模具壽命及強化技術(shù)課程教學改革與實踐

石增敏　鄒雋

摘要：為實現(xiàn)高素質(zhì)、應用型人才培養(yǎng)目標，針對金屬材料專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課程——模具壽命及強化技術(shù)課程特點及教與學中存在的問題，提出構(gòu)建以理論學習、綜合材料體系基礎(chǔ)知識為指導，建立問題導向型的教學模式，通過學習理念的重構(gòu)，以任務激發(fā)學生的學習主動性和創(chuàng)造性，提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生理論分析和工程實踐兩方面的能力需求。

關(guān)鍵詞：人才培養(yǎng)；教學模式；教學改革與實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）38-0107-02

一、金屬材料工程專業(yè)課程教學特點

隨著我國工業(yè)化的快速推進，實現(xiàn)跨越式發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新型、適用型、復合型人才為高等教育提出了更高的要求。為貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》，湖北省政府提出實施“湖北省戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃”的要求，旨在培養(yǎng)高素質(zhì)的專門人才，促進高等教育更好地適應和服務地方經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的需要，滿足產(chǎn)業(yè)行業(yè)需求，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

金屬材料工程是實用性很強的專業(yè)，通過對金屬材料制備原理及其工藝的探索，研究成果可以直接應用于工業(yè)生產(chǎn)，所取得的進展和日常生活密切相關(guān)。同時這個專業(yè)有著廣闊的理論研究空間，喜歡理論研究的同學也可充分發(fā)揮自己的才能。材料技術(shù)人員雖然掌握了許多金屬材料尤其是鋼鐵材料的制備工藝，但至今其中的原理還沒有完全被弄清楚，而從理論上闡明這其中的奧妙、將理論和實踐緊密聯(lián)系、控制材料的性能特征對材料科學的進一步發(fā)展意義重大。為配合我校（三峽大學）金屬材料工程專業(yè)戰(zhàn)略性新興人才培養(yǎng)要求，專業(yè)課程的教學也朝著培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實踐的方向不斷發(fā)展。“模具壽命及強化技術(shù)”課程是該專業(yè)開設(shè)的模具模塊課程，自課程開設(shè)以來普遍的反映是理論性強，實踐性更強，行業(yè)前景好，學生剛開始學習時熱情高，但最后一路學來往往偃旗息鼓。本文通過“模具壽命及強化技術(shù)”課程特點入手，結(jié)合筆者從事金屬材料類課程教學過程中積累的經(jīng)驗和體會，對本課程的教學改革和教學方法進行探討。

“模具壽命及強化技術(shù)”課程特點及存在問題。“模具壽命及強化技術(shù)”這門課程是我校金屬材料工程專業(yè)開設(shè)的學科專業(yè)課程，它主要以金屬材料學及熱處理、材料力學性能等為基礎(chǔ)，課程理論緊密聯(lián)系實踐。這就要求學生掌握金屬學及熱處理方面的基礎(chǔ)知識的同時，了解模具的實際應用及模具行業(yè)的發(fā)展情況。且要求教師具有較強的理論體系和豐富的實踐經(jīng)驗。

第一，從課程設(shè)置來講，該課程包含材料性能、金屬材料組織與結(jié)構(gòu)、模具失效機理、模具壽命與影響因素、模具材料（冷作模具、熱作模具、塑料模具等）、表面強化技術(shù)、模具熱處理缺陷等內(nèi)容，內(nèi)容系統(tǒng)，工程技術(shù)性要求高，知識點零散，記憶量大。教學實踐中通常采取多媒體教學，學生上課期間能跟上教師的授課過程，但課后又忘了相關(guān)的知識點，尤其是提出一些實際應用的問題時，往往不知如何解決。

第二，課堂多媒體教學通常會在盡可能少的課堂時間傳授盡可能多的知識，但實踐環(huán)節(jié)無法滿足所有學生去真正實踐一套模具的設(shè)計、服役、失效等過程，學生不能將自己所學知識去充分消化。這樣的教學環(huán)境會帶來部分學生對大量枯燥知識涌入的恐慌，造成學習興趣的降低，學習效果欠佳而流于形式。

