基于項(xiàng)目式教學(xué)的《機(jī)械T程材料及其成形技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

張晴晴 許雪艷 代光輝

摘 ?要：針對現(xiàn)行《機(jī)械工程材料及其成形技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中工程實(shí)踐性體現(xiàn)不足的問題，提出了基于項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程改革方案，并從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施方式和考核方式五個方面進(jìn)行了說明。從項(xiàng)目的選取與設(shè)計，項(xiàng)目任務(wù)書和指導(dǎo)書的制定，以及項(xiàng)目具體實(shí)施過程三個方面詳細(xì)介紹了項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施方式。從教學(xué)效果來看，提高了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的參與程度和獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程材料及其成形技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革;成形工藝設(shè)計;項(xiàng)目式教學(xué)

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）18-0139-04

Abstract： The experimental plan of teaching reform of "Mechanical Engineering Materials and Forming Technology" based on project-based teaching aiming at the problem of insufficient practical practice in the experimental teaching of the current is proposed and explained from the five aspects of the teaching objectives， teaching methods， teaching content， teaching implementation and assessment methods. And the implementation of the project-based teaching is introduced in detail from three aspects： project selection and design， project task book and guidebook development， and project implementation process. From the aspect of teaching effects， the students' participation in experimental teaching and the ability to independently solve practical problems in engineering are improved.

Keywords： Mechanical Engineering Materials and Forming Technology; experimental teaching reform; forming process design; project-based teaching

隨著教育部提出將600多所高校逐步向應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)變、以及建設(shè)應(yīng)用型本科院校的規(guī)劃，很多高校都在積極探索適用于自身辦學(xué)特點(diǎn)、更加注重應(yīng)用教學(xué)的教學(xué)模式。所謂應(yīng)用型本科教學(xué)重在“應(yīng)用”二字，即通過更新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)方法和教學(xué)手段，提高教學(xué)水平，注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力[1]。從教學(xué)體系建設(shè)體現(xiàn)“應(yīng)用”二字，其核心環(huán)節(jié)是實(shí)踐教學(xué)，而對于實(shí)踐性較強(qiáng)的工科相關(guān)課程，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)尤為重要。

《機(jī)械工程材料及其成形技術(shù)》是某應(yīng)用型本科院校（以下簡稱：C校）機(jī)械類專業(yè)的主干課程，該課程是《機(jī)械工程材料》和《材料成形技術(shù)》兩方面內(nèi)容的綜合。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握工業(yè)產(chǎn)品從原材料的選擇、毛坯件的獲取、零件的切削加工及熱處理和機(jī)器的裝配這一生產(chǎn)過程中所涉及到的所有的知識與技能，并將其運(yùn)用到工程實(shí)踐中，課程性質(zhì)兼具很強(qiáng)的學(xué)科理論性和應(yīng)用實(shí)踐性[2]。從工程實(shí)踐方面來看，該課程所涉及的內(nèi)容是生產(chǎn)制造的核心環(huán)節(jié)，因此其關(guān)乎到機(jī)械設(shè)計制造專業(yè)技能的培養(yǎng)，也會影響到后續(xù)本專業(yè)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐[3]。

綜上所述，為更充分地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)用性和實(shí)踐性，本文基于項(xiàng)目式教學(xué)，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施方式和考核方式五個方面進(jìn)行改革，并從項(xiàng)目的選取與設(shè)計，項(xiàng)目任務(wù)書和指導(dǎo)書的制定，以及項(xiàng)目具體實(shí)施過程三個方面詳細(xì)介紹了項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施方式，建立以解決實(shí)際問題為目標(biāo)的系統(tǒng)性的教學(xué)體系。

一、項(xiàng)目式教學(xué)改革方案

本文立足于項(xiàng)目式教學(xué)，旨在將零散的教學(xué)內(nèi)容提煉、綜合、設(shè)計成具體的工程項(xiàng)目，制定以學(xué)生實(shí)踐操作為主體的任務(wù)書、指導(dǎo)書以及考核評價方案，具體改革是從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施方式和考核方式五個方面進(jìn)行。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)改革

