《金屬塑性成型工藝》課程教學(xué)改革探索

金曼　楊弋濤

摘要：在教育部“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的支持下，對《金屬塑性成型工藝》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進行了一系列新的探索和改革，初步取得了良好的成效，今后將圍繞培養(yǎng)動手能力強的工程師型人才的基本目標(biāo)，并根據(jù)新型材料及加工技術(shù)的發(fā)展優(yōu)化和完善課程設(shè)置。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；教學(xué)實踐；金屬塑性成型工藝

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0007-02

《金屬塑性成型工藝》是一門針對金屬材料工程專業(yè)高年級本科生開設(shè)的專業(yè)選修課，通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解鍛造及軋制加工的基本原理和工藝過程，掌握進行工藝設(shè)計、制定工藝規(guī)程、計算變形力及選擇加工設(shè)備的基本方法，并對金屬塑性成型工藝的機械設(shè)備和工藝過程有一定的了解和認(rèn)識。長期以來教研室一直十分重視這門課程的開展，擔(dān)任該課程的主講教師均為經(jīng)驗豐富的教授和副教授。該課程講授的內(nèi)容主要包括軋制加工的基本原理和工藝；型材和板帶材軋制的工藝過程和工藝問題；鍛造成形的基本原理和工藝；自由鍛和模鍛工藝的基本分析方法和設(shè)計方法等內(nèi)容。該課程有些基礎(chǔ)理論知識其中軋制基本原理主要包括咬入角的計算、軋制過程的前滑和后滑以及軋制壓力的計算等。在軋制工藝方面主要包括軋制的加熱規(guī)范以及材料的塑性性能等。由于型鋼的生產(chǎn)涉及的內(nèi)容較多，所以根據(jù)課程設(shè)置對型鋼設(shè)備的布置及型材的生產(chǎn)流程進行了重點的講授。熱軋板帶鋼和冷軋板帶鋼在我國鋼板的生產(chǎn)中占很大的比重，因此這部分內(nèi)容重點講授了板帶鋼的生產(chǎn)流程及生產(chǎn)特點。針對該課程涉及的內(nèi)容較多，而課時相對較少的情況，在鍛造課程中重點講述自由鍛及模型鍛造所用設(shè)備和各自特點。該課程有些內(nèi)容比較抽象，而且理論性和實踐性都很強，如果只是沿襲傳統(tǒng)單一的課堂教學(xué)模式，就會很難實現(xiàn)預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)。為了提高教學(xué)效果，讓學(xué)生們在課堂的學(xué)習(xí)中就能更好的將理論和實踐相結(jié)合，實現(xiàn)培養(yǎng)“卓越工程師”型人才的目標(biāo)，教研室組織教師們積極開展教學(xué)方法的交流與討論，就如何組織好課堂教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)理論和實踐相結(jié)合這樣的最終目標(biāo)進行了相關(guān)改革和探索。