第三，前期基礎(chǔ)課程大都并行學習，缺乏一定的層次性，學生在應付考試之后，知識點遺忘程度高。根據(jù)筆者十幾年的教學經(jīng)歷來看，現(xiàn)有的學生由于嚴重缺乏實踐經(jīng)驗，且前期基礎(chǔ)理論課程的學習同樣存在知識點多、抽象且不易消化和吸收的特點，學生們對于基礎(chǔ)知識的掌握不夠扎實，對后期專業(yè)課程學習產(chǎn)生很大惰性，從而降低了對專業(yè)課程的學習興趣。

二、梳理和精選課程教學內(nèi)容

該課程的主要內(nèi)容是模具材料特性—服役工作特點—模具失效特征——模具熱處理—模具壽命強化處理為主線，為突出授課重點，在課程教學內(nèi)容方面進行進一步整合和優(yōu)化。第一，明確課程主線，以先修課程中材料的組織、相變、力學性能、物理化學特點等逐步展開、層層深入。第二，梳理教學內(nèi)容，根據(jù)主線梳理教學內(nèi)容，突出模具材料的性能分析、熱處理強化及缺陷、模具壽命分析等內(nèi)容，主次分明。第三，精選教學案例，啟發(fā)和引導學生對所學知識的綜合判斷，改變學生原有的思維慣性。

三、教學方法及探討

20世紀60～70年代美國紐約大學研究院奧蘇泊爾教授D.P Ausubel曾提出“meaningful verbal learning”的理論學習概念[1，2]：學習者在學習新知識過程中對已有認知結(jié)構(gòu)進行重新改組，使自己原有觀念發(fā)生變化，才有利于新知識的掌握和消化。因此針對該課程特點，采用問題導向型的教學模式，提高學生學習興趣，變被動為主動。同樣，學生原來所接受的基礎(chǔ)知識并沒有被綜合和類比，給授課留出了很多發(fā)揮空間。

1.案例啟發(fā)式、問題導向型步進教學方法。單是一味地理論講解，很難引起學生的興趣和共鳴。在授課過程中，將當前學科的前沿技術(shù)狀態(tài)和科研中的難題以及實踐問題引入課堂。筆者結(jié)合科研項目和工程實踐中的案例，采用問題導向式的步進教學法，通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、構(gòu)造方法、解決問題、引發(fā)思考的不斷循環(huán)，由簡到難地層層推進，在問題求解的過程中引導學生對所學知識歸納總結(jié)，引發(fā)對未知知識的探索。如介紹模具失效原因時，筆者給出自己科研項目中的案例：汽車安全結(jié)構(gòu)件熱成形工藝過程中所用的熱作模具，工作溫度在200℃～300℃區(qū)間，服役一段時間后模具表面出現(xiàn)氧化色并有局部塑性變形現(xiàn)象。筆者首先安排學生進行小組討論引起模具失效的原因，進而引出實際操作與模具服役期間的細節(jié)問題。同時提醒學生換位思考，體會作為模具生產(chǎn)商面對客戶出現(xiàn)如此問題時，如何解決和提高模具壽命，讓學生提出解決方案，從而激發(fā)學生的好奇心，吸引學生的注意力。通過案例啟發(fā)和教學引導，增加了學生對材料發(fā)展規(guī)律的了解，充分調(diào)動了學生的主觀能動性。

