以创新型人才培养为目标的金属工艺学课程教学改革研究

尚飞　曹丽英　孟可可

摘要：金属工艺学作为一门理论知识与实际生产结合紧密的综合性专业必修课程，承担着培养学生综合素质能力为后续工作打基础的重要作用。然而，目前的课程讲授中存在着课时紧张、理论与实践结合不够紧密、学生兴趣度不高以及课程考察相对刻板等问题，使得其与培养创新人才的目标渐行渐远。因此，该文从创新型人才培养角度出发，在教学方法、教学内容以及考察方式三个方面探索改革模式，发挥学生的主体地位，提高学生的参与度，引导其积极思考，最终提高学生创新意识与综合能力。

关键词：金属工艺学创新实践开放性工程教育

中图分类号：G642.0;TG-4  文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）03（a）-0000-00

Research on the Teaching Mode of Metal Technology Course Aiming at the Cultivation of Innovative Talents

SHANG Fei  CAO Liying  MENG Keke

（School of Mechanical Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou， Inner Mongolia Autonomous Region，014010China）

Abstract： Metal technology is a comprehensive professional compulsory course with close combination of theoretical knowledge and practical production. It plays an important role in cultivating students' comprehensive ability and laying the foundation for follow-up work.However， there are some problems in the current course， such as less class hours， insufficient combination of theory and practice， low students' interest and relatively rigid course investigation，which makes it far away from the goal of cultivating innovative talents.Therefore， this article explore the reform mode in three aspects： teaching methods， teaching contents and investigation methods from the perspective of innovative talent training， giving full play to students' dominant position， improve students' participation， and guide them to think actively. Finally， improve students' innovative consciousness and comprehensive ability.

Key Words： Metal technology; Innovate; Practice; Open; Engineering education

高等院校是貫彻国家自主创新战略、建设新型国家的重要力量，在建设创新型国家过程中担负着培养人才的重大责任，而随着国际形势的变化越来越体现出创新型人才的重要性，高校传统的人才培养模式越来越难以适应经济社会发展的需求，消除目前培养模式的弊端，注重学生综合素质培养，强调学生创新能力、实践能力的创新型人才培养模式才是高等教育的必然趋势，同时也符合工程教育认证培养目标的要求[1-3]。

创新型人才的培养不能单存依靠整体政策或是某个有针对性的课程的开设进行，需要将这种理念与思路灌输至每门课程的整个教学环节之中[4]。金属工艺学作为机械设计制造及其自动化专业的一门专业必修课，具有理论与实践结合度高、内容广泛、多学科融合、是后续学习与从事生产技术工作的基础等特点，在专业课程体系中占有着重要地位[5]。针对金属工艺学在教学过程中应更加重视综合素质的培养，通过课程的学习使学生获得合理有效的理论知识，学会分析、解决实际生产技术问题的方法，培养学生理论联系实际的学习理念及工程实践创新的意识，一方面提高学习质量和水平，更重要的是提升学生的综合素质能力，加强未来的社会工作竞争力[6-7]。但是目前课程无论从体系、内容设置、授课方式以及考核方法等方面都与目标存在着一定差距，因此为实现以培养创新型人才的目标需要对金属工艺学进行教学改革研究。

1 课程问题剖析

金属工艺学为机械设计制造及其自动化专业的一门专业必修课，是一门理论知识与实际生产结合紧密的综合性技术基础课程，其授课内容主要围绕着四类加工工艺（铸造、压力加工、焊接以及切削加工）进行讲授。整个课程存在以下几个方面的问题：

（1）内容丰富，授课课时紧张。课程所涉及的内容包含四大类加工工艺，同时对于每个加工类型又可能细化为不同的加工方法，整个加工工艺的讲授过程中包含有加工原理、工艺发展过程、加工方法特点分析、不同加工工艺与方法的类比分析以及结构工艺性分析等内容，加之部分前修课程授课间隔时间可能偏长，为保证课程的连贯性与整体性，需在课堂中加入简单对前修课程进行复习，占用了本就紧张的课时。上述条件最终决定了课程知识点更多地浮于表面难以深入讲解，阻碍了学生们进行理解性记忆。

（2）课程重理论轻实践，结合不够紧密。课程内容虽然围绕着几种具体的金属加工工艺展开，但是本应与所授内容紧密结合的金工实习更加注重实操过程，在实操过程中各工艺的重要环节与加工特点并未进行强调，因此在课程讲授过程中的呼应性不强，学生对操作过程中体现的理论知识印象并不深刻，加之学生缺少足够的工程实际经历，使得讲授过程中更多地停留于理论层面，与实践的结合部分偏少，对学生综合能力的提高帮助不大，未能很好地体现出本门课程理论联系实际的特点。

