思維導(dǎo)圖在“金屬工藝學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用

王知鷙 江鵬 潘海軍

摘? ? 要：“金屬工藝學(xué)”課程主要包括機(jī)械工程材料、熱加工工藝基礎(chǔ)和冷加工工藝基礎(chǔ)，內(nèi)容復(fù)雜。有限的時(shí)間，單一的教學(xué)模式，嚴(yán)重影響學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。思維導(dǎo)圖提供了一個(gè)提升傳統(tǒng)教與學(xué)效果的新途徑，通過(guò)圖形、顏色和符號(hào)協(xié)助記憶，有利于學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立，掌握重點(diǎn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展延伸，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。文章嘗試將思維導(dǎo)圖引入“金屬工藝學(xué)”教學(xué)中，教學(xué)設(shè)計(jì)以及學(xué)生作業(yè)采用思維導(dǎo)圖的方式，使得學(xué)生不僅能掌握各類(lèi)材料成型知識(shí)，還能靈活應(yīng)用進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：“金屬工藝學(xué)”;高等教育;思維導(dǎo)圖

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2021）05-0081-03

一、“金屬工藝學(xué)”教學(xué)現(xiàn)狀

“金屬工藝學(xué)”是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要研究產(chǎn)品從原材料到合格零件或機(jī)器的制造工藝技術(shù)。其課程內(nèi)容體系包含材料成形和機(jī)械制造工藝的基本理論、基本知識(shí)和基本方法，是培養(yǎng)學(xué)生綜合工程素質(zhì)和技術(shù)應(yīng)用能力十分重要的工程教育必修課[1]。

“金屬工藝學(xué)”所涵蓋的內(nèi)容非常多，如圖1所示。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域的新材料、新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使“金屬工藝學(xué)”所涵蓋的內(nèi)容更加豐富[2]。由單純講授金屬材料，擴(kuò)展到復(fù)合材料、功能材料;加工工藝已由傳統(tǒng)的冷、熱加工，擴(kuò)展到聲、光、電等特種加工方法;加工設(shè)備由傳統(tǒng)機(jī)床擴(kuò)展至數(shù)控機(jī)床、加工中心，不斷擴(kuò)充的教學(xué)內(nèi)容增加了教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。

以往上課都是應(yīng)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教師講，學(xué)生聽(tīng)，對(duì)一些枯燥的理論基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生積極性不高。只單純地教授理論知識(shí)，必然使學(xué)生無(wú)法理解相關(guān)內(nèi)容，學(xué)習(xí)效果也得不到提高。雖然“金屬工藝學(xué)”課程也比較注重學(xué)生的動(dòng)手能力，但是本課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及面廣，所需設(shè)備儀器多，如鍛造所需的模鍛機(jī)、特種鑄造需要的低壓鑄造設(shè)備、各種焊接方法的設(shè)備等，此外還受到實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地、人員等條件的限制，無(wú)法滿足在各類(lèi)設(shè)備上操作的要求，致使學(xué)生動(dòng)手能力提高有限。

常州大學(xué)的“金屬工藝學(xué)”針對(duì)多個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)。比如，對(duì)于材料成型系學(xué)生，由于前期學(xué)習(xí)了工程材料或者金屬學(xué)熱處理的基礎(chǔ)課程，再學(xué)習(xí)本門(mén)課程時(shí)，基礎(chǔ)知識(shí)部分容易理解;而對(duì)于石油儲(chǔ)運(yùn)的學(xué)生來(lái)講，前期沒(méi)有學(xué)習(xí)任何基礎(chǔ)知識(shí)，且要在32學(xué)時(shí)內(nèi)將金屬材料部分以及后面工藝部分全部理解比較困難。針對(duì)多年教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的上述情況，本教學(xué)方法主要側(cè)重于課程的邏輯性關(guān)系，利用思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。先進(jìn)的材料成型方法主要以觀看視頻為主，并且課后布置作業(yè)，讓學(xué)生將材料成型方法的原理、步驟、特點(diǎn)等用思維導(dǎo)圖的方式繪制，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力;傳授學(xué)生目前比較先進(jìn)的記憶方法，在此基礎(chǔ)上提高學(xué)生的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)水平，從根本上理解本門(mén)課程的思路、方法、工藝選擇， 其不僅提供知識(shí)，更提供一種思維方式，是真正地授人以漁。

