将大学生科技竞赛有效融入“金属工艺学”课程教学

潘义川 李贞顺

摘要“金属工艺学”是高等教育中一门重要的专业基础课，大学生科技竞赛在“金属工艺学”课程教学改革中是个很好的抓手。通过将课程教学任务和科技竞赛项目相结合，学业导师全程指导和学生社团自我管理相结合，从大一到大四相贯通，有利于满足工程教育认证、创新创业教育、课程思政和一流课程建设等对这一传统课程不断提出的新要求和新挑战。

关键词 工程教育；创新创业教育；课程思政；一流课程建设

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.12.036

“金屬工艺学”，或称“机械制造基础”“材料成形基础”等，是高等教育中一门重要的专业基础课，具有以下特点：①受众学生多，面向机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、机械工程、智能制造、车辆工程、能源与动力工程、汽车服务工程、工业设计等专业；②涵盖内容广，包括金属材料基础知识、热加工工艺、冷加工工艺，涉及零件的宏观形状和尺寸、材料的微观结构和力学性能等；③实践性强，要求学生具备工艺设计师的基本能力和素质，能够根据生产任务和生产条件制订合理的加工工艺，并具有一定的可行性和经济性。

1“金属工艺学”课程教学面临的挑战

高等教育的发展对“金属工艺学”这一传统课程不断提出新的要求和挑战，主要包括以下几个方面：

①工程教育认证基于“成果导向”理念，强化以学生为中心，培养解决复杂工程问题的能力[1]。要求明确课程目标、考核方式和考核标准，评价课程目标达成情况，并持续改进[2]。

②在“大众创业、万众创新”的时代背景下，构建创新创业教育课程体系，需要注重面向全体与分类施教相结合、通识教育与融入专业相结合、理论学习与强化实践相结合[3]。

③课程思政要求突出专业课程教学的育人导向，将德育与专业教学有机融合[4]。在行业背景、行业规范、实践视角以及自主思政强化等方面开展课程思政，形成贯穿始终的行业规范渗透方法[5]。

④一流课程建设要将提升高阶性、突出创新性、增加挑战度作为基本原则[6]，创建新型课堂结构、教学方式、教师教法和学生学法，引导学生思考工程材料在机械制造过程中的重要性和基础性[7]。

2大学生科技竞赛融入课程的方法

大学生科技竞赛，尤其是纳入“全国普通高校学科竞赛排行榜”的大学生科技竞赛，是课堂教学改革中一个很好的抓手。如果能够将其有效融入“金属工艺学”课程教学，则非常有利于解决以上挑战。主要融入方法包括“两结合、一贯通”：

2.1课程教学任务和科技竞赛项目相结合

如图1所示，全国大学生金相技能大赛、材料热处理创新创业大赛、铸造工艺设计赛等三项赛事专业性较强，分别与金属材料、热处理、铸造等课程教学任务密切相关。目前还没有与塑成形、焊接成形、切削加工等密切相关的赛事纳入排行榜，学校可根据自身情况组织校赛。通过以上比赛遴选种子项目，进一步优化培育，可参加更高级别的综合性竞赛，如挑战杯全国大学生竞赛、中国互联网+大学生创新创业大赛等，或申请省级、国家级大学生创新创业训练计划。

2.2学业导师全程指导和学生社团自我管理相结合

通过学业导师制，在教师和学生之间建立一种导学关系，融课堂内的理论教学、实践教学和课堂外的大学生科技竞赛指导为一体，进而延伸到关注学生从入学到毕业整个教育过程和学生的思想、学习、生活等各个教育环节。尊重学生个人兴趣，发挥学生个人专长，促进学生的个性发展和分类发展。

组建金工社团，以“学生科技社团+开放实验室”的运行模式培养学生的创新能力[8]。围绕大学生科技竞赛，将课堂内外的活动有机结合起来。加强社团骨干的选拔、培养工作，使社团活动在德才兼备的骨干成员的管理下保持活力，持续发展。以老生带新生，发挥传帮带作用，培养学生的团队意识和合作能力，最终实现自我教育、自我管理、自我服务。

2.3大一到大四相贯通

如表1所示，根据教学进程安排，有的竞赛可与课程授课同步进行，有的竞赛则可作为课程的延续，并于第7―8学期的课程设计、毕业设计等结合在一起，从而保持连续性，实现常态化。以一届学生，即4年为一周期进行评估评价，持续改进。

3大学生科技竞赛融入课程的成效——以金相技能大赛为例

金相技能大赛比赛样品分4种：纯铁、20钢、T10钢、球铁等。要求选手领取指定样品，并选取最多6张金相砂纸、1张抛光布及1支抛光膏，在30分钟内完成磨制、抛光、浸蚀、显微镜观察等工序，最终制备出供评委评分的样品。金相样品评分标准包括：①金相图像质量：要求组织正确清晰，无显微划痕，无假象；②样品表面质量：要求观察面平整，无污迹、坑点、宏观划痕；③操作规范。

将金相技能大赛与“金属工艺学”课程相结合，可在以下3个方面取得良好成效：

3.1使学生掌握金相制样方法和显微镜基本使用方法

金相技能是产品质量检验和材料研究开发中经常用到的一项重要技能。通过对以上4种样品的练习，可使学生掌握较硬材料和较软材料不同的制样方法，能够合理选择金相砂纸、抛光布和抛光膏的型号，合理分配磨光和抛光时间、粗抛和精抛时间，合理选择浸、滴、擦等腐蚀方法，准确分辨划痕、假象、污迹等制样缺陷，避免对金相组织的误判。