2.學習理念的重構(gòu)。課堂教學中如何培養(yǎng)學生的自主學習能力是一個值得探討的問題。為培養(yǎng)學生自主學習能力，首先教師要改變教學方法，引導學生對所學知識進行重構(gòu)和重新認識，同時改變工科學生一貫的“重工藝，輕技術(shù)”的學習方法。如在講解鋼鐵材料的強化理論時，很多同學對晶粒細化概念很清楚，但其理解通常會僅限于晶粒細化是同時提高材料強韌性能的唯一手段。晶粒細化后材料的屈強比升高，但屈強比值過高對于工程應用來說是不安全的，且超細晶粒鋼的焊接難度大，因而限制了超細晶粒鋼廣泛的工程應用。如此引導，大多數(shù)學生皆表現(xiàn)出極大興致。在此基礎(chǔ)上設(shè)置一些更深入問題，如如何在模具制備和熱處理過程中利用組織細化強化技術(shù)，在工程結(jié)構(gòu)中如何考慮處理等，將學生引入一個開闊的思維中去。

傳統(tǒng)的課堂教學通常只是將教學內(nèi)容、方法理論等傳授給學生。由于學生缺乏工程實訓和實踐機會，對于知識的理解和掌握處在很淺的表層，尤其是一些技術(shù)操作的細節(jié)問題。所以只要稍加引導和啟發(fā)，學生就有很強的主動性和較高的參與熱情。在具體的實施過程中，主要采用實物示例—討論分析—問題提出—歸納總結(jié)的方式。筆者曾在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中，帶著學生進行粉末冶金過程的試驗，發(fā)現(xiàn)學生們自己動手進行模壓，模具很快失效。筆者在教學過程中將失效模具帶到課堂，首先讓學生們分析失效部位和推斷原因，繼而提出導致模具失效的操作技術(shù)原因，以及模具服役期間應該注意的操作細節(jié)。如此結(jié)合案例把問題步步推進，授課變得精彩，學生們的學習興趣和積極主動性增加，極大地增進了對課堂知識的關(guān)注度。

3.增加實踐任務導向，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識。工程應用型本科人才的培養(yǎng)要著重體現(xiàn)以一線生產(chǎn)和活動的實際需要構(gòu)建知識、能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)，注重管理、設(shè)計和操作能力的培養(yǎng)。模具壽命技術(shù)實踐性強，但我校該專業(yè)的模具基礎(chǔ)課程卻并不厚重，只有專業(yè)模塊系列課程的學習。由此，筆者在教學中結(jié)合科研項目要求提出實際任務，讓學生針對任務進行設(shè)計和開發(fā)，經(jīng)過分析對比，選出最優(yōu)設(shè)計并給予一定的科研獎勵，同時制作產(chǎn)品，此舉極大激發(fā)了學生的學習興趣和成果滿足感。在實施過程中大多數(shù)同學會知難而退、有始無終，但仍有部分同學堅持下來且取得較好的成績，感染和帶動大多數(shù)同學的學習積極性，為同學們開拓了思路和視野，也有不少同學通過該課程的學習立志從事金屬材料、模具制造等的研究。

四、結(jié)束語

對于模具壽命及強化技術(shù)課程教學改革，我們也是處于探索階段，雖然取得了一定的教學效果，但也面臨許多困難。問題導向型教學模式、任務激發(fā)模式在操作上更為復雜，在統(tǒng)籌安排教學內(nèi)容、精心設(shè)計教學任務、課堂組織等方面對教師提出了更高的要求，且課堂組織也要考慮學生的層次和少數(shù)同學的非主動性。但教學實踐表明采用此教學法激發(fā)了學生的學習興趣和積極主動性，增強了學生解決具體問題的能力，提高了課程教學質(zhì)量。我們感到課程的教學改革既要遵循課程自身的特點規(guī)律，還要適應高等教育的發(fā)展趨勢和社會經(jīng)濟建設(shè)的需要，不斷完善促進教學相長。希望能夠有拋磚引玉的作用，引起大家共同思考與探討，促進戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)計劃新形式下教學改革的發(fā)展。

參考文獻：

[1]David P.Ausubel，A subsumption theory of meaningful verbal learning and retention.The Journal of general psychology，1962，66（2）：213.

[2]David P. Ausubel，The facilitation of meaningful verbal learning in the classroom. The Journal of general psychology，1977，12（2）：162.