《金属材料成形工艺及设备》全息式教学改革

陈 辰

(郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001)

《金属材料成形工艺及设备》是金属材料方向的专业课程之一，通过讲解合金的铸造、焊接、锻造、轧制、拉拔等多种制备工艺方法、设备以及原理，使学生获得对金属材料成形这一领域的全面、系统、深入的认识。然而，在实际教学环节中，由于课程内容十分繁杂和零散，如通过传统的方法进行讲授很容易导致百科全书式的教学过程，例如在液态成形(铸造)章节，需要讲授多种铸造方法(如砂型铸造、金属型铸造、离心铸造、消失模铸造、熔模铸造等)、铸造工艺控制(如缺陷控制、表面合金化、砂型性能调控、铸型的分型、浇冒口及浇道的设计等)、铸造相关设备(如磁选设备、筛分设备、烘干设备、混砂设备、实砂设备等)以及相应原理(如铸型常见缺陷形成原因、成形设备设计理念及相关机制、浇注系统设计原理等)，这些内容很难通过逐条讲述的方式使得学生对整个知识体系有着系统的认识和深入的理解，得到的仅仅是通过死记硬背习得的离散的知识点，而难以进一步“学以致用”以灵活解决实际问题。为了解决上述问题，最佳思路是将大量的知识通过内在逻辑融合在一起，提炼出课程的核心框架，并在讲解过程中理清所学知识之间的相关性，以及核心框架和细节内容之间的联系，以便学生更好地掌控所学内容，实现对知识的有效利用，而“全息式教学”就是一种能够实现上述思路的有效方法。“全息”，顾名思义为事物的部分内容蕴含着整体的全部信息，本质上反映的是事物的组成部分之间的相互联系性[1,2]。对于内容零散繁杂的课程，通过“全息式教学”，能够使学生更好地理解所学内容的内在逻辑，进而多快好省地掌握所学知识。笔者将以《金属材料成形工艺及设备》的液态成型(铸造)部分为例，从课前准备，课堂内容规划，教学互动及课后巩固几个方面，探讨“全息式教学”所需要的关键点以及相应措施，以期推动《金属材料成形工艺及设备》的课程改革，提高教学质量，培养出更高专业水平的学生。

1 课前准备

由于《金属材料成形工艺及设备》内容繁杂，同时学习周期较长，因此会导致学生在学习过程中难以抓住课程的主线以及各个知识点之间的关系。基于此，在课程开始前，需要将课程知识的核心内容及其相关性通过网状图进行归纳，并以此作为学生进行预习的依据。在制作网状图的过程中，需要梳理各个知识点间的因果关系以及层级关系，例如，由于课程章节设置往往会先讲解铸造所需要的砂型的基本特点、性能要求以及相关制备设备和工艺，再讲解铸造过程中砂型以及铸件可能发生的变化，但是在因果关系上，正是由于砂型-金属熔体界面在铸造过程中可能会产生多种缺陷，因此才需要砂型在诸如强度、透气性、热导率、紧实度等方面具有某些特定的性能。所以，在网状图中需要强调这一关系，并且在将缺陷产生的主要原因作为铸造界面作用的下一层级，与砂型的各种性能进行全面关联，使学生在宏观上理解这些知识点之间的逻辑关系。

2 课堂内容规划

在教学实践中，基于课前准备所提供的知识脉络图谱，在课堂内容规划上可以不必拘泥于章节的顺序，在特定的知识节点处巧妙地将后续待讲的内容融入课堂教学之中。特别是一些包含多个章节内容的关键知识链条，例如型砂的含水量-砂型性能-凝固过程砂型受热引发结构不均匀性-铸件缺陷及改进这一链条，知识点零散地分布在多个章节，而由于学生在每一节课都会记忆大量的零散知识，可能会导致在完成课程之后，并不能很好地理解其内在原理。因此，在前文所述的网状图的引导下，在课堂学习过程中将后续知识简明地加入，可以使学生在课堂上更好地理解和记忆相关知识并明晰其中的逻辑关系。同时，在同一链条上的知识点需要在教学过程中反复提及，并要求学生在知识脉络图谱上进行标注和记录，以加深学生的印象，例如在讲解砂型受热后产生结构不均匀性时，需要带领学生重新回忆型砂含水量与结合强度间的对应关系，并提及后续可能带来的不利影响(如表面膨胀类缺陷等)。这样就能够使学生在不断接收这种相关性知识的条件下获得对本课程更好的认知，实现教学质量的提升。此外，在教学内容规划上应引入多媒体技术等方式[3]，使学生能够更加直观地理解课堂内容。

3 教学互动

在教学过程中会遇到大量问题-解决型环节，而这些环节的讲解往往需要统筹全局，联系前后课程所学知识才能够有好的教学效果。同时，这个环节如果能够将全息式教学的思路融入，将会使学生得到更大的收获。因此，在该环节，需要设计更好的互动方式，例如，在讲解砂型的膨胀类缺陷时，可以先不提供解决方法，而是将其作为开放性问题对学生进行提问，引导其基于已学过的知识进行深入思考，同时在提示的过程中将知识链条中的关键性内容不断提供给学生，不仅起到复习和预习的作用，同时帮助学生在思考的过程中建立好的思维习惯。通过反转课堂[4,5]、知识问答等形式均可以实现上述教学互动。教学实践显示，利用这种方式，学生不仅可以通过分析获得很好的解决方案，同时还能够提出有创造性的想法，引发课堂上的活跃讨论，而这种讨论往往又与课程中的其他章节产生联系，能够进一步丰富知识脉络图谱的内容，加强了知识间的联系。

4 课后巩固

课后巩固是实现本课程全息式教学的重要环节。由于课时的限制，许多内容往往无法得到更加深入的讲解，因此在课后需要根据课堂讲解的情况，为学生提供补充资料和开放性问题，同时在问题设计上需要使学生全面思考，结合所有知识点自行规划其中的逻辑关系，并在补充资料的辅助下，得到问题的最终答案。这样不仅补足了全息式教学的重要一环，同时可以使学生在整个学习过程中能够从任一知识点联想到所有章节的知识点，这样也意味着将课堂知识学活学透，能够在各种场合灵活地运用所学知识。

5 结 语

通过清晰地构画知识脉络，并且在教学过程中采用“全息”的思路进行内容的合理安排与讲解，将核心内容及细节通过逻辑关系进行关联，并在每一个知识点的讲解中引出与其相关的内容，有助于学生对《金属材料成形工艺及设备》这一课程进行更加深入和全面的理解，对教学质量的提升有明显的促进作用，有益于金属材料专业人才培养的顺利进行。