《機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（一）》課程教學(xué)方法改革與創(chuàng)新研究

劉小琨　孫長青　郭維城

摘 要：本文對機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)必修課程《機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（一）》的教學(xué)方法進(jìn)行了改革創(chuàng)新嘗試，將工程力學(xué)與金屬工程材料的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系在一起，開設(shè)了金屬材料力學(xué)性能指標(biāo)測定綜合實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對金屬材料基本屬性的理解，提高對力學(xué)性能的感性認(rèn)識(shí)，增加學(xué)生的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力及綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決一些簡單工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；力學(xué)性能；工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；綜合實(shí)驗(yàn)

《機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（一）》是一門將金屬工程材料和工程力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)提出，集中在一起進(jìn)行教學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程，共24學(xué)時(shí)，計(jì)1學(xué)分。這門課程的教學(xué)方法過于傳統(tǒng)和單一，沒有把學(xué)科與學(xué)科之間的知識(shí)體系緊密聯(lián)系在一起。學(xué)生普遍重視理論而忽視實(shí)驗(yàn)，造成學(xué)生對金屬材料力學(xué)性能的理解不夠深刻，動(dòng)手實(shí)踐能力較弱。基于此，本文提出對《機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（一）》課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革與創(chuàng)新研究。該研究的特點(diǎn)是改變了傳統(tǒng)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)單獨(dú)教學(xué)的教學(xué)模式，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量與意義，注重培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程問題的能力。

一、《機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（一）》教學(xué)方法改革與創(chuàng)新內(nèi)容

本次改革的創(chuàng)新點(diǎn)是將工程力學(xué)與金屬工程材料這兩門學(xué)科的知識(shí)體系融為一體，開創(chuàng)了《金屬材料常用力學(xué)性能指標(biāo)測定分析綜合實(shí)驗(yàn)》，該實(shí)驗(yàn)完成了對常用金屬材料在不同熱處理方式下的四大重要力學(xué)性能指標(biāo)的測定及分析工作，全面的反應(yīng)了金屬材料的力學(xué)性能屬性。改革的具體內(nèi)容如下：

（一）試樣制備。在材料的選擇上，塑性材料選用工程中典型的碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼作為研究對象。碳鋼的牌號為：Q235鋼、45號鋼、T8鋼和T10鋼。脆性材料選用共晶白口鑄鐵為研究對象。試樣形狀分為兩種，一種是橫截面為圓形的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，另一種是橫截面為正方形的夏比沖擊試樣。實(shí)驗(yàn)時(shí)，以班級為單位，每個(gè)班級分發(fā)一組試樣，試樣的具體數(shù)量為：

拉伸試樣：Q235鋼×4；45號鋼×4；T8鋼×4；T10鋼×4；鑄鐵×1。

沖擊試樣：Q235鋼×4；45號鋼×4；T8鋼×4；T10鋼×4；鑄鐵×1。

為便于熱處理后區(qū)分試樣，實(shí)驗(yàn)前需用鋼銃在每個(gè)試樣上敲出對應(yīng)的鋼號，第一位數(shù)字代表碳鋼牌號，第二位數(shù)字代表熱處理狀態(tài)。如，試樣編號11代表Q235鋼進(jìn)行退火處理。

（二）制定熱處理工藝方案。熱處理工藝方案制定中有三個(gè)重要工藝參數(shù)分別是：加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式。其中試樣淬火、退火加熱溫度需根據(jù)其含碳量并結(jié)合鐵碳合金相圖進(jìn)行確定。淬火試樣的加熱與保溫總時(shí)間需根據(jù)試樣的含碳量及外形尺寸確定。回火試樣采用高溫回火，溫度為，保溫時(shí)間為40分鐘。冷卻方式，本次綜合實(shí)驗(yàn)均采用入水快冷的冷卻方式。退火試樣與淬火、回火試樣一同進(jìn)行加熱與保溫，當(dāng)?shù)竭_(dá)保溫時(shí)間后，將淬火與回火試樣迅速從爐中取出，然后將電阻爐斷電，讓退火試樣隨爐緩冷至室溫。由于原始試樣即為正火狀態(tài)試樣，故不必考慮其熱處理工藝參數(shù)。

（三）力學(xué)性能指標(biāo)測定。實(shí)驗(yàn)中用拉伸試樣測定材料的強(qiáng)度和塑性指標(biāo)，用沖擊式樣測定材料的硬度和韌性指標(biāo)。首先需測定不同材料在正火狀態(tài)下的強(qiáng)度、布氏硬度、洛氏硬度、塑性及韌性。然后將試樣進(jìn)行退火、淬火及回火處理，再測定其對應(yīng)的力學(xué)性能。其中，在測定拉伸試樣力學(xué)性能時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)問題，一是要選擇上下夾持兩端同心度較好的試驗(yàn)機(jī)完成拉伸實(shí)驗(yàn)，二是在測定塑性指標(biāo)斷后伸長率時(shí)，要采用國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的移位法進(jìn)行測量和計(jì)算，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)。

（四）繪制材料力學(xué)性能指標(biāo)變化趨勢圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需繪制出同一材料在不同熱處理狀態(tài)下力學(xué)性能指標(biāo)變化圖，和不同含碳量的碳鋼在不同熱處理狀態(tài)下力學(xué)性能指標(biāo)變化圖。以不同含碳量的碳鋼在退火狀態(tài)下為例，其力學(xué)性能指標(biāo)變化圖如圖1所示。

通過所繪制的曲線圖，學(xué)生可以深刻的理解金屬材料隨含碳量及熱處理方式的不同其力學(xué)性能的變化情況。

二、總結(jié)

本次教學(xué)改革與創(chuàng)新研究取得了較大的成效，體現(xiàn)為兩個(gè)方面：

第一，使理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)可以清楚的感受到塑性材料與脆性材料力學(xué)性能的特點(diǎn)及碳素鋼隨含碳量、熱處理方式的不同其力學(xué)性能的差異，對金屬材料力學(xué)屬性產(chǎn)生很好的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生能夠合理選擇金屬材料解決工程實(shí)際問題的能力。

第二，使師生之間交流得到加強(qiáng)，全體學(xué)生通過互相溝通、交流、討論、配合，共同參與完成實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)了學(xué)生的凝聚力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，使學(xué)生的動(dòng)手能力、對任務(wù)綜合的分析能力、和團(tuán)隊(duì)合作能力得到充分鍛煉。

參考文獻(xiàn)：

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