當(dāng)下《機(jī)械工程材料及其成形技術(shù)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)較為注重對于機(jī)械工程材料的認(rèn)知能力的培養(yǎng)，注重對于相關(guān)材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及其工作特性，以及對材料的力學(xué)性能測定方法的掌握。但是上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性不高，操作性較弱，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和提高學(xué)生獨(dú)立解決工程實(shí)際問題方面明顯不足。本文從緊密聯(lián)系理論教學(xué)出發(fā)，著力于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)用性和實(shí)踐性，對課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)作了如下改革。

1. 拓寬知識目標(biāo)

保留傳統(tǒng)的對于常用機(jī)械工程材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及其工作特性的掌握、以及材料力學(xué)性能測定方法的掌握等教學(xué)目標(biāo)，增加對鑄造、鍛壓和焊接三大基本成形工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用的掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既可涵蓋理論課程教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，又可通過成形工藝更好地聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)。

2. 提高技能目標(biāo)

提高學(xué)生從自主分析任務(wù)，整理歸納資料，探索試驗(yàn)方案，預(yù)演工藝過程，仿真和試驗(yàn)修正參數(shù)設(shè)置，到最后的總結(jié)任務(wù)完成經(jīng)驗(yàn)的參與度，使學(xué)生熟悉工程設(shè)計與制造的實(shí)施過程，了解實(shí)際應(yīng)用的操作流程，初步具有運(yùn)用工程材料與成形工藝解決實(shí)際問題的能力。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

根據(jù)改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)以及企業(yè)對專業(yè)人才的需求方向，摒棄傳統(tǒng)的教師演示、學(xué)生重復(fù)的單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，采用應(yīng)用型本科培養(yǎng)中廣為推崇的項(xiàng)目式教學(xué)方法，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置為與工程實(shí)踐或?qū)W生的預(yù)期職業(yè)能力具有較高關(guān)聯(lián)度的項(xiàng)目式任務(wù)，通過預(yù)定的設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求，讓學(xué)生通過獨(dú)立思考、查閱相關(guān)資料以及小組討論的形式完成設(shè)計任務(wù)。在完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的過程中，學(xué)生將要獨(dú)立完成一般工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)主線中的所有內(nèi)容，需要學(xué)生獨(dú)立掌握并合理運(yùn)用零件的選材、熱處理工藝的選擇及工藝路線的制定、成形工藝的選擇和工藝規(guī)程的設(shè)計，以及材料性能的測試方法等知識。

（三）教學(xué)內(nèi)容改革

項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)施的關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)，本文引入實(shí)際工程案例作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將分散的理論知識點(diǎn)和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)點(diǎn)串聯(lián)起來，對于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選取是以完整的工程實(shí)例為基礎(chǔ)，制作綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫。而對于原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中單獨(dú)設(shè)置的測試儀器測試方法的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容并入綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，不再獨(dú)立開設(shè)相關(guān)項(xiàng)目，讓學(xué)生的實(shí)踐過程中學(xué)習(xí)使用相關(guān)測量儀器，并將簡單的實(shí)驗(yàn)方法融入到綜合實(shí)驗(yàn)中。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施改革

C校傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目課時為2個課時，學(xué)生在2個課時內(nèi)集中完成一個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但對于項(xiàng)目式的綜合設(shè)計實(shí)驗(yàn)而言，學(xué)生在拿到設(shè)計任務(wù)書后，需要查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識，制定設(shè)計方案，完成設(shè)計工作，測試設(shè)計結(jié)果，以及撰寫設(shè)計報告，整個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目周期需要較長的時間，很難集中在實(shí)驗(yàn)課堂中完成。因此，本文在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中實(shí)行集中教學(xué)與開放式教學(xué)相結(jié)合的方式，教師在集中教學(xué)課時內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)講解，實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器教學(xué)以及輔導(dǎo)答疑工作，學(xué)生除集中教學(xué)課時外，也可以在課下時間按照實(shí)驗(yàn)室規(guī)定自主到實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)工作，從而避免實(shí)驗(yàn)課時和實(shí)驗(yàn)條件限制對教學(xué)實(shí)施的影響。

