,本文堅持采用分類指導(dǎo)、因材施教的原則，對于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差的學(xué)生加強教師的主導(dǎo)作用進行正面直接幫扶，確保學(xué)生能交出合格的課程設(shè)計并得到基本的綜合應(yīng)用的鍛煉；對于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的仍然采用啟發(fā)引導(dǎo)式的教學(xué)方法，促進了部分富有創(chuàng)新精神的設(shè)計涌現(xiàn)；對于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)中等的學(xué)生則將兩種教學(xué)方法結(jié)合使用，既保證了綜合應(yīng)用能力的提高，也對不少學(xué)生創(chuàng)新意識的產(chǎn)生起到了催化作用。而對大部分學(xué)生共同關(guān)心或者共同存在的問題，則主要采用不同范圍內(nèi)討論式的教學(xué)方法。當(dāng)然，強調(diào)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)是在任何時候都不能忽視的方法。

在平時指導(dǎo)中教師要記錄答疑和質(zhì)疑情況，通過答疑和質(zhì)疑情況對每一位同學(xué)在課程設(shè)計中的表現(xiàn)給出準(zhǔn)確的評價。為最后成績的評定提供必要的依據(jù)。執(zhí)行過程考核和結(jié)果考核相結(jié)合的原則，增大過程考核在總評成績評定中的比例。最終的成績是學(xué)生平時的考勤、過程考核、撰寫的設(shè)計說明書和現(xiàn)場答辯綜合評定的結(jié)果。通過這樣的定期檢查、答疑和質(zhì)疑、綜合考核的方式,從根本上杜絕了相互抄襲的現(xiàn)象，最終成績也能很好地反映學(xué)生的真實設(shè)計情況。

5 結(jié)束語

綜上所述可知，通過相變原理與工藝課程設(shè)計的改革實踐，能進一步幫助學(xué)生鞏固、擴展和融會專業(yè)的課程內(nèi)容，而且通過相應(yīng)課程設(shè)計任務(wù)的完成進一步提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力和創(chuàng)新精神，進而提高了該課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量。

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Teaching Reform and Practice on Course Design of Phase Principle and Technology

LI Qiang, YU Jingyuan, WANG Bing, LIU Weidong

(College of Materials Science and Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

The course design of phase principle and technology is an important practical teaching link. In this paper, the reform methods including combining course design and some teaching links of practice and experiments, choosing diversified and practical design topics, increasing practical chance and developing the actual ability for students, changing directive process and evaluation modes are applied to help students consolidate and expand technical knowledge, improve the learning, engineering practice and innovation ability. So the teaching quality of the course of phase principle and technology is improved

phase principle and technology; teaching reform; practice link; engineering practice ability

2014-11-21；修改日期:2014-12-19

2014年遼寧省普通高等學(xué)校本科教育教學(xué)改革研究基金(UPRP20140482)；遼寧工業(yè)大學(xué)2014年教改基金(2014019)；遼寧工業(yè)大學(xué)2012年教改基金(2012 010)。

李 強(1976-)，男，博士，副教授，主要從事材料科學(xué)與工程方面的教學(xué)與科研工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.061