金屬冶金工程材料制備技術教學改革與虛擬仿真實習創新

秦芳誠 李義兵 黃宏鋒 劉崇宇

【摘 要】分析了金屬冶金工程方向材料制備技術教學現狀及存在的問題，提出了教學內容與方法改革的關鍵措施，充分利用虛擬仿真平臺創新課程的教學與實習模式，以適應新工科建設的發展方向。

【關鍵詞】金屬冶金工程；教學改革；虛擬仿真；創新

中圖分類號： G642 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0119-001

【Abstract】The teaching statute and problems in materials preparation technology for metallurgical engineering are analyzed. The key measures in the reform of teaching contents and methods are introduced. Based on the virtual simulation， the modes in teaching and practice are innovated to meet the development of new engineering course.

【Key words】Metallic metallurgical engineering； Teaching reform； Virtual simulation； Innovation

全面深化教育改革向素質教育推進、發展，逐漸形成了以就業為導向、以學生為中心、以創新能力為本位的教學理念[1]。而教學理念和教學模式的新穎程度是目前眾多具有服務地方區域經濟發展特色的高等工科院校在專業課教學過程中需要加以重視的核心問題，亟待探索解決傳統、單一教學模式和方法的新舉措。因此，針對金屬冶金工程方向材料制備技術的性質、特點與重要地位，分析課程教學的現狀及存在的問題，結合我校新建立的虛擬仿真平臺，提出能夠切實改革教學內容、教學方法和手段的關鍵措施。

1 教學與實習現狀及存在的問題

材料制備技術是金屬冶金工程方向的一門專業基礎課，是使學生掌握基礎理論與專業技能，培養專門技術人才和創新型人才。該課程集理論、操作和應用于一體，涉及材料制備原理、設備及工藝等方面[2]。目前主要是單一課堂講授為主的靜態教學，學生處于被動接受狀態，創新思維和能力得不到訓練、提高。

材料制備技術所涉及的加工工藝流程繁雜，充斥著諸如難聞氣味的污染物、高危化學品等因素[3]。在工廠實習環節中為了學生安全考慮，原有的知識應用與實踐純粹變成了走馬觀花式的觀摩過程，學生只能看到整個工藝的簡單流程，無法近距離接觸到一些實際現象，也無法體會涉及的科學問題，制約了學生實踐能力和創新思維的提高。目前的教學方法與實習模式已不適應新形勢下的要求，改革與創新勢在必行。

2 教學改革的關鍵措施

2.1 改革課程內容的側重點

材料制備技術既涉及了物理和化學的知識，又涵蓋了冶金、鑄造、塑性變形、熱處理等材料科學知識，對授課教師的有效教學和學生的高效消化、吸收非常不利[2]。對于我校這類具有服務地方區域經濟發展特色的高等工科院校而言，應該結合廣西有色金屬資源冶煉、加工和產業化的區域優勢，課程改革要側重于有色金屬材料制備理論、方法和技術方面，突出鋁合金、鎂合金以及鋁基復合材料的冶煉、鑄造和深加工內容。課程內容核心要緊密圍繞在區內具有行業特色的南南鋁等大型企業的產業化應用周圍，應切實結合廠實際應用的工藝技術，講授一些新知識，解決一些新問題，達到促進行業長遠發展的目的。

2.2 改革教學方法

材料制備技術應適當去理論化，突出實踐性，追求主動性，開拓獨立思考的空間，形成以提高學生創新能力為本位的教學理念與方法。將3D動畫等多媒體技術融入傳統的授課方法中，交叉運用案例式、互動式、討論式等教學模式，著重解決教學重點、難點[3-4]。充分利用先進的計算機仿真技術，實現“互聯網+材料制備技術”。針對相對復雜的鑄造、塑性加工和熱處理，通過建模仿真模擬金屬構件的微觀組織演變規律，實現對組織、宏觀尺寸、工藝參數的優化，讓學生對課程知識加以深入理解、運用。

2.3 加強交流合作

為了突出學生的應用與實踐能力和創新思維，要形成以加強科研、學術交流改革教學的新思路。帶領學生參與有色金屬材料冶煉、鑄造、變形加工或熱處理等方面的科研項目，與授課教師或研究生交流合作，對涉及的知識運用加以深化。在實踐中對項目的知識內容進行提煉，申報“大學生創新創業訓練計劃項目”，對團隊合作、科學問題提煉、項目撰寫和答辯過程具有更深刻認識，激發對材料制備技術的學術熱情[2]。

3 虛擬仿真型創新實習模式

虛擬仿真型實習模式是指充分利用信息化的技術優勢，以三維立體造型和數值編程建模模擬實際加工工序，結合現有實驗室條件達到數值模擬+實驗驗證的實習目的。該模式應該貫穿在材料制備技術中，指導學生主動使用Python編程語言、MatLab編程軟件、ProE三維造型軟件，在Procast、Deform等虛擬仿真平臺上進行二次開發，完成課程中涉及的加工工藝，善于發掘、分析和解決問題。

在虛擬仿真后的實驗驗證環節，以我校金屬冶金材料加工專業為例，集成了鋁、鎂等有色金屬冶煉、鑄造、軋制、退火處理等實習環節所需的各類設備。在課程實習過程，讓6名學生為一組，對設備、工藝路線和工藝參數確定等完全交給學生自主完成。確立了大致的實習實驗方案：以5系Al-Mg鋁合金為例，經730℃冶煉后，在620℃澆鑄板坯，待冷至室溫后截取鑄坯試樣、均勻化和軋制試樣，鑄態板坯厚為10.3mm，425℃均勻化，保溫1h，425℃熱軋，熱軋7道次試樣厚為6.5mm，冷軋一道次厚為6mm，軋制速度為17r/min，然后截取樣品，分別在350℃和180℃進行退火處理，保溫1h。

通過學生虛擬仿真+自主型實習，對退火后的樣品進行再結晶和回復的探究，體現了學生對專業知識的運用。結合鑄坯、均勻化及退火微觀組織結果，逆向探究設備選型和工藝參數的設計是否合理。

4 總結

新形勢下新工科建設的發展對諸如材料制備技術等專業課程的教學與實習模式提出了更高要求，以適應實踐自主型、創新型人才的培養目標。通過對材料制備技術課程教學現狀、實習模式存在的問題進行分析，提出了改革課程內容的側重點與核心，提出了改革課程教學的方法，提出了應加強科研交流合作等關鍵改革措施；最后，指出了要充分利用虛擬仿真型平臺創新課程的教學與實習模式，形成以學生為中心的自主型實習模式，逐漸適應新工科建設的發展方向。

【參考文獻】

[1]王冰，齊錦剛，劉偉東.材料制備技術課程教學改革探討[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2010，12（4）：131-132.

[2]高建華.培養創新型人才的“材料制備科學與技術”課程教學內容與教學方法研究[J].科技文匯，2017，403：59-60.

[3]王春霞，姜艷麗，李義兵，等.冶金工程的虛擬仿真實踐教學平臺系統的研究與實踐[J].廣東化工，2016，43（4）：59-60.

[4]李義兵，喻亮，羅鯤.《有色金屬冶金學》課程教學改[J]. 科技視界，2015，26：24.