材料成型专业“铸型材料基础”课程教学改革与实践

李保家　王雷刚　徐桂芳

摘要：高校课程教学改革直接关系着人才培养的质量。本文以材料成型专业“铸型材料基础”课程教学为例，在分析课程教学特点、目标及存在问题的基础上，系统总结了近几年来多方面开展教学研究和教学实践的成果，如对教学内容进行合理优化，运用启发式、探究式、对比式和习题讨论式等多种有效教学方法，从成绩构成和考试题型方面进行考核方式的调整。实践表明，这些改革可充分激发学生学习的兴趣，有效降低学生学习的难度，锻炼学生的综合能力和素质，从而在一定程度上提高教学质量。

关键词：铸型材料基础；教学研究；教学实践；有效教学方法

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-1580（2017）02-0114-05

“铸型材料基础”是我校材料科学与工程学院和京江学院为材料成型及控制工程专业四年级本科生开设的一门专业选修课程。众所周知，铸造是材料成型的主要方法之一，是机械行业最基礎的产业，而铸型材料又是铸造工艺中最基础的内容。因此，对材料成型专业的学生来说，努力学好“铸型材料基础”课程、增加相关知识储备显得尤为重要。近几年来，在“铸型材料基础”课程的教学过程中，笔者以学生为主体，以多媒体教学为手段，配合本科教学改革工作，进行了一系列教学理念和方法的探索和实践。本文将系统总结该课程在教学内容、教学方法和考核方式等方面的研究和实践，从而达到及时吸取教学经验、巩固教学成效的目的，为传统教学模式的改革和有效教学方法的引进奠定一定的基础。

一、课程教学特点、目标及存在的问题

对“铸型材料基础”课程的讲授和学习应特别注意理论联系实际。为此，在实际教学安排中除了课堂授课外，还设置了专门的实验教学环节。教材采用李远才编写的《铸型材料基础》一书。通过对本课程的学习，要使学生了解铸型材料的类别、特点和发展趋势，熟悉铸造用硅砂的基本性质和性能、技术指标以及预处理方法，掌握典型黏土黏结剂砂、无机化学黏结剂砂和有机化学黏结剂砂的原材料及其配方、性能、制备工艺以及常见铸造缺陷的产生机理和防止措施。

值得注意的是，该课程的内容涉及到硅酸盐学、矿物学、陶瓷学、无机化学、高分子材料、有机合成、精细化工和铸造工艺等诸多学科，远远超出了单纯铸造专业的知识范围，是多学科结合的产物，理论性和实践性较强，需要学习者具有较宽的知识面和扎实的理论基础。其次，课程主要内容是以造型和制芯工艺的不同为依据进行分类介绍，如黏土黏结剂砂分为湿型砂、干型砂和表干型砂，有机化学黏结剂砂分为热硬砂（包括覆膜砂、热芯盒法砂和冷芯盒法砂）、自硬砂和气硬砂，不同类型的工艺中铸型材料的选用、配方等也完全不同，知识点分散，难以把握重点。此外，教学内容的安排上偏重于理论知识的讲解，较少有具体实例，而实验教学环节则主要针对个别的造型工艺进行实际操作和观察，使学生的整体感性认识较为缺乏，对理论知识的理解和掌握也有较大难度。以上这些可能是造成学生对本课程学习兴趣不强、学习效果差的根本原因。近5年来，对江苏大学京江学院材料成型专业的145名学生进行了“铸型材料基础”课程学习难度和兴趣的调查，结果显示，认为课程学习困难的学生占55.17%，对课程学习不感兴趣的学生比例高达75.86%，如图1所示。

因此，为了充分调动学生对本课程学习的兴趣，有效降低学生学习的难度，帮助学生巩固和加强对本课程理论知识的认识和理解，对现有教学内容和模式的改革刻不容缓。在近几年来本课程的教学中，笔者针对上述问题，就教学内容优化、教学手段改进、考核方式调整等方面一直在进行一些有益的教学研究和教学实践，取得了初步的效果。

