基于工程教育應用背景下材料成型及控制工程專業綜合實驗教學改革

張艷 張靜 秦亮 周瑞

摘? ?要：隨著國家的發展，需要越來越多的工程應用型人才，而綜合實驗是材料成型及控制工程專業實踐教學的重要環節，通過系統性的在綜合實驗中引入面向工程實際的選題，進行綜合設計及實驗，有助于培養學生的動手能力、創新能力和工程實踐能力。實踐教學是高等學校教學中重要的一環，材料成型及控制工程專業包含鑄、鍛、焊多種成型技術，是一門實踐性很強的專業，而實驗教學是實踐教學的重要組成部分，加強實驗教學，有助于學生將課堂上學到的理論與工程實際相聯系，對于培養學生的動手能力、創新能力、分析和解決問題的能力尤為重要。

關鍵詞：綜合實驗? 工程應用? 實踐教學

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0220-02

自2016年政府工作報告中，李克強總理提出“培育精益求精的工匠精神”以來，“工匠精神”成為普遍追求，單位的用人觀念也隨之發生轉變，隨著“一帶一路”、“供給側”結構性改革的持續推進，“中國制造2025”都將需要越來越多的具有工匠精神的技術人才，為了適應這一人才培養目標，需要在重視理論基礎教育的同時，強化學生的工程教育[1]。因此新形勢下的地方普通本科高校，應該調整自己的培養體系，為國家培養具有創新能力和工程實踐能力的高素質應用人才[2]。

1? 開設綜合實驗的目的與傳統實驗弊端

專業綜合實驗通常開設在第7學期，在這之前，學生已經進行基礎性及專業性的理論學習，此時進行綜合實驗，目的是使學生在對本專業各課程理論學習和必要的實驗技能訓練的基礎上，系統地運用所學專業知識和技能，綜合處理實際工作中可能遇到的問題，提高學生綜合應用所學知識和解決實際問題的能力;并且為學生開展畢業設計和金屬材料方面有關工作奠定基礎;同時可以拓展學生的知識面，培養與訓練學生的創新意識，培養和提高學生思考問題、解決問題和獨立工作的能力。然而，傳統該實驗課程的教學中仍以多個獨立的、基礎性的實驗構成，這些實驗雖然包含了從材料的制備成型、強化處理到測試分析等一系列的實驗項目，但是因各實驗項目間是相互獨立的，不具備真正意義上的綜合性[4]，學生只是在機械的重復老師做過的實驗，鍛煉的只是單個實驗的能力，沒有系統性，沒有自己的設計與思考，達不到這門課的培養目的和培養要求。

2? 系統性專業綜合實驗的實施

2.1 選題階段

學生經過三年的學習，已經掌握材料專業相關的理論知識，就鑄造方向為例，學生已經進行《金屬學原理》、《金屬凝固原理》、《鑄造工藝學》、《金屬熔鑄工藝學》等理論課知識的學習，理論知識已經具備，需要的是一個能將前幾年學習的各科理論知識給連貫起來的課題，這個課題應該體現鑄造方向特色，接近工程實際，應盡量具有創新性、實用性和趣味性的統一[5]，與其它課程及實踐環節既要緊密結合，又不能重復，要能體現綜合實驗的特點，學生在實驗中具有主導地位，學生能夠自主設計實驗、獨立實驗驗證并進行數據處理及分析，提高和培養學生的實驗興趣，為以后的畢業設計和工作崗位打好基礎，因此選題尤其重要。我校在選題上會根據各行各業中用到的基本零件，給出具體的零件圖。教師提出實驗目的和實驗要求，把學生分成5～6個一組，每組一個負責人，自由選擇不同零件圖，對其進行鑄造工藝設計，然后在此基礎上進行實驗驗證，最后進行綜合分析。從這個選題學生能夠得到系統性的訓練，既鞏固了自己以前的理論知識，將理論知識轉化為實踐成果，又提升了學生的實驗參與度，因能夠將自己親手設計的東西變為現實中的具體物件，極大的激發了學生的實驗熱情，積極性大大提高，學生開始能夠獨立的、系統的去思考問題、分析及解決問題，更接近以后的工作實際，從而達到學有所用的目的。

