促進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的材料成型原理教學(xué)改革與實(shí)踐

（大連大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門(mén)人才，高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的競(jìng)爭(zhēng)代表著國(guó)家間綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)。高等院校作為重要的育人基地，擔(dān)負(fù)著全面推進(jìn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的歷史使命。大學(xué)生思維敏捷，想象力豐富，蘊(yùn)含著巨大的創(chuàng)新潛能。知識(shí)是素質(zhì)和能力的基石，教學(xué)是獲得知識(shí)的途徑，要切實(shí)培養(yǎng)和提高大學(xué)生創(chuàng)新能力首先要從教學(xué)開(kāi)始。教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新、教學(xué)方法創(chuàng)新、評(píng)價(jià)方式和標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新，更重要的是教師必須先“新”，掌握最新的科研成果、學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)方法。大學(xué)教師很重要的一部分工作就是科研，科研過(guò)程實(shí)際上就是創(chuàng)新過(guò)程，高水平的科研工作是提高教學(xué)水平的助推器，將科研與教學(xué)緊密結(jié)合是提高教學(xué)水平的有效途徑之一[1]。讓學(xué)生積極參與到教師的科研中，提高學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在科研創(chuàng)新能力。同時(shí)，學(xué)生從科研中觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果又能幫助學(xué)生理解、鞏固理論知識(shí)，將書(shū)本上抽象的理論和公式與實(shí)踐相結(jié)合，增加學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量。從而達(dá)到科研與教學(xué)互相促進(jìn)，創(chuàng)新素質(zhì)與能力提升的多重效果。

《材料成型原理》是材料成型及控制工程的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，包括液態(tài)成形、連接成形和塑性成形等三篇主要內(nèi)容，兼顧塑料成形、粉末冶金等其他先進(jìn)的成形方法。材料成型原理研究材料在成形過(guò)程中的組織結(jié)構(gòu)、性能、形狀隨外在條件的變化規(guī)律[2-3]。材料成形的最終目的是高效、低耗、無(wú)污染地制造出高性能的符合人類不斷增長(zhǎng)的要求的產(chǎn)品。該課程在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中擔(dān)負(fù)著承前啟后的作用，學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可以對(duì)材料成形過(guò)程及其基本原理有實(shí)質(zhì)性的、深入的理解，為分析和解決材料成形過(guò)程中的質(zhì)量缺陷問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生研究新型材料、開(kāi)拓新型材料成形技術(shù)的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)狀分析

材料科學(xué)是一門(mén)成熟的學(xué)科，材料成型原理在我國(guó)高等工科院校中已形成相對(duì)穩(wěn)定的課程體系，并在人才培養(yǎng)中發(fā)揮了重大的作用。目前，國(guó)內(nèi)一些工科院校已經(jīng)逐步建立起該課程的國(guó)家級(jí)、省級(jí)精品課程，極大地豐富了該課程的教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)了該課程的教學(xué)質(zhì)量。

但是，材料成型原理包含了鑄造、焊接、塑性成形等各種成形技術(shù)的原理和理論，多年來(lái)各個(gè)版本的教材主體內(nèi)容沒(méi)有較大變化，部分內(nèi)容過(guò)于陳舊，知識(shí)點(diǎn)多而分散，理論性強(qiáng)，基本理論容易混淆、概念模糊不清，對(duì)重點(diǎn)難以理解和掌握。并且，隨著科學(xué)水平的發(fā)展，新理論、新工藝、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，知識(shí)量的不斷增加與教學(xué)學(xué)時(shí)大幅度縮減的矛盾給教學(xué)過(guò)程帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，使課程建設(shè)變得更加迫切。傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是以教師課堂講述為主，考核方式采用單一的試卷和平時(shí)成績(jī)來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，學(xué)生被動(dòng)性、機(jī)械性獲取知識(shí)，未能充分的參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中，未能發(fā)揮主觀能動(dòng)性及創(chuàng)造性，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量的提高和人才的培養(yǎng)。隨著素質(zhì)教育要求的提高，陳舊落后的教學(xué)內(nèi)容及方法已不能滿足人才培養(yǎng)的要求，多媒體教學(xué)手段單一、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱，這些將直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和靈活應(yīng)用于實(shí)踐的能力。