二、课程教学内容优化

要充分调动学生学习的兴趣和积极性，使他们由被动学习、被动接受转变为主动学习、主动思考，首先必须要有实用性和趣味性强、特色鲜明、重点突出的教学内容。“铸型材料基础”课程具有理论与实践紧密结合的特点，如果和其他基础理论课程一样只注重对教材中理论知识内容照本宣科式的讲授，而忽视结合实际问题或实例进行深入的探讨和剖析，就难以获得理想的教学效果，学生对知识的运用能力和实践能力也难以得到充分的锻炼。另一方面，单纯就课程的核心教学内容来说，其涉及面非常广泛，知识点较为分散，铸型材料的类型及规格很多，且应用于多种不同的造型和制芯工艺，工艺条件不同，对铸型材料成分、配比和性能的要求也大不相同，如果简单地按照教材提纲讲解，不仅会很枯燥，而且很难抓住重点。为此，经过几年的教学研究和实践，以教材内容为基础，结合专业培养需要和课程特色，对本课程的教学内容进行了系统梳理和优化。总的来说，主要包括以下几个方面：

（一）突出重点内容，提高效率

由于课程内容很多，而课时又很有限，因此教学时应当将每一章节中基础性的内容和学生难于理解的部分作为重点讲解，以便提高讲授和学习的效率。例如，第一章绪论中将“砂芯的分级”、“砂芯黏结剂的分类与选用”作为重点，第二章型（芯）砂用骨干耐火材料中确定“铸造用硅砂的性能”和“原砂的预处理”为重点内容。讲解时的侧重更容易集中学生的注意力，使学生获得深刻印象，能很快抓住学习的重心，达到事半功倍的效果。

（二）强调理论基础，促进理解

课程中理论基础部分往往是学生难于理解的内容，也是与相应造型工艺和质量控制直接相关的内容，不能弱化，而应当作为难点深入讲解。例如，第三章黏土黏结剂型（芯）砂中“黏土的结晶特征”作为理论基础部分，涉及到晶体结构理论，而且直接决定着普通黏土和膨润土不同的黏结机理、性能和应用场合，因此在教学中根据晶层结构和键合方式等进行化学式的推导和结构特点的剖析，帮助学生明确普通黏土和膨润土的结构和性能之间的区别和联系，使他们更加容易理解和融会贯通。

（三）适当增补内容，拓展思维

鉴于教材中有些重要内容遗漏或阐述不够透彻，导致教学内容组织上出现不连贯性，教学时思维容易受到局限，因此适当地增加补充了一些内容。例如，教材第四章无机化学黏结剂型（芯）砂中对钠水玻璃砂的硬化机理仅略有提及，学生难以抓住其本质，因此在教学内容上补充了“钠水玻璃中的平衡反应”，从化学反应和基团形成的角度进行讲解；第五章热硬树脂黏结剂型（芯）砂中对热塑性酚醛树脂黏结剂的性能一笔带过，学生对如何评价其性能感到很迷茫，因此在教学内容上增加了“酚醛树脂的主要宏观性能”，从定义、要求和测定方法方面向学生介绍酚醛树脂的聚合速度、软化点和流动性等性能评价指标。

（四）做好阶段总结，帮助记忆

由于每一章节包含的教学内容很多，课堂信息量大，容易导致学生一边学一边忘，因此采用阶段性总结的方法，帮助学生重复性记忆所学过的知识内容。具体来说，在多媒体课件上按照每一小节讲课的内容列出总结清单，每一阶段讲课结束时空出5分钟对清单进行总结说明，强调其中的重点和难点；下一阶段讲课开始时再用5分钟对前一阶段的讲课内容进行回顾，结合对重难点部分提问的方式来加强学生的记忆。

三、课堂教学方法改进

多媒体教学已成为一种常规的现代化教学手段，具有直观性、交互性、可重复性、针对性等特点。实践表明，通过多媒体课件授课既可以调动学生的学习兴趣，也能够提高课堂教学效率。自2008年以来，笔者根据教材和教学内容自行制作了“铸型材料基础”课程的多媒体课件，其后又经过了多次的修改、调整、补充和完善，力求使其外观精美，并具有较强的系统性、实用性、趣味性和针对性。在课堂教学上，充分发挥多媒体课件的优势，激发学生的学习热情，调动学生学习的主观能动性。例如，在进行第一章绪论的学习时，并没有直接按教材内容讲解砂型和砂芯的制造方法，而是先通过图片展示铸造生产车间的实际操作过程，帮助学生增强感性认识，也摆脱了单纯文字描述枯燥无味的感觉，极大地激发了学生的学习兴趣。以多媒体课件为道具，还必须采用合理的教学方法，才能獲得最佳的教学效果。这就需要在课前认真组织教案、规划授课方式。传统的讲授式教学方法虽然被普遍采用，但其“灌输”性容易使学生产生依赖心理，形成被动学习的习惯，因此还应适当配合一些其他的有效教学方法。近几年来笔者在有效教学方法的运用方面也进行过一些探索和实践，积累了一定的经验。