2.2 綜合設計階段

學生對感興趣的零件進行選題之后，根據教師的要求，學生進圖書館查閱相關圖書資料及文獻，確定鑄造工藝方案。仔細審查零件圖樣，分析零件的結構是否符合鑄造工藝性;在分析中如果發現結構設計不合理的地方，應就有關方面進行研究，在保證使用性能的前提下進行改進;當零件結構無法改進時，就需要考慮在工藝設計中采取措施防止缺陷的產生。選擇合適的造型造芯方法，確定澆注位置，選擇分型面。工藝方案確定之后，緊接著進行砂芯設計和鑄造工藝參數設計，然后設計澆注系統、冒口等，最后進行工裝設計。鑄造工藝設計完成之后，由教師組織各組答辯，對工藝設計的合理性給出點評，確定合理的方案。在整個設計環節，采用不同的工藝，對金屬成本、鑄件出品率、成品率等都有很大的影響，需要整組學生認真討論、溝通、協調和選擇，在這個過程中，既能夠充分調動學生運用前三年學過的知識去系統的科學思考，又能培養學生的團隊合作精神，在溝通的過程中，發現自己的不足和他人的長處。

2.3 實驗驗證階段

當鑄造工藝方案確定之后，學生可進實驗室進行實驗驗證。學生之前在《金屬熔鑄工藝學》中學習過金屬的熔煉及澆注，《鑄造設備及自動化》中學習過鑄造設備的使用，《造型材料》中學習過耐火材料、粘結劑及附加物的選擇、配比及混制，在《鑄造工藝學》中學習過鑄造工藝的選擇及鑄件缺陷產生的原因等等，之前這些課程的學習及實踐，為學生獨立進開放實驗室奠定了基礎。學生需要綜合之前做過的多個實驗，結合自己的工藝設計，綜合成一個整體的、系統性的實驗。首先需要進行金屬的熔煉，然后混砂造型、造芯，最后合箱澆注。整個實驗過程嚴格按照之前的鑄造工藝方案來進行。對清除澆冒口后的鑄件進行質量檢驗，包括鑄件的外觀、顯微組織及力學性能，并對實驗結果進行數據處理及分析。

2.4 實驗報告階段

結束實驗后，學生對實驗結果進行綜合分析，撰寫完整的專業綜合實驗報告。在實驗報告中，既要有完備翔實的數據分析，又要對實驗的整體結果進行評價，對不足的地方進行分析，提出解決方案。教師根據綜合實驗的整個實施過程進行考核，結合學生的實驗設計、實驗操作和實驗報告進行綜合總結，肯定成果，同時指出實驗中的薄弱環節，在以后的科研實踐中進行改進。

3? 結語

專業綜合實驗開設中自實施自主選題、獨立設計、系統實驗的過程以來，學生的積極性得到很大程度的提高，以往機械式、被動式的學習方式大大改變，學生主動參與到實驗中，培養了學生的獨立思考能力及創新能力。實驗選題面向工程實際，促進了本科應用型人才的培養質量，提高了學生的就業創業能力。

參考文獻

[1] 葉宏，麻彥龍.基于創新人才培養的材料專業實驗教學改革[J].中國現代教育裝備，2016，24（9）：104-106.

[2] 章曉波，巴志新，王章忠.基于綜合實驗周培養工程實踐能力的探索[J].中國電力教育，2014（14）：162-163.

[3] 馮義成，姜文勇，王麗萍，等.金屬材料工程“卓越工程師”試點專業綜合實驗教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2015（13）：244-245.

[4] 鮮廣，杜昊，趙海波，等.多學科技術有機結合的材料成形專業大型綜合實驗設計[J].實驗室研究與探索， 2019，38（4）：156-160.

[5] 趙芳霞，魏無際，丁毅，等.金屬材料工程專業綜合實驗教學的探索[J].鑄造設備研究，2005（3）：52-54.