產學教融合下創新實踐訓練對大學生專業認知的提升與能力的培養

摘 要：粉末冶金是一門是實踐性很強的工科專業，高等院校的專業教學應該與工程實踐緊密關聯，同時教育信息化背景下對教學模式提出新的要求。“冶粉成金”大學生創新實踐團隊深入合肥波林新材料股份有限公司，以一種典型零件——粉末冶金含油軸套為研究對象，探究現代粉末冶金生產制造全工藝流程以及蘊含在其中的關鍵技術，設計并制作信息化視頻作品。基于產學教融合的實踐創新訓練促進了大學生對專業領域工程實踐層面的認知，并為粉末冶金專業教學貢獻自主設計的優質教學資源。

關鍵詞：粉末冶金;軸套;產學教;教學資源;教育信息化

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）27-0066-04

Abstract： Powder metallurgy is a highly practical engineering major. The professional teaching in colleges and universities should be closely related to engineering practice. And in the context of educational informatization， new requirements have been put forward for teaching models. The innovative practice team of undergraduates which named "turning powders into metal part" has gone to Hefei Bolin Advanced Materials Co.， Ltd， taking a typical component - powder metallurgy oil-bearing shaft sleeve as the research object， the whole manufacturing process of modern powder metallurgy and the key technologies contained in it have been explored， and the information technology video has been designed and been produced. The practical innovation contributed to the education of powder metallurgy major.

Keywords： Powder metallurgy; shaft sleeve; industry-learning-education; education resources; educational informatization

現代粉末冶金機械零件制品在向高密度、高強度以及高精度和復雜零件產品方向發展的同時，更加注重產品的功能性開發，同時配套的制造設備的自動化、數控化水平也得到了極大地提升。隨著制造產業增速發展，高綜合性能粉末冶金制品市場需求不斷擴大，對優秀的粉末冶金專業技術人才提出了旺盛的需求[1-3]。

材料專業的學生是現代粉末冶金專業技術人才的主要來源，專業人才的培養包括學科理論知識與專業實踐能力兩個方面[4]。但是相對滯后的實驗教學條件和信息化教育資源的缺乏，使得專業教學與工程實踐關聯度相對較低，走馬觀花式的專業實習環節不利于學生將專業理論知識形成工程實踐層面的認知，甚至影響了學生對粉末冶金專業技術的認同。

為培養適應創新型國家建設需要的高水平創新人才，教育部決定在“十二五”期間實施國家級大學生創新創業訓練計劃，各高等院校又自主設立了省級、校級大學生創新創業訓練計劃項目（以下簡稱“大創”項目），鼓勵大學生開展創新實踐活動。基于此，合肥工業大學材料學院幾位大學生組成了“冶粉成金”團隊，申報大創課題，走進現代粉末冶金企業、探究現代粉末冶金技術，開展產學融合的創新實踐。

一 思路框架

“大創”項目的總體思路是從專業的視角，以一種典型零件為研究對象，深入現代企業生產現場探究其制造過程，自主設計制作一套適合粉末冶金專業實踐教學的信息化資源。

團隊成員剛剛開始接觸專業理論課程和實驗課程，但具備一定的視頻制作技能，在老師的指導下，團隊成員以項目為牽引，明確目標，制定了思路框架圖，如圖1所示。

二 項目開展

（一） 加強專業課程學習和技能提升

在項目的牽引下，團隊成員有目標地學習專業理論課程，包括粉末冶金原理及工藝、粉體工程、粉末冶金材料學及其相關實驗課程，查閱相關文獻資料，擴充專業知識儲備。在學校的專業教學實驗室參加粉末流動性、松裝密度、堆垛特性和粒度等粉末特性檢測實驗操作，學習粉末混合、壓制、燒結過程、實驗設備的操作規范以及安全注意事項等等，并走進科研實驗室，跟隨研究生進一步學習。

項目的開展除了要具備扎實的專業知識，還需要發揮興趣特長，為此指導教師通過發送材料、機械制造等相關公眾號推文、視頻號資料等引導學生如何用工科專業視角制作專業視頻，同時團隊成員主動加強攝像、燈光、剪輯、配音等技能和實操鍛煉，并制作科普視頻參加比賽。