（一）启发式教学法

启发式教学是指根据教学目标和学习的客观规律，从学生的实际出发，采用多种方式，以启发学生的思维为核心，引导他们自觉地、积极地学习和思考的一种教学方法。它强调以“教师为主导，学生为主体”，由授课教师提出问题开始，这些问题以学生已有的经验或知识为基础，引发学生生疑和思考，最后教师根据学生的回答进行点拨讲解，以解除学生的疑惑。“铸型材料基础”课程内容虽然专业性强，但也是以物理、化学等理论为基础的，因此在课堂教学中需要教师为学生创设基于理论的启示性问题，引导学生运用所学知识和经验来分析问题，获得新知。例如，在第一章绪论中讲解“型砂的结构”时，引导学生结合物理学中毛细现象思考型砂具有的毛细管，多孔隙特色有何好处和不足，结合润湿理论考虑如何弥补其不足，并配合彩色示意图实时给予点拨；在第六章自硬冷芯盒树脂型（芯）砂中讲解“自硬呋喃树脂用催化剂”时，引导学生根据催化剂酸性的强弱判断其催化效果，根据催化剂与水亲和力的大小分析其适用范围。由于有已学知识或经验作为基础，因此在好奇心和求知欲的驱使下，学生学习和思考的积极性很容易被调动起来，思维能力也能得到充分的锻炼。

（二）探究式教学法

探究式教学也是始于问题，是指以学生独立自主学习或合作讨论为前提，围绕教学内容，在教师的启示诱导下，使学生能充分自由地表达、质疑、探究和讨论问题，从而将所学知识用于解决实际问题的一种教学方法。它同样重视学生的主体地位，强调亲身体验和合作探究，鼓励学生发散思维、大胆怀疑，从而找到解决问题的方法。探究式教学中的关键是如何设置问题情境，帮助学生主动投入教学活动，为学生进行自主探究学习做好准备。在本课程第三章黏土黏结剂型（芯）砂中介绍“黏土属型的鉴别方法”时，先列举生活中不同材料吸水性不同的实例，学生会很自然地提出“能否通过观察普通黏土和膨润土与水混合后的黏度差别来鉴别它们？”由此就引导他们进入了自学探究环节。在第四章无机化学黏结剂型（芯）砂中介绍“钠水玻璃胶凝时间的测定”时，先以化学中溶液配制为例说明加料顺序的重要性，引导学生自主思考“配制钠水玻璃与酸液的混合液时应当如何考虑加料顺序？”学生在进入自觉学习和探究的同时进一步加深了对前面学习的“钠水玻璃中的平衡反应”等理论知识的理解。适时采用这种探究式教学方法，可以很好地实现“以传授知识为主”向“以培养能力为主”的转变，使学生的自主学习能力、科学探究能力和创新能力均得到培养。

（三）对比式教学法

对比式教学是指潜移默化地引导学生将相近或相似的教学内容进行归纳和比较，使学生更好地理解和掌握各内容的共性和个性的一种教学方法。具体而言，它是将一些既有联系又有区别的教学内容放在一起进行对比分析，明确其中的相同和不同之处，使学生能将各部分内容关联起来，举一反三，达到自行理解和掌握所学知识的目的。对比式教学要求授课教师在知识的广度和深度上下功夫，以全面掌控课程的教学内容为前提来实现。笔者在教学内容优化和教学经验积累的基础上，将“铸型材料基础”课程中具有相似性和对比性的内容整理出来，在课堂教学时通过比较，加深学生对所学内容的印象，帮助他们抓住本质和重点，降低学生学习难度的同时还调动了学生学习的自觉性和主动性。例如，“紧实率”和“紧实度”都是黏土湿型砂的性能指标，字面上学生很容易混淆，但其含义和测定方法上有极大的不同，可以通过对比的方式来介绍；有机黏结剂中“热塑性酚醛树脂”和“热固性酚醛树脂”都是由甲醛和苯酚合成的，但其特性和应用场合完全不同，可以从合成条件和固化条件的区别上进行对比讲解；“胺自硬酚脲烷树脂砂工艺”和“酚脲烷/胺法工艺”采用相同的原材料，同属于冷芯盒法，硬化反应机理相似，但前者为自硬法，采用液态催化剂，而后者为气硬法，采用气雾态催化剂，因此在具体工艺方面又有较大的差别，可据此进行系统性的比较。总的来说，这种对比式教学法有效增强了学生学习的兴趣，帮助他们摆脱了面对新知识时的陌生感，提高了学习效率，使他们能在轻松的氛围中更牢固地掌握这些专业知识。