一、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

《金屬塑性成型工藝》這門課程包括“軋制理論與工藝”和“鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計”兩大方面的內(nèi)容，要在有限的學(xué)時內(nèi)把大量軋制原理和鍛造工藝學(xué)以及相關(guān)領(lǐng)域前沿研究情況介紹給學(xué)生，需要教師很好的歸納教學(xué)內(nèi)容，各部分內(nèi)容之間要進行有效的銜接與交叉。在內(nèi)容多、課時緊的情況下，重點優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，做到重點突出，與時俱進。在“軋制工藝?yán)碚摗狈矫嬷攸c講述軋制過程的前滑和后滑以及軋制過程的寬展等內(nèi)容，讓學(xué)生們對簡單軋制的基本理論進行重點掌握。教科書上編寫的順序中是先講述寬展的內(nèi)容后講述前滑，而在實際的教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)先介紹前滑及后滑的內(nèi)容，對于理解寬展的變化及影響因素更有幫助，因此在實際教學(xué)中將軋制的前滑和后滑安排在寬展前面進行介紹。在軋制壓力計算方面大膽刪減掉以前教學(xué)過程中冗長的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。以前的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程涉及到微分及模型設(shè)立等，不僅占據(jù)了課時，而且整個推導(dǎo)過程也比較長，教學(xué)效果并不理想。因此在教學(xué)過程中簡化了推導(dǎo)過程，直接從公式講解開始，由淺入深，介紹各個物理量的計算方法和影響因素，這樣做改變了學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度太大、教學(xué)內(nèi)容乏味的狀態(tài)。教師在講清推導(dǎo)的基本思路和所用到數(shù)學(xué)公式基本原理的前提下，結(jié)合實際軋制壓力的計算讓學(xué)生們更好的掌握了軋制壓力公式的物理意義和如何應(yīng)用。在軋制工藝基礎(chǔ)內(nèi)容里面適當(dāng)減少了材料學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的介紹，如過燒及過熱和金屬材料的物理性能等方面的介紹，同時增加了部分自學(xué)的內(nèi)容，一方面避免了與《材料科學(xué)基礎(chǔ)》及《金屬材料學(xué)》等課程重復(fù)的內(nèi)容，另一方面節(jié)省了課時，促進學(xué)生獨立思考，鍛煉了他們分析問題、解決問題的能力。另外在講述熱軋與冷軋工藝內(nèi)容時，我們根據(jù)當(dāng)今鋼鐵材料板帶材發(fā)展和研究的主要方向，同時也結(jié)合學(xué)生將來就業(yè)的大方向，對教學(xué)內(nèi)容進行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，結(jié)合近年來教研室相關(guān)教師的科研成果對部分和本學(xué)科特色及同學(xué)就業(yè)相關(guān)性比較多的內(nèi)容進行重點的介紹。為了讓學(xué)生更好的了解我國目前最大的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)寶鋼的板帶材生產(chǎn)工藝，我們還邀請了該企業(yè)知名技術(shù)專家做相應(yīng)材料的生產(chǎn)及應(yīng)用介紹，通過現(xiàn)場工程師結(jié)合實際生產(chǎn)的介紹，讓學(xué)生更多地了解企業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀和未來的技術(shù)需求，更加明確自己的努力方向，豐富了教學(xué)的信息量和多樣性，從多角度實現(xiàn)了“卓越工程師”的培養(yǎng)目標(biāo)。

二、教學(xué)方法的改革

由于《金屬塑性成型工藝》內(nèi)容多，包括軋制理論，也涵蓋軋制工藝和鍛造工藝，其中軋制理論方面所涉及的咬入條件及改善措施、摩擦條件對寬展和前滑的影響等內(nèi)容，如果只是憑借課堂單一講授的方式，學(xué)生對抽象的內(nèi)容只是機械的記憶，而不能很好的領(lǐng)悟其中的規(guī)律和道理。因此，為了增加學(xué)生們對這部分內(nèi)容的認(rèn)識和理解，我們在課程中安排了相關(guān)的實驗課程，通過具體實驗參數(shù)的設(shè)計和簡單的兩輥軋機的軋制實驗，讓學(xué)生親自動手參與實驗過程，針對不同的摩擦力進行咬入情況的實驗；也設(shè)計了很多影響前滑及后滑和寬展的實驗，比如軋制道次、軋件厚度及如何利用實驗方法計算前滑值的實驗。學(xué)生在分析和討論實驗結(jié)果的過程中可以將課堂學(xué)習(xí)到的理論知識進行有機的結(jié)合，從而加深了對軋制原理的理解，也有利于更好的學(xué)習(xí)軋制工藝課程。除了《金屬塑性成型工藝》本身安排的實驗課，金屬材料工程材料教研室也開設(shè)了其他相關(guān)的實驗課程，比如《金屬材料工程實驗三》當(dāng)中就有一些實驗內(nèi)容是配合這門課程展開的。比如，“鍛造計算機模擬”就是利用Deform有限元模擬軟件讓學(xué)生聯(lián)系如何模擬金屬材料的自由鍛過程，這部分內(nèi)容正好鞏固了鍛造工藝部分的原理，通過模擬結(jié)果，學(xué)生可以更深刻的理解到自由鍛不均勻變形的現(xiàn)象。另外，鍛造設(shè)備的發(fā)展非常的迅速，針對自由鍛造和模型鍛造用到的平鍛機、曲柄壓力機及螺旋壓力機等設(shè)備，利用動畫演示的方式進行講解，使深奧的機械原理轉(zhuǎn)化為動畫演示的形式，學(xué)生對這些復(fù)雜設(shè)備的工作原理有了深入的了解和視覺感應(yīng)，達到了很好的教學(xué)效果。比如多媒體動畫中對平鍛機兩個分模面的介紹非常的形象，相比以往利用粉筆在黑板上畫分模面不僅節(jié)約時間還更直觀。這門課程主要是針對大三學(xué)生開設(shè)的專業(yè)選修課，很多同學(xué)都沒有到相關(guān)工廠實習(xí)的經(jīng)驗，因此對于軋制和鍛造工藝方面的感性認(rèn)識和理性認(rèn)識都比較陌生，如果單純的靠教師在課堂上講，而和工程實踐聯(lián)系不大，學(xué)生一方面會覺得課程比較枯燥，另一方面覺得和自己相關(guān)性不多，教學(xué)的效果不會十分的理想。為此，我們在課程進行中聘請了具有豐富現(xiàn)場經(jīng)驗的技術(shù)專家為本科生授課，比如，在這個學(xué)期的教學(xué)中我們聘請了寶鋼冷軋車間的宋建新高級工程師。宋工曾任寶鋼股份冷軋場二廠廠長助理兼五冷軋項目組副理，他結(jié)合自身經(jīng)歷，講解寶鋼煉鐵—煉鋼—連鑄—軋制工藝流程，重點對寶鋼冷軋車間的酸洗工藝、軋制工藝、冷連軋工藝進行具體介紹，對冷軋機類型及各軋機的工藝特點進行詳細(xì)分析，對如何控制板形（包括傾斜支撐輥、利用彎輥、及中間輥的竄動）結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗進行重點介紹。宋工的講解通俗易懂、內(nèi)涵豐富，更加深了學(xué)生們對于軋制工藝的深層理解。實踐證明這些新的模式建立了良好的理論聯(lián)系實際的教學(xué)氛圍，達到了預(yù)期的教學(xué)效果。