2 材料成型原理課程改革

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容是決定教育質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。材料成形原理內(nèi)容豐富龐雜，要在教學(xué)中選定一條主線，刪掉陳舊、過(guò)細(xì)的內(nèi)容，簡(jiǎn)化基礎(chǔ)理論的推導(dǎo)，緊緊圍繞材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在關(guān)系，強(qiáng)化在材料成形過(guò)程中通過(guò)控制和改善材料組織與性能獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的方法和途徑。重點(diǎn)理解金屬材料的性能很大程度上取決于材料的結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制和改善材料微觀組織，獲得良好的性能；同時(shí)，金屬材料的性能又反過(guò)來(lái)指導(dǎo)優(yōu)化材料的成形工藝。例如，在講解金屬塑性成型部分時(shí)，刪掉復(fù)雜的理論推導(dǎo)，補(bǔ)充一些塑性成型的科研數(shù)據(jù)和分析照片，重點(diǎn)分析性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，并介紹相關(guān)模擬軟件的應(yīng)用，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的理論計(jì)算。

將創(chuàng)新教育真正的融入課堂，學(xué)習(xí)的目的不再是為了傳承前人的知識(shí)，記憶不再是最重要的能力與目標(biāo)，要幫助學(xué)生建立個(gè)性化的知識(shí)體系[4]。在教學(xué)中，圍繞主線，深入淺出地講解理論，適當(dāng)增加一些可供學(xué)生討論的內(nèi)容和前沿科技成果。這一點(diǎn)在日本的課堂上已經(jīng)充分地實(shí)現(xiàn)，除了教材，教師會(huì)準(zhǔn)備輔助資料發(fā)放給學(xué)生，選取的是最新的相關(guān)科研成果。如在隨著社會(huì)的發(fā)展和科技技術(shù)不斷進(jìn)步，新材料、新工藝、新方法不斷出現(xiàn)，材料成形原理的內(nèi)容也在不斷更新和完善，教師要注意結(jié)合本學(xué)科前沿研究領(lǐng)域和最新發(fā)展動(dòng)態(tài)、介紹重點(diǎn)科技成果，豐富和活化教學(xué)內(nèi)容。

2.2 更新教學(xué)方法

大學(xué)教育不僅是簡(jiǎn)單的專業(yè)知識(shí)灌輸，更要注重培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力。教師要改變過(guò)去滿堂灌的講授式教學(xué)方法，采用案例式、討論式、在線自學(xué)式、現(xiàn)場(chǎng)演示式等多種教學(xué)方法[5]，讓學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中，使被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。在對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)講解時(shí)，結(jié)合科技發(fā)展前沿問(wèn)題進(jìn)行探討，案例式與討論式相結(jié)合，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，也能提高學(xué)生的思考能力。如在講解應(yīng)力狀態(tài)對(duì)塑性的影響時(shí)，引入等徑角擠壓這一類新塑性加工技術(shù)的講解，介紹這種新技術(shù)出現(xiàn)、發(fā)展的歷程，結(jié)合講授知識(shí)點(diǎn)討論改善塑性的原理，并可在課堂上進(jìn)行隨堂的知識(shí)點(diǎn)問(wèn)答，采用手機(jī)選擇卡進(jìn)行回答，這樣既能活躍課堂氣氛，也能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，將極高地提升學(xué)生的科研素養(yǎng)。通過(guò)使用現(xiàn)有的手機(jī)在線學(xué)習(xí)APP 系統(tǒng)，進(jìn)行學(xué)生的自學(xué)、課后輔導(dǎo)和答疑、小組討論及小測(cè)試等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。

將慕課的概念和方法與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。材料成型原理的授課內(nèi)容多，理論知識(shí)多，可以選取部分重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)，結(jié)合科研和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)案例錄制微課視頻，學(xué)生通過(guò)課前的學(xué)習(xí)對(duì)所講內(nèi)容有初步的理解，回答教師提出的問(wèn)題，并可以與教師和其他同學(xué)在線進(jìn)行討論，然后在課堂進(jìn)行討論和總結(jié)，在這一過(guò)程中既學(xué)到了理論知識(shí)，還能夠切實(shí)感受科學(xué)研究工作及生產(chǎn)實(shí)踐，加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握。

