《金屬材料成形工藝及設備》全息式教學改革

陳 辰

(鄭州大學材料科學與工程學院，河南 鄭州 450001)

《金屬材料成形工藝及設備》是金屬材料方向的專業課程之一，通過講解合金的鑄造、焊接、鍛造、軋制、拉拔等多種制備工藝方法、設備以及原理，使學生獲得對金屬材料成形這一領域的全面、系統、深入的認識。然而，在實際教學環節中，由于課程內容十分繁雜和零散，如通過傳統的方法進行講授很容易導致百科全書式的教學過程，例如在液態成形(鑄造)章節，需要講授多種鑄造方法(如砂型鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、熔模鑄造等)、鑄造工藝控制(如缺陷控制、表面合金化、砂型性能調控、鑄型的分型、澆冒口及澆道的設計等)、鑄造相關設備(如磁選設備、篩分設備、烘干設備、混砂設備、實砂設備等)以及相應原理(如鑄型常見缺陷形成原因、成形設備設計理念及相關機制、澆注系統設計原理等)，這些內容很難通過逐條講述的方式使得學生對整個知識體系有著系統的認識和深入的理解，得到的僅僅是通過死記硬背習得的離散的知識點，而難以進一步“學以致用”以靈活解決實際問題。為了解決上述問題，最佳思路是將大量的知識通過內在邏輯融合在一起，提煉出課程的核心框架，并在講解過程中理清所學知識之間的相關性，以及核心框架和細節內容之間的聯系，以便學生更好地掌控所學內容，實現對知識的有效利用，而“全息式教學”就是一種能夠實現上述思路的有效方法。“全息”，顧名思義為事物的部分內容蘊含著整體的全部信息，本質上反映的是事物的組成部分之間的相互聯系性[1,2]。對于內容零散繁雜的課程，通過“全息式教學”，能夠使學生更好地理解所學內容的內在邏輯，進而多快好省地掌握所學知識。筆者將以《金屬材料成形工藝及設備》的液態成型(鑄造)部分為例，從課前準備，課堂內容規劃，教學互動及課后鞏固幾個方面，探討“全息式教學”所需要的關鍵點以及相應措施，以期推動《金屬材料成形工藝及設備》的課程改革，提高教學質量，培養出更高專業水平的學生。

1 課前準備

由于《金屬材料成形工藝及設備》內容繁雜，同時學習周期較長，因此會導致學生在學習過程中難以抓住課程的主線以及各個知識點之間的關系。基于此，在課程開始前，需要將課程知識的核心內容及其相關性通過網狀圖進行歸納，并以此作為學生進行預習的依據。在制作網狀圖的過程中，需要梳理各個知識點間的因果關系以及層級關系，例如，由于課程章節設置往往會先講解鑄造所需要的砂型的基本特點、性能要求以及相關制備設備和工藝，再講解鑄造過程中砂型以及鑄件可能發生的變化，但是在因果關系上，正是由于砂型-金屬熔體界面在鑄造過程中可能會產生多種缺陷，因此才需要砂型在諸如強度、透氣性、熱導率、緊實度等方面具有某些特定的性能。所以，在網狀圖中需要強調這一關系，并且在將缺陷產生的主要原因作為鑄造界面作用的下一層級，與砂型的各種性能進行全面關聯，使學生在宏觀上理解這些知識點之間的邏輯關系。

2 課堂內容規劃

在教學實踐中，基于課前準備所提供的知識脈絡圖譜，在課堂內容規劃上可以不必拘泥于章節的順序，在特定的知識節點處巧妙地將后續待講的內容融入課堂教學之中。特別是一些包含多個章節內容的關鍵知識鏈條，例如型砂的含水量-砂型性能-凝固過程砂型受熱引發結構不均勻性-鑄件缺陷及改進這一鏈條，知識點零散地分布在多個章節，而由于學生在每一節課都會記憶大量的零散知識，可能會導致在完成課程之后，并不能很好地理解其內在原理。因此，在前文所述的網狀圖的引導下，在課堂學習過程中將后續知識簡明地加入，可以使學生在課堂上更好地理解和記憶相關知識并明晰其中的邏輯關系。同時，在同一鏈條上的知識點需要在教學過程中反復提及，并要求學生在知識脈絡圖譜上進行標注和記錄，以加深學生的印象，例如在講解砂型受熱后產生結構不均勻性時，需要帶領學生重新回憶型砂含水量與結合強度間的對應關系，并提及后續可能帶來的不利影響(如表面膨脹類缺陷等)。這樣就能夠使學生在不斷接收這種相關性知識的條件下獲得對本課程更好的認知，實現教學質量的提升。此外，在教學內容規劃上應引入多媒體技術等方式[3]，使學生能夠更加直觀地理解課堂內容。

3 教學互動

在教學過程中會遇到大量問題-解決型環節，而這些環節的講解往往需要統籌全局，聯系前后課程所學知識才能夠有好的教學效果。同時，這個環節如果能夠將全息式教學的思路融入，將會使學生得到更大的收獲。因此，在該環節，需要設計更好的互動方式，例如，在講解砂型的膨脹類缺陷時，可以先不提供解決方法，而是將其作為開放性問題對學生進行提問，引導其基于已學過的知識進行深入思考，同時在提示的過程中將知識鏈條中的關鍵性內容不斷提供給學生，不僅起到復習和預習的作用，同時幫助學生在思考的過程中建立好的思維習慣。通過反轉課堂[4,5]、知識問答等形式均可以實現上述教學互動。教學實踐顯示，利用這種方式，學生不僅可以通過分析獲得很好的解決方案，同時還能夠提出有創造性的想法，引發課堂上的活躍討論，而這種討論往往又與課程中的其他章節產生聯系，能夠進一步豐富知識脈絡圖譜的內容，加強了知識間的聯系。

4 課后鞏固

課后鞏固是實現本課程全息式教學的重要環節。由于課時的限制，許多內容往往無法得到更加深入的講解，因此在課后需要根據課堂講解的情況，為學生提供補充資料和開放性問題，同時在問題設計上需要使學生全面思考，結合所有知識點自行規劃其中的邏輯關系，并在補充資料的輔助下，得到問題的最終答案。這樣不僅補足了全息式教學的重要一環，同時可以使學生在整個學習過程中能夠從任一知識點聯想到所有章節的知識點，這樣也意味著將課堂知識學活學透，能夠在各種場合靈活地運用所學知識。

5 結 語

通過清晰地構畫知識脈絡，并且在教學過程中采用“全息”的思路進行內容的合理安排與講解，將核心內容及細節通過邏輯關系進行關聯，并在每一個知識點的講解中引出與其相關的內容，有助于學生對《金屬材料成形工藝及設備》這一課程進行更加深入和全面的理解，對教學質量的提升有明顯的促進作用，有益于金屬材料專業人才培養的順利進行。