三、教學(xué)手段的豐富

《金屬塑性成型工藝》課程中涉及到軋制及鍛造的多種方法及成型設(shè)備，如軋制、鍛造以及與之配套的復(fù)雜軋機設(shè)備及鍛造的變形工具，這些設(shè)備單靠口頭的講授是非常抽象的，工作的原理也不容易介紹明白；如果在黑板上繪制簡單的示意圖，學(xué)生會感覺到比較枯燥又耽誤有限的教學(xué)時間。因此，我們在課堂教學(xué)過程中充分收集和利用了多媒體教學(xué)手段，多渠道的搜集相關(guān)設(shè)備圖片、視頻及動畫插圖等，使學(xué)生在觀賞影片或者動畫過程中掌握所學(xué)的知識，更輕松的理解各個機械設(shè)備的工作原理。比如在介紹自由鍛造和模型鍛造以及胎模鍛造這部分內(nèi)容時，主要是先介紹了各種鍛造形式的概念，然后針對每一種鍛造形式為學(xué)生們播放了相關(guān)的視頻和錄像。學(xué)生們經(jīng)過對比，對不同鍛造形式之間的區(qū)別有了更加深刻的認(rèn)識，而且對自由鍛中的拔長、鐓粗等概念進行了提前的接觸，為更好的學(xué)習(xí)自由鍛造的相關(guān)工藝做好了良好的鋪墊。另外，多媒體教學(xué)手段的應(yīng)用也大大提高了教學(xué)的效率和進度，學(xué)生在有限的課堂教學(xué)中不再局限于忙于記筆記，有了更多的時間接觸更多的教學(xué)內(nèi)容。課后針對多媒體教學(xué)內(nèi)容也可以查閱相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資料，擴展一定的課外知識，對于提高自身的實踐性和知識性起到很大的幫助作用。

《金屬塑性成型工藝》是理論與工藝密切聯(lián)系的課程，實踐證明，目前的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式已經(jīng)取得一定的成效，教研室授課教師今后會根據(jù)新型材料及加工技術(shù)的快速發(fā)展，不斷的優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，努力培養(yǎng)出更多的卓越型復(fù)合材料人才。