（3）内容陈旧，学生兴趣度不高。加工工艺并未随着加工技术的快速发展而同步更新（如粉末锻造、微塑性成形、磁脉冲加工、激光拼焊、化学铣切、智能加工等），所授内容与学生就业预期及实际存在一定的偏离情况，学生不认为或不愿意从事传统的加工工作，学生关注度与兴趣点与所授重点不相吻合，前沿性与创新性的缺失使得学生的学习积极性不高，阻碍了创新型人才的培养。

（4）课程考察相对刻板，课后作业主要以考察所学知识点为主，未能通过课后作业等形式充分调动学生查阅资料的意愿与探索创新领域的欲望，这与工程教育认证以及创新型人才培养的思路相悖，而考试题目均是对知识点的记忆性考查，缺少对学生问题分析等综合能力的考察。

因此，为满足创新型人才培养初衷并适应工程教育专业认证标准的要求，针对金属工艺学课程从教学方法、教学内容以及考察方式等方面做出改革，提高学生创新意识与综合能力。

2 教学方法的改革

2.1 问题引导

课程开始时提出一个与所学内容相关的问题，并在该部分内容讲授完成后由学生解答，由问题引导学生学习与知识点掌握，通过回答考核学生掌握情况并加深对知识点记忆，例如：在讲授砂型铸造内容之前提出能否使用金属型进行铸造，如果可以应选用什么样的金属材料，铸造过程中是否应采用辅助手段的问题。而若要在下课时回答该问题，需要对课程讲授过程中涉及的型砂特点（保温性好、透气性好、退让性好等）、铸型填充条件（导热系数影响、铸型温度影响等）、金属溶液的处理方法（除气处理、真空熔炼等）、铸件缺陷的产生（气孔、裂紋、浇不透等）等知识点掌握才能够完整的作答，因此通过问题引导的方式，能够更好地提高学生的注意力帮助学生更好地掌握知识点。

2.2 知识点串联

针对课程中知识点多而杂的特点采用知识点串联的方法辅助进行对比记忆，一方面加强学习效果，另一方面提高对比分析与归纳总结的能力，图1为针对不同加工方法特点的记忆主线，以此记忆主线可指导不同加工工艺的知识点记忆同时进行了对比与分析。

2.3 理论知识具象化

将相关理论知识对应具象化问题改善枯燥乏味的学习过程，同时便于学生对所学知识的理解与记忆，以下为几个知识点具象化的实际例子。

（1）针对教室内所涉及的金属物品进行加工类型分类，分类后分析不同设备采用工艺方法的原因，利用了该种工艺方法的哪些特点能否使用其他加工工艺进行替代，如将在教室的金属材料中选出了暖气片、管道、桌椅支架等物品为铸造工艺加工而成的，分析上述物品的特点得出其具有着性能要求较低、产品质量对产品功能的影响较小、产品尺寸较大且用量较多等特点，而在考虑经济性的前提下上述特点刚好符合铸造工艺特点，因此选用铸造工艺对上述物品进行加工是较为合适的，而该部分物品的加工工艺也可以更换为锻造、焊接、切削加工等不同的加工工艺，但是在加工过程中往往存在着成本高、加工不便、材料浪费等缺点。

（2）将加工硬化的原理等效于麻绳的编制，麻绳作为一种可以承载较大负荷的物品具有较好的强度，究其原因体现在三个方面①组成麻绳的材料为细长结构，与加工硬化原理中的晶粒沿变形方向伸长对应;②麻绳为多根麻拧在一起，与加工硬化原理中的晶格与晶粒发生扭曲产生内应力对应;③麻的表面粗糙，与加工硬化原理中晶粒间产生碎晶增大了摩擦系数所对应，正是基于这三方面原因使得麻绳具有较好的强度，也通过麻绳编制原理反映了加工硬化原理。

（3）将锻造等效为揉面，通过不断地揉捏使得面团均匀且将其中的气体排出，类比于锻造过程使得锻造产品性能与质量更好;将轧制等效为压面，轧制过程中对金属材料的温度控制等效于揉面过程中水量控制调整材料的可锻性[8]，另外轧制过程与压面过程一致的是材料沿运动方向纵向的延伸量远大于横向延伸量，即晶粒被拉长形成纤维组织提高了该方向的抗拉强度。

2.4 串联相关课程，理论与实践结合

将本课程所授理论知识与实践类课程紧密结合，实现理论知识与实际工艺的对应，如结合学生金工实习作品现场进行缺陷分析，如图2所示为学生所做的金工实习作品，从图2（a）所示的铸件中可以明显看到质量差、夹渣、气孔缺陷以及明显的披缝等问题，综合上述问题结合所讲理论内容来解释问题，同时对比不同学生的作品分析质量好的作品可能在哪些方面做出了调整影响了什么;针对图2（b）所示的作品中，根据结合加工痕迹讲述加工工艺特点并利用加工痕迹的情况讲述其与加工精度以及表面粗糙度之间的对应关系，并综合分析各种工艺的适用条件。另一方面，将生产实习过程中的相关资料与工程实际录像穿插于所授内容中，将实际加工过程中能够体现课程理论知识的环节作为教学部分，通过现场问答的形式促进学生理解与记忆。