2.3 改革考試制度

考試是檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度也是檢查教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要手段。第一步通過(guò)建立試題庫(kù)，使試題內(nèi)容覆蓋全部知識(shí)點(diǎn)，避免人工編制試卷時(shí)產(chǎn)生的試題雷同、難易標(biāo)準(zhǔn)不一、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)變動(dòng)大等弊端，從而使得考試更加公正。但是傳統(tǒng)的考試形式以一張卷為主，不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮，因此，我們將采取綜合考核的方法。除了期末考試成績(jī)和出勤、作業(yè)成績(jī)，增加一個(gè)綜合論文。將學(xué)生分成幾個(gè)討論小組，自行選定相關(guān)的研究?jī)?nèi)容，進(jìn)行資料查閱、設(shè)計(jì)創(chuàng)新試驗(yàn)、撰寫(xiě)創(chuàng)新論文，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。通過(guò)不同觀點(diǎn)的爭(zhēng)論和探討，激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、收集資料及撰寫(xiě)科技論文的能力。這種考核方式有助于提高學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，鍛煉了學(xué)生自主創(chuàng)新、綜合分析和解決問(wèn)題的能力。

2.4 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

目前與材料成形原理課程相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)主要是認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，但由于現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度較高，學(xué)生往往不能近距離接觸加工過(guò)程，因此需要一種學(xué)生能夠切實(shí)參與其中的實(shí)踐教學(xué)手段。當(dāng)前，國(guó)家切實(shí)推進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作，以此為契機(jī)，將學(xué)生分為多個(gè)創(chuàng)新小組，各小組可參與到教師的科研項(xiàng)目中，或根據(jù)所學(xué)知識(shí)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，查閱資料、設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行操作，將科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際融入到教學(xué)當(dāng)中，使學(xué)生更好地理解課程的內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)這些科研活動(dòng)，使學(xué)生了解材料學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)及最新研究進(jìn)展，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新。同時(shí)為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等科技活動(dòng)奠定了良好的基礎(chǔ)。如在講解塑性成形的基本模型時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手參與到老師的科研中，分析不同材料的實(shí)際應(yīng)力-應(yīng)變曲線，與所給理論模型進(jìn)行對(duì)比分析，既加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，又能將理論與實(shí)際很好地結(jié)合。

2.5 教學(xué)手段

隨著科技的發(fā)展，多媒體技術(shù)已廣泛應(yīng)用于教學(xué)中，它集合了文字、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)等多種元素，增加了教學(xué)的直觀性和生動(dòng)性。但是材料成形原理理論性強(qiáng)、課程信息量大，需要結(jié)合傳統(tǒng)的板書(shū)進(jìn)行推演，讓學(xué)生掌握分析過(guò)程和思維方法。材料成形原理課程的原理性非常強(qiáng)，即使在課堂中進(jìn)行視頻播放講解，學(xué)生在理解上還是比較困難的，如果沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，學(xué)生會(huì)感到抽象和枯燥，但由于條件限制往往不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，這便要引進(jìn)吸收新的技術(shù)—VR 動(dòng)畫(huà)。利用VR 技術(shù)，建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可走進(jìn)這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，身臨其境的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，且操作結(jié)果可以反饋給學(xué)生，來(lái)判斷操作的正確性。例如，澆鑄螺旋狀試樣測(cè)量合金的流動(dòng)性，由于合金溫度高，操作危險(xiǎn)，改成VR 虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可測(cè)試不同材料不同條件下合金的流動(dòng)性，并能真正掌握操作規(guī)范。目前，華中科技大學(xué)和北京科技大學(xué)等高校都建立了這種實(shí)驗(yàn)室，大大豐富了教學(xué)手段，增加學(xué)生的積極性。如鑄造成形由于惡劣的工作條件和危險(xiǎn)的環(huán)境，不可能帶學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，用虛擬現(xiàn)實(shí)的方法既讓學(xué)生身臨其境地體驗(yàn)了這種成形方法，又能保證學(xué)生的安全。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著素質(zhì)教育的深入開(kāi)展，和學(xué)生對(duì)自身要求的提高，越來(lái)越多的學(xué)生開(kāi)始重視創(chuàng)新項(xiàng)目，并積極參與其中。材料成型原理作為材料成型及控制工程的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)各種改革措施，引導(dǎo)學(xué)生參與到科學(xué)研究中，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)課的興趣，對(duì)課程的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的提高起到了共同的促進(jìn)作用。