二、思維導(dǎo)圖的優(yōu)勢(shì)

20世紀(jì)60年代，英國(guó)人東尼·博贊為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，在對(duì)大量筆記進(jìn)行研究后，發(fā)明了思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖主要通過(guò)文字、圖像、符號(hào)、線條和顏色等這些要素繪制而成，把人們模糊零亂的思維變得清晰有序，把信息之間的關(guān)系變得易于理解和記憶。思維導(dǎo)圖的本質(zhì)功能是促進(jìn)人們的思維激發(fā)和思維整理，并將思維結(jié)果進(jìn)行外部化呈現(xiàn)[3]。

思維導(dǎo)圖本質(zhì)上是一種符號(hào)化的視覺(jué)工具和體系，它以一個(gè)概念或者主題作為起點(diǎn)，以學(xué)科知識(shí)內(nèi)在的邏輯性和關(guān)聯(lián)性向前演進(jìn)，將多個(gè)概念和主題連接起來(lái)，以直觀的形式展現(xiàn)出各個(gè)概念和主題之間的關(guān)系及其意義[4]。傳統(tǒng)的“金屬工藝學(xué)”教學(xué)方式按照書(shū)本一節(jié)一節(jié)地講解，全部結(jié)束后有的學(xué)生竟然不懂材料成型有幾種方法，一些基礎(chǔ)知識(shí)講解的是什么內(nèi)容。若每節(jié)課講解之前先把整章用思維導(dǎo)圖的方式繪制，將文字充分轉(zhuǎn)化為圖形，這樣不僅與學(xué)生的記憶規(guī)律相適應(yīng)，還可以提高學(xué)生的理解能力。而學(xué)生在記筆記的過(guò)程中也會(huì)進(jìn)一步思考相關(guān)要點(diǎn)，可以使學(xué)生集中精力聽(tīng)課。

繪制思維導(dǎo)圖的過(guò)程本身就是一個(gè)創(chuàng)造性的過(guò)程，因?yàn)槔L制者要考慮如何設(shè)計(jì)主干、分支。學(xué)生在繪制思維導(dǎo)圖之前，必然會(huì)明確重點(diǎn)、難點(diǎn)，然后將不同的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系在一起，進(jìn)而構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)體系，沿著思維導(dǎo)圖提供的發(fā)散思維訓(xùn)練對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行擴(kuò)展，進(jìn)一步豐富自己對(duì)知識(shí)的理解。經(jīng)過(guò)親身練習(xí)，學(xué)生會(huì)對(duì)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚興趣，進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并且可以有效提高學(xué)習(xí)能力，掌握有效的學(xué)習(xí)技巧，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。

三、思維導(dǎo)圖在“金屬工藝學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用

目前，課程的難點(diǎn)一部分在于對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，另一部分是學(xué)習(xí)完本門(mén)課程后是否能將所學(xué)的知識(shí)融合在一起。為了解決這兩個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)分述如下。

鑄造基礎(chǔ)知識(shí)很枯燥，若以生產(chǎn)中鑄件容易出現(xiàn)的缺陷導(dǎo)入，逐一講解出現(xiàn)的原因，如何解決，將會(huì)提高學(xué)生的興趣。如：鑄件生產(chǎn)中容易出現(xiàn)冷隔、澆不足等缺陷，其主要與液態(tài)的充型能力有關(guān)，從材料內(nèi)因分析結(jié)晶溫度范圍窄的液態(tài)合金，從表層逐層向中心凝固，且以胞狀晶生長(zhǎng)，使得已結(jié)晶的固體表層比較光滑，對(duì)金屬液的阻力較小，金屬液可以持續(xù)流動(dòng)以充滿型腔。這部分基礎(chǔ)知識(shí)不僅解決澆不足缺陷，而且與后續(xù)工藝設(shè)計(jì)中的材料選擇的聯(lián)系非常緊密。圖2是本門(mén)課程的第一篇章，重點(diǎn)內(nèi)容包括液態(tài)成型基礎(chǔ)知識(shí)、工藝方案的確定和零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且把每部分的關(guān)系進(jìn)行了梳理。每小節(jié)的重點(diǎn)知識(shí)講解完后，給學(xué)生布置作業(yè)，以思維導(dǎo)圖的形式復(fù)習(xí)。