（二） 走進企業產學對照

工科專業大學生走進生產現場學習能夠更直接地促進對專業理論的理解和深入。合肥波林新材料股份有限公司（以下簡稱“波林公司”）是一家具有二十多年粉末冶金專業制造歷史的現代企業，也是合肥工業大學大學生的產學研基地。團隊成員走進粉末事業部，在工程師指導下最終選定一種典型代表性零件——粉末冶金軸套作為研究對象，如圖2所示，深入到研發、生產、檢測現場，開展一系列沉浸式的學習、觀察、討論和交流。對照所學、所看、所思，總結實驗室樣品制備與工業生產制備之間的異同，收獲頗豐。

1）工序流程：通過研讀技術文件和跟蹤生產全過程，了解到粉末冶金軸套生產流程主要有八個步驟：混料—壓制—燒結—熱處理—浸油—機加工—檢測—包裝出庫，對照在校理論和實驗室學習，加深對每一步工序的理解，構建了粉末冶金制品完整的工藝流程認知。

2）工藝細節：產品的品質是企業的核心競爭力，為提高和保證產品的品質，生產過程中隱藏著許多看似簡單的細節。例如混料后粉末要通過振動篩再收集，進一步控制粉末的粒度和均勻性;壓制后每一個壓坯都經過自動稱重檢測，同時操作工人還要隨機抽檢，監測自動稱重系統的可靠性;壓坯燒結入爐前先用高壓氣槍吹去表面附著的粉末及灰塵，在燒結過程中黏結在產品表面，確保燒結后坯體的外觀質量，等等。這些在生產現場觀察到的細節，課本上是沒有的，但對保證產品的質量起著不可或缺的作用，是生產和技術人員在長期的實踐中積累的寶貴經驗。

3）生產設備：粉末冶金生產中所用的設備均實現了自動或半自動操控，如大型雙錐型混料機由程序控制篩分、收集過程;全自動壓機完成自動喂料、壓制、脫模和傳輸;壓坯在網帶燒結爐中完成低溫脫脂、中溫升溫、高溫燒成和降溫出爐連續化過程;數控精加工生產線機械手精準地抓取零件等等。目前學校實驗室的手動混料、壓制、管式爐靜止燒結可以幫助學生了解原理，而工程應用中必須采用現代智能化控制手段實現裝備、設備調控的精準化、過程數字化及運行可靠化才能提升粉末冶金技術整體水平。

4）專業精神：在企業現場，大學生們近距離接觸到了研發工程師、車間工藝工程師、操作工人，還有管理人員，深切地感受到了為保證產品的高品質產出、生產安全和企業發展，每一位員工都表現出對工作全心投入的理念和精益求精的態度。這一點對于在校的大學生有很大的觸動，無論是平時實驗的操作還是分析檢測，唯有執著于過程，才能把控結果，生產如此、工作如此、學習亦如此。

（三） 粉末冶金軸套的創新設計

摩擦副零件的磨損是機械設備失效的主要原因之一。高性能粉末冶金摩擦副材料的研發受到了國內外的廣泛關注[5-6]。軸套是工程、建筑、農業機械和重工業設備（如挖掘機、起重機）的重要零部件，軸套必須具有高承載力、高耐磨性、良好的抗咬合性能，所以軸套類產品是由特殊材料和工藝制成的。

1 高銅成分設計

軸套的主要原料是鐵粉、銅粉、石墨和少量的添加劑，采用高銅配方，熱處理后鐵基基體形成回火馬氏體，材料的硬度和強度得到提高;Cu一部分固溶強化基體，另一部分以單質的形式存在，降低材料的脆性同時增加材料的韌性;軸套的壓饋強度（大于等于500 MPa）遠高于國家標準的380 MPa，產品在關鍵摩擦副零部件細分領域實現了國際領先[7]。