（四）习题讨论式教学法

习题讨论式教学与通常的主题讨论式教学有所区别，它是由教师将教学内容中各章节的重要知识点（包括基础理论、疑难问题等）精心设计成练习题，指导学生在独立思考的基础上，参与课堂讨论和解答，从而巩固所学知识的一种教学方法。习题讨论式教学具有系统性和针对性，在加深学生对所学知识内容理解和掌握的同时，能够真正提高他们分析问题和解决问题的能力。通过几年的教学实践，笔者在2013年根据“铸型材料基础”课程中各章节的教学内容精心设计了一套题库，包括了200余道不同类型的习题，涵盖了各个章节的重要知识点。在习题讨论时，根据课堂掌握情况和学生作业反馈，明确学生错误的共性问题后，从题库中精选部分针对性和关联性强的习题，供学生讨论和解答。例如，在讲解原砂颗粒组成的符号表示和平均细度计算时，学生普遍感觉文字表述枯燥且抽象，理解起来困难，在习题讨论时通过给出不同符号表示和平均细度计算的实例，将其趣味化和具体化，学生学习的自觉性和积极性大大提高，通过参与解答和讨论，既纠正了他们以前理解上的偏差，促进了他们对知识的理解、应用和扩展，还使他们的自学能力和独立思考能力得到了实际的锻炼。

四、课程考核方式调整

课程考核应当避免应试教育的倾向，不能偏离“以素质教育为核心”的目标。为了达到良好的教学效果，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展，顺应当前社会对人才素质的高要求，对课程考核方式的改革也不容忽视。在近几年的教学实践中，笔者对考核成绩构成、期末考试题型等方面进行了一些调整。考核成绩构成方面，除了平时考核（包括上课出勤率、课后作业）和期末考试外，还增加了实验考核，突出了对学生知识运用能力和动手能力培养的重视，也符合本课程“理论与实践相结合”的特点。期末考试题型方面，2013年以来以教案的完善和教学方法的改进（尤其是习题讨论课的增设）为依据，在原来只有简答题和分析论述题的基础上，增加了填空题、判断题和名词解释题三类题型，使考核的知识点覆盖面更广、分布更科学合理，更容易贯穿于整个教学过程中，学生也更乐于接受这样的题型。

近几年的教学实践证实，教学内容上的优化、教学方法上的改进以及考核方式上的调整确实带来了很好的教学效果。图2为对江苏大学京江学院材料成型专业的学生近5年来“铸型材料基础”课程考核成绩分布情况进行统计得到的结果。可以看到，2011-2015年考核成绩为良好和优秀的学生所占比例之和分别为31.82%、46.43%、50%、74.19%、58.83%，表明教学内容和教学模式的改革促进了学生学习的积极性，也一定程度上提高了教学质量。

五、结语

“授人以鱼不如授人以渔。”高校教育的目的是要把大学生培养成为全面发展的具有综合素质的创新型人才，而高校课堂教学质量直接影响着人才培养的质量。高校的每一位任课教师都应当在教学实践中通过各种途径激发学生的学习兴趣，优化课程教学内容，改革课堂教学方法和课程考核方式，从而真正培养学生的综合能力和素质。从这个意义上来说，“铸型材料基础”课程的教学改革也将是一个长期的过程，需要针对学生和课程的特点，不断研究和实践，及时总结经验教训，探索更科学有效的教学模式，提高教学质量，使学生在掌握专业知识的同时，自学能力、思维能力、实践能力和创新能力也能得到充分的锻炼。

[责任编辑：王辰]