（五）考核方式改革

為綜合評定項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，本文研究出與之相適應(yīng)的多元評價體系，根據(jù)課程目標(biāo)和教學(xué)要求對學(xué)生的知識水平和技能水平做出綜合評價。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績由課堂考勤情況、報告完成質(zhì)量和作品評價三部分組成，重點(diǎn)考察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施過程中的參與程度、做了哪里工作、取得哪些收獲、以及對實(shí)驗(yàn)過程的總結(jié)，對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果重在給予客觀的分析和點(diǎn)評。

二、項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)施方式

（一）項(xiàng)目的選取與設(shè)計

選取項(xiàng)目式教學(xué)的內(nèi)容主要考慮三個方面的特征：首先項(xiàng)目必須具有一定的實(shí)踐性，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密;其次項(xiàng)目內(nèi)容要與專業(yè)課程密切相關(guān);最后項(xiàng)目在學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)條件可以順利開展與實(shí)施?？紤]到C校目前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備多為工程材料方面的設(shè)備，學(xué)生均可獨(dú)立操作，但是材料成形方面的實(shí)驗(yàn)設(shè)備較少，且均是大型設(shè)備，學(xué)生很難獨(dú)立操作，本文在項(xiàng)目的設(shè)計中將工程材料方面的項(xiàng)目設(shè)計為實(shí)物制作與分析項(xiàng)目，將材料成形方面的項(xiàng)目設(shè)計為在成形工藝仿真軟件上完成的理論工藝設(shè)計與工藝仿真相結(jié)合的仿真項(xiàng)目，這樣既能充分利用學(xué)?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源，又能彌補(bǔ)現(xiàn)有條件的不足[4]。

為建立與學(xué)生的能力相匹配的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇途徑可優(yōu)先考慮以下三個方面：一是教師通過整合課程知識點(diǎn)，從課堂教學(xué)內(nèi)容中總結(jié)出的典型工程實(shí)例，二是從校企合作項(xiàng)目中或從企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中提取的工程實(shí)例，三是與專業(yè)競賽相結(jié)合，將專業(yè)競賽題目融入項(xiàng)目庫中，以教促賽，以賽促教。

（二）項(xiàng)目任務(wù)書和指導(dǎo)書的制定

項(xiàng)目任務(wù)書主要包括三個方面內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)給定條件、實(shí)驗(yàn)具體要求和實(shí)驗(yàn)報告要求?？紤]到整個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全部由學(xué)生獨(dú)立完成，項(xiàng)目任務(wù)書和指導(dǎo)書就是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重要依據(jù)和指導(dǎo)文件，因此項(xiàng)目任務(wù)書的制定要詳細(xì)具體，而指導(dǎo)方案要盡量寬松靈活，給學(xué)生留有足夠的獨(dú)立分析與探索的空間。