2 時效混粉工藝

粉料混合是粉末冶金制備產品的第一步，由于金屬粉末和石墨粉末的密度差異較大，采用的是一種創新混粉工藝——時效混粉，先讓黏結劑充分浸潤鐵粉，進行時效處理，有效降低石墨的偏析程度。

3 真空浸油工藝

粉末冶金軸套為含油材料，是波林公司軸套的關鍵、特色工序，采用的單體真空浸油設備擁有授權發明專利[8]。在負壓的條件下，潤滑油浸透軸套中所有的連通孔隙，材料內部均勻分散著以石墨為主的固體潤滑劑并經浸油處理后賦予軸套優異的耐磨減摩性能，完全替代了內壁設置潤滑油槽的軸套制品。

由此，學生們充分地認識到專業基礎理論和技術創新才是企業和和行業發展的源動力，粉末冶金技術的優勢不僅體現為成形層面，其在特殊結構材料制備和功能性制品開發方面已經成為現代粉末冶金的發展方向。

（四） 信息化資源設計與制作

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2021—2020年）》中明確提出“充分發揮現代信息化技術作用，促進優質教學資源共享”，其中知識類課件和素材類圖片與視頻是實驗室數字化學習的主要資源[9]，大創團隊試圖用專業的視角，設計制作一套粉末冶金典型零件生產全工藝流程信息化資源。

1 編寫腳本

腳本是視頻的拍攝大綱，圍繞著“冶粉成金”的過程，通過鏡頭記錄、展現粉末冶金軸套的生產制造過程。整個腳本分為片頭、混粉、成形、燒結、熱處理、真空浸油、精加工、檢測、包裝和W8XwrYcHQE1eMWnsay75Zg==片尾共十個主要場景。從原料庫房到成品包裝，從粉末到壓坯脫模，從入爐燒結到出爐，從燒結坯進入熱處理爐保溫淬火、清洗、回火再到精加工、檢測、激光打標，每一道工序都具體細化到每一個分鏡頭。編寫腳本的過程是梳理工藝要點、知識點的過程，團隊成員在這個過程中充分調動理論知識和實踐所得，研討完善，充分體現著團隊合作和探究精神。

2 與企業對接并采集素材

去企業生產現場跟蹤零件拍攝素材，涉及到零件是否在產，機位、角度的尋找，現場采光、生產安全、操作工人配合等諸多問題，在指導老師和企業的密切聯系和溝通后都獲得了有效的解決方案。作為一家現代粉末冶金專業企業，對于大學生的實踐學習的支持、理解和幫助也讓大學生們感受到了企業的社會擔當。

素材的采集全部實景拍攝，為了不影響生產并保證安全，在一名技術工程師的指導協調下，團隊成員輾轉于各個工序，盡可能地采集更多的場景和鏡頭。團隊成員各司其職，攝像、拍照、記錄，團隊合作精神得到了進一步激發。對于生產過程采用動靜結合的拍攝手法，既拍攝動態的生產過程，又拍攝靜態的生產設備以及產品，包括特寫鏡頭。動靜結合的手法既能詮釋車間的空間位次關系，又能流暢地展現生產線流程。

3 視頻設計制作

確定文案是視頻的首要工作，文案就是作品要重點表達和傳達的內容，文案要力求專業、簡潔、科學。接著視頻剪輯，包括字幕添加、音頻匹配校對及降噪、剪輯銜接等，用到的軟件主要有Adobe After Effects 2022、Adobe Premiere Pro 2022、剪映等，為了提升美學和藝術效果，采用蒙太奇手法，例如聲音導前轉場法，即后一鏡頭出現的聲音先于畫面，造成一種“先聲奪人”的心理效果，又如升格處理設備運動較快、肉眼難以觀察的鏡頭，使其以舒緩的節奏展現在眼前;使用專業視頻處理軟件制作文字轉場視覺特效，并由專業人員配音解說，專業設備提取純凈人聲，再配制字幕，如圖3、圖4所示。團隊成員同心戮力，不放過任何一個細節，反復調整完善，力求完美。