3.2使学生熟悉纯铁、20钢、T10钢、球铁的金相特点

3.3使学生理解Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图

Fe-C相图贯穿“金属工艺学”课程教学，是本课程的一条主线也是重点和难点。通过比较以上4种样品的金相特点，可引导学生深刻理解相图中所表达的金相组织随C含量变化的规律。从纯铁到20钢、T10钢、球铁，随C含量增加，金相组织从铁素体向珠光体、石墨转变。同时启发学生理解Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图的关系，理解钢和铁在成分、工艺、结构、性能等方面的本质区别，将抽象的问题具体化。

4大学生科技竞赛融入课程的成效——以铸造工艺设计赛为例

铸造工艺设计赛本科生组有4个题目：A球铁铸件、B铸钢件、C灰铁铸件、D铸铝件。参赛学生（个人或团队）在专业教师的指导下独立完成设计方案，设计内容和评分重点包括：对零件的理解与分析，选择造型、熔炼、浇铸方法，工艺设计（含工艺参数、浇冒口系统、砂芯、工装辅具等），设计优化（含三维造型、模拟计算验证等），编写工艺图、工艺卡等工艺文件，选择铸件清理、热处理、缺陷预防措施等。

将铸造工艺设计赛与“金属工艺学”课程相结合，可在以下3个方面取得良好成效：

4.1提高学生对零件图的读图和绘图能力

鑄造工艺设计的首要任务是理解和分析零件。通过读图想象零件的三维形状，明确加工表面的技术要求，结合零件的使用背景确定铸造工艺设计重点。完成铸件三维建模，并围绕设计重点构思设计方案。在该过程中，可促使学生将“金属工艺学”与“机械制图”“互换性原理与技术测量”等课程内容有效结合在一起，形成对铸件产品的全面认识。

4.2增加学生的铸造工艺设计经验

参赛的铸造工艺方案，要求尽可能地汇集零件铸造的全过程，具有一定的可使用性、可操作性和经济性，基本能用于生产实践中指导生产，使操作者按照这份工艺基本能够做出一个完整的铸件。在该过程中，可促使学生将“金属工艺学”与“金工实习”等课程内容有效结合在一起。在“金工实习”中学生以操作工的角色完成铸造生产过程，在“金属工艺学”中学生以工艺设计师的角色理解铸造工艺设计中需要解决的核心问题，能够提出多种解决方案，并判断各个方案的优缺点。

4.3加深学生对铸铁件、铸钢件和铸铝件的认识

铸铁件由于石墨化膨胀而收缩率较低，一般采用同时凝固的方式，避免设置过多冒口；铸钢件由于收缩率较大，为了避免缩松、缩松缺陷，需采用顺序凝固的方式；铸铝件要注意气孔缺陷。通过对4种铸件的比较，使学生能够针对不同的铸造合金，理解其可能出现的铸造缺陷，选择合理的铸造工艺设计方案

5结语

“两结合、一贯通”融入方法应与学校的实际情况相结合。竞赛项目不贪多，突出重点和亮点；参与学生不求全，通过骨干学生带动后进学生。将大学生科技竞赛有效融入“金属工艺学”课程教学，将获得一加一大于二的效果。

①将科技竞赛内容和评分标准纳入课程考核，实现“考”“赛”一体。使学生能够以工艺设计师的角色，初步具备零件加工方案的设计能力，并在与全国大学生的竞争中不断提高。

②使双创课程体系和专业课程体系相配合，提高项目落地率，完善创新创业平台，健全对本校教师和在校学生的激励机制，改进评价体系，为双创教育提供新的发展路径。

③从历年参赛经历中凝练生动的思政案例，让老生以亲身经历现身说法，宣传爱国主义、科学伦理和工匠精神，帮助学生在学习过程中增强获得感。实现教学过程从填鸭教学向互动教学转变，从封闭式向开放式转变。

④从历年参赛获奖项目中凝练典型的工程案例，实现教学资源从文字到图片再到数学模型的转变，从静态到动态的转变。紧跟“中国制造2025”国家战略和机械行业发展需求，探索传统工科课程转型升级的新思路。

基金项目：山东交通学院2021年度教学改革研究项目“立足交通行业的材料加工典型教学案例研究与实践”（2021XJYB15）。

参考文献

[1]张旭腾，康延领，唐文哲，等.针对解决复杂工程问题的大学生能力培养体系研究[J].项目管理技术，2021，19（7）：8-15.

[2]王永泉.工程教育专业认证“底线”问题的解析与释疑——从课程目标达成评价谈起[J].高等工程教育研究，2022（5）：50-56.

[3]韩靖雯.地方本科高校创新创业教育课程体系构建研究[J].创新创业理论研究与实践，2022，5（18）：75-78.

[4]杨猛，彭秋明，王利民，等.通识课的课程思政探索——以《神奇的金属微观世界》为例[J].云南化工，2022，49（11）：161-164.

[5]李泽朋，张小娟，张敬芳，等.物理实验“课程+行业”特色化课程思政实践[J].物理通报，2022（10）：78-81.

[6]王冰.工科类专业一流本科课程建设的思路[J].亚太教育， 2021（22）：82-84.

[7]胡雪，魏敏，葛云，等.工程材料线下一流课程建设实施探索[J].高教学刊，2022，8（4）：27-30.

[8]何杰军，罗勋，周念.借助“学生科技社团+开放实验室”模式培养大学生的创新能力[J].科教导刊，2022（22）：8-10.