（三）項(xiàng)目具體實(shí)施過程

1. 工程材料實(shí)物制作與分析項(xiàng)目實(shí)施過程

工程材料實(shí)物制作與分析項(xiàng)目實(shí)施的主要目的是通過完成一個規(guī)定零件的加工制作使學(xué)生掌握常用零件從選材，加工制作，到力學(xué)性能分析與測定這一生產(chǎn)周期內(nèi)的所有內(nèi)容與工作，具體實(shí)施過程如下：首先由教師根據(jù)任務(wù)書的要求向?qū)W生下達(dá)具體實(shí)驗(yàn)題目，并利用課堂集中教學(xué)時間向?qū)W生講解實(shí)驗(yàn)要求和注意事項(xiàng)，交待具體的時間與進(jìn)度安排，對學(xué)生進(jìn)行分組，以及指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)技術(shù)手冊等資料。然后由學(xué)生在課堂上并結(jié)合課余時間完成材料的選擇，加工工藝路線和熱處理工藝路線的制定，并完成零件的加工和相關(guān)的熱處理操作;為驗(yàn)證學(xué)生的選材和熱處理工藝安排是否得當(dāng)，學(xué)生還需對所加工零件進(jìn)行金相組織的觀察和強(qiáng)度、硬度以及塑韌性等力學(xué)性能指標(biāo)的測定等工作，并參照任務(wù)書的要求進(jìn)行驗(yàn)證。教師將剩余的課堂教學(xué)時間分散安排在整個項(xiàng)目的完成過程中，并檢查學(xué)生的完成進(jìn)度，指導(dǎo)相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用，以及指導(dǎo)答疑。最后，學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分析總結(jié)，撰寫實(shí)驗(yàn)報告，并由教師和學(xué)生共同完成該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的成績考核。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主要內(nèi)容和步驟如圖1所示。

2. 成形工藝仿真分析項(xiàng)目實(shí)施過程

成形工藝仿真分析項(xiàng)目的主要目的是使學(xué)生掌握常用材料成形工藝中有關(guān)材料和成形工藝的選擇、成形工藝的設(shè)計和實(shí)施等內(nèi)容。該項(xiàng)目的實(shí)施主要包含兩部分工作，首先由學(xué)生根據(jù)任務(wù)書和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的指導(dǎo)與要求，完成材料和成形工藝的選擇與確定，并完成成形工藝的理論設(shè)計工作，具體包括根據(jù)零件的形狀和尺寸，以及技術(shù)要求等繪制成形工藝圖，根據(jù)成形工藝圖計算坯料的形狀和尺寸，并依次完成成形工序、成形設(shè)備和成形參數(shù)的確定等工作。成形工藝的理論設(shè)計的主要內(nèi)容和步驟如圖2所示[4]。其次，在完成成形工藝的理論設(shè)計工作之后，學(xué)生還需利用成形工藝仿真軟件，對理論設(shè)計結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證。首先在仿真軟件中選擇成形工藝和所使用的成形模具類型，其次在三維建模軟件中建立好毛坯件和模具的三維模型，并導(dǎo)入仿真軟件中，然后在仿真軟件中先后完成成形工藝參數(shù)的設(shè)置，有限元模型的建立，和成形工序的設(shè)定等工作，最后完成分析求解。具體仿真成形過程如圖3所示[4]。

3. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果總結(jié)

（1）項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施由傳統(tǒng)的以教師為主變成以學(xué)生為主，學(xué)生通過獨(dú)立查閱資料、自由設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案以及選材和確定實(shí)驗(yàn)步驟，提高了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的參與程度，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）通過集中教學(xué)與開放式教學(xué)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施方式，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備也得到了充分合理的應(yīng)用。

（3）在實(shí)驗(yàn)完成過程中，會遇到很多理論學(xué)習(xí)時沒有遇到的問題，這些問題都要學(xué)生自己去探索與解決，提高了自學(xué)能力和獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力。

（4）通過多元化的考核方式，能夠全面地對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析評價，也能清晰直觀地反映學(xué)生自身的不足之處和日后改進(jìn)的方向。

三、結(jié)束語

針對《機(jī)械工程材料及其成形技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀中對于工程實(shí)踐性體現(xiàn)不足的問題，提出了基于項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程改革方案，并從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施方式和考核方式五個方面進(jìn)行了系統(tǒng)全面的改革。從改革所取得的教學(xué)效果來看，提高了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的參與程度和獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力，也使現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件得到了充分合理的應(yīng)用。

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