零件的成型方法可以是鑄造、焊接、壓力加工、機(jī)械加工其中的一種或者多種并用，為了提高學(xué)生對(duì)成型方法的整體認(rèn)識(shí)，布置作業(yè)：漸開(kāi)線齒輪如何獲得？如圖3所示，是一個(gè)學(xué)生自己繪制的思維導(dǎo)圖。學(xué)生課后通過(guò)翻閱書(shū)籍和網(wǎng)上閱覽查找齒輪成型方法，發(fā)現(xiàn)可以普通砂型鑄造，也可以熔模鑄造;可以鍛造成型，后續(xù)切削加工獲得所需精度;甚至可以將容易磨損的齒部分和固定部分分離制造，然后采用連接成型的方法。通過(guò)此作業(yè)，使得學(xué)生對(duì)多種成型方法加以區(qū)分比較，還可以提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，自主探索學(xué)習(xí)其他更先進(jìn)的成型方法，并且把多種成型方法在有利的條件下綜合利用，學(xué)習(xí)了新的知識(shí)，對(duì)本課程也產(chǎn)生了濃厚的興趣。

四、思維導(dǎo)圖的討論與改進(jìn)

“金屬工藝學(xué)”是一門(mén)理工學(xué)科課程，書(shū)本中含有大量的基礎(chǔ)理論、原則要求，不僅需要理解記憶，還要求能靈活應(yīng)用。以往學(xué)生經(jīng)常抱怨課程內(nèi)容太多，很難記憶。但是經(jīng)過(guò)一學(xué)期思維導(dǎo)圖的繪制，發(fā)現(xiàn)這門(mén)課非常有趣，也不是很難理解，因?yàn)槊慷卧挕⒚空鹿?jié)都有很強(qiáng)的邏輯性。只要課后認(rèn)真復(fù)習(xí)，將重點(diǎn)內(nèi)容梳理總結(jié)，發(fā)現(xiàn)枯燥生硬的概念不再是孤立的表達(dá)，而是邏輯鏈條中的一個(gè)環(huán)節(jié)。無(wú)論多么抽象的概念，不易掌握的、碎片化的知識(shí)都可以組合起來(lái)，建立相應(yīng)的知識(shí)體系，并對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行擴(kuò)展。

教學(xué)實(shí)踐證明，利用思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)“金屬工藝學(xué)”這門(mén)課程確實(shí)是一種行之有效的教學(xué)手段。但是由于學(xué)生本身的差異，繪制水平參差不齊，有些學(xué)生可以通過(guò)學(xué)習(xí)別人的思維導(dǎo)圖，改進(jìn)自己的思維導(dǎo)圖，使思維邏輯更進(jìn)一層;有些學(xué)生繪制水平和理解水平有限，很難繪制出一幅完整的思維導(dǎo)圖。針對(duì)此類(lèi)情況，教師在布置作業(yè)的時(shí)候應(yīng)該給學(xué)生幾個(gè)模板，先繪制出主干供學(xué)生參考;可以把學(xué)生分成幾個(gè)小組，由于思維導(dǎo)圖沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，一種知識(shí)可以呈現(xiàn)多種思維導(dǎo)圖形式或者一幅思維導(dǎo)圖形式呈現(xiàn)幾種不同的知識(shí)。學(xué)生之間互相交流，鞏固書(shū)本知識(shí)，拓展課外知識(shí)。另外，學(xué)生嘗試自己繪制思維導(dǎo)圖也可以預(yù)習(xí)新的知識(shí)。通過(guò)此過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的不足之處在教學(xué)中有了突破，教師上課更加有針對(duì)性地講解，效果更好。

五、結(jié)語(yǔ)

“金屬工藝學(xué)”課程特點(diǎn)是內(nèi)容多而繁雜、實(shí)踐性強(qiáng)、術(shù)語(yǔ)多、概念多、較抽象，且課時(shí)少。要想在有限的時(shí)間內(nèi)提升教與學(xué)的效率，思維導(dǎo)圖是一種極為出色的工具，它有助于將多種基礎(chǔ)知識(shí)和工藝設(shè)計(jì)以形象直觀的方式呈現(xiàn)出來(lái)。不僅如此，利用思維導(dǎo)圖還有助于培養(yǎng)學(xué)生查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料的習(xí)慣，提高收集相關(guān)信息能力。這種良好習(xí)慣的形成，是學(xué)生在掌握零件成型工藝的同時(shí)所取得的學(xué)習(xí)上最大的收獲。

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編輯∕陳晶