3 教学内容的改革

针对当前所讲内容采用凝练重点、梳理关系、串联知识点的方法使得学生能够更好地把握重点快速记忆领会;在原有基础内容之外增加前沿技术与先进加工制造技术的发展介绍提升学生学习兴趣，并采用分组查阅的形式针对小组成员感兴趣的加工工艺或零件，组内分工形成简要的报告，并做成5分钟左右的汇报ppt在课上进行展示，一方面拓展了学生的知识面、提高学生的课堂参与度，另一方面也锻炼了学生的综合素质。在课堂中增加所授工艺在军工、航空航天等学生关注领域应用的适当介绍，收集学生所关心与感兴趣的内容，以老师讲解、学生补充、知识互动的方法提升学生学习兴趣与课堂参与度;同时将学生的就业趋势以及所处地区的产业优势与本门课程的结合程度做一定说明，提高学生的重视程度以及兴趣度，同时将近年与课程相关的科创比赛获奖作品介绍并鼓励同学积极参加，培养学生的创新意识和理论与实际结合能力。

另一方面，按照工程教育专业认证的要求，要重视学生的终身学习，这就强调了课程的学习应该是一个长时间的融会贯通过程，不能只在课程授课过程中实现对内容的学习，而是在任何条件具备的情况下都要继续进行持续性的学习工作，基于上述思想在生产实习的过程中应该进一步对金属工艺学进行强化学习，因此在生产实习中加入铸造、锻造、焊接、冲压现场演示与工艺讲座内容，用以丰富针对金属工艺学的学习内容，并真正地贯彻终身学习，构造合理的课程体系。

4 考察方式的改革

现有作业形式主要以知识点的考察为主，无法真正考查学生的掌握情况也无法实现通过课后作业达到对学生综合能力锻炼的目的，同时刻板的作业形式造成了抄袭现象明显的情况进一步弱化了课后作业在整门课程中所占的地位，针对课后作业部分的改革重点在注重开放性作业的布置，以“黑箱”模式给予学生更多的发挥空间，采用以结果引导过程的形式，即所有同学的最终目的一致由学生设计合适的过程内容，培养学生的综合能力，提出探索性问题，学生自由组合建立小组，通过预习、自学以及文献查阅的方法完成作业，并抽取小组进行简单讲述，不仅提升学生个人综合素质、弥补了现有本科生在资料查阅、问题提炼等方面的不足，更是锻炼交流沟通能力，适应创新型人才与工程教育认证中相应目标的培养，而该类作业的布置也很好地避免了作业抄袭情况的出现，更能够从作业反映出学生的知识掌握程度与投入度，做到合理考察与评价。在考试内容中为避免全部为记忆性考查的情况，在试题中增加对分析与知识点综合运用的主观试题，如设计并制造一个容积为10 m3的高压容器，并针对设计与制造的每一个环节做出简要说明，该题对多个知识点进行了综合性考查，同时在做题过程中必须要以一定的分析作为基础才能够解答，从设计过程就需要考查结构合理性设计、应力集中的避免、材料的选择、工艺性分析，而在加工过程中还需要考虑不同加工工艺的特点并结合容器的使用场合，选择合理的加工工艺并在该工艺的使用过程中遵循合理的方法，同时需制定相应的工序，整个考题涉及内容几乎涵盖了整个课程的授课内容，同时也避免了考试过程中作弊行为的出现，并且也可以通过该类考题一方面锻炼学生综合能力另一方面也是对学生综合素质的真实反映，避免了分数高低由记忆多少决定的不合理考察形式。

5 结语

在对金属工艺学课程改革过程中注重理论与实践相结合，将金属工艺学与工程材料学、金工实习、生产实习等知识有机地结合在一起，使得相关知识更加丰富具体，做到融会贯通;扩充了前沿金属加工工艺部分内容，注重讲授内容与实际以及未来发展的关联性，提高学生对本门课程的关注度与兴趣点，并将课程知识点、前沿科技以及科创活动相结合，培养学生的创新思想与意识;同时通过开放性作业与试卷的考察形式，培养学生资料查阅能力、逻辑思维能力、语言组织能力、问题挖掘与分析能力以及自学能力，提高学生的综合素质，通过课程的改革向最终实现创新型人才培养的目标更进一步。

参考文献

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基金项目：内蒙古科技大学教育教学改革研究项目（项目编号：JY2020043）。

作者简介：尚飞（1988—），男，博士，讲师，研究方向为金属塑性成形。

曹丽英（1980—），女，博士，教授，研究方向为农业机械。

孟可可（1986—），男，博士，高级工程师，研究方向为金属材料力学行为研究。