4 成片完善

初版視頻出片后提供給老師、同學和企業產品線工程師，獲取意見并仔細精心修改，力爭技術表達科學化，鏡頭表達藝術化。如由于在拍攝素材時同時使用了兩臺相機，存在不可避免的白平衡色差，使用DaVinci Resolve Studio軟件對其中一臺相機素材進行調節，使其與另一臺相機所拍攝的色彩更接近，力求視覺協調，如圖5所示，這一工作需要足夠的耐心和恒心，為此，團隊成員精益求精，發揮興趣愛好優勢，他們的創新潛力和動力獲得了最大程度的激發[10]。

5 資源應用

項目團隊制作的視頻在將文字、聲音、圖像等信息融合在一起的同時，更是融入了工科大學生的專業視角和專業理解，以最為直觀和高效的方式多維度地調動觀眾的感知能力和感觀沖擊，同時輕松愉快地獲取專業認知。視頻作為一種信息化教育學習資源通過課堂現場、雨課堂、企業專業實習等環節進行放映展示，必將豐富教學形式，提升教學效果。同時也可以作為培訓資源，提高企業新員工培訓效率，起到事半功倍的效果。

三 結束語

堅持以學生為中心，遵循“興趣驅動、自主實踐、重在過程”的原則，通過項目式訓練，強化創新創業能力訓練，培養適應創新型國家建設需要的高水平人才的大學生創新創業訓練計劃項目受到大學生的歡迎和關注。大學生思想活躍，自主學習能力強，愛好廣泛，尤其是對現代信息化、智能化技術和手段的接納程度高，以專業課程教學需求為選題，深入企業工程制造業現場開展產學教融合的創新實踐訓練，是實現大學生創新創業能力培養的有效途徑。

一方面，產學融合的大學生創新創業訓練的實施意義不僅僅是完成一個項目，更是縮短理論教學與工程實踐差距、提高工科大學生專業認知、認同的有效途徑。堅持技術創新對企業的生存發展有著重要、普遍的意義，大創團隊在波林公司研學時了解到企業的發展理念是“小而優、小而強”，感受到企業將基礎零部件產品做到極致的決心，技術創新需要理論基礎與工程基礎扎實的人才驅動，工科大學生正是未來的卓越工程師，只有掌握先進的“硬”技術，兼具有精益求精、追求卓越的“軟”精神，深耕專業領域，鉆研前沿技術，才能成為工程基礎厚、工作作風實、創業能力強，自覺服務國家的骨干與領軍人才。

另一方面，產學融合的大學生創新創業訓練也為教師提供了實踐平臺。2023年3月教育部等五部門印發了《普通高等教育學科專業設置調整優化改革方案》（以下簡稱《方案》），提出了教育要面向經濟主戰場、面向國家重大需求。教師在企業的支持下，帶領學生走進緊張有序的產品生產現場，以企業的典型產品和產品制造流程為真實教學案例，與企業研發工程師、現場工程師和操作人員進行交流、溝通、探討，與企業技術人員一起指導大學生展開實踐創新訓練項目，不僅大學生能夠學到真本領，教師也獲得了理論聯系實際、強化自身工程實踐知識的機會，專業素質和實踐教學能力也能夠得到很好的提升。《方案》提出應用型學科更強調產教融合，高校要積極主動適應經濟社會發展需要，深化學科專業供給側改革，全面提高人才自主培養質量。所以高校教師應緊跟產業發展趨勢和行業人才需求，自覺主動地把新技術、新工藝、新規范融入到教學中，激發大學生的創新力，更好地為辦出特色、辦出水平的專業提供有力的支撐。

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基金項目：安徽省高等學校質量工程教學研究項目“教育信息化背景下面向創新應用型人才培養的無機非金屬材料工程專業綜合實驗教學改革研究”（2021jyxm1193）;安徽省級大學生創新創業訓練計劃項目“冶粉成金——產教融合的粉末冶金全工藝流程信息化資源設計與制作”（S202210359030）

第一作者簡介：舒霞（1971-），女，漢族，安徽霍山人，博士，高級工程師。研究方向為納米功能材料、表面改性、分析檢測和實驗教學改革。