浅谈材料成型技术基础案例教学的设计与实践论文
“材料成形技术基础”是机械工程及自动化专业在先修的“机械制图”、“机械制造基础”、“工程力学”等课程基础上开设的一门技术基础必修课程，旨在培养学生厚基础、宽方向、适应性强的基础理论和工程技术基础。该课程既要加强讲授材料成型基本理论，又要重视培养学生在掌握零部件毛坯成型方法和工艺、结构工艺性设计和毛坯选用方面的实践和创新能力。“材料成形技术基础”的课程内容具有较强的实践特点，以往的教学模式偏重于知识传授，对学生的工程和实践能力的培养重视程度不够。在教学方法上，主要采用知识灌输性的教学方式为主，对学生的自主学习、自主探究能力的培养不足;课堂教学过程中，学生被动学习现象较为突出，导致对本课程的学习兴趣不强、课堂教学过程欠活跃。采用案例教学有助于提高学生的学习热情和效率，加强师生互动，活跃课堂教学过程，发挥同学学习的主观能动性和积极性，对提高教学效果、培养学生解决工程问题和创新能力有明显的促进作用。本文采用空心和实心钢球作为案例教学实施对象，针对不同成型方法，开展了案例教学的设计，并在“材料成形技术基础”课程教学中进行实践，取得了良好的教学效果。
一、案例教学法特点
案例教学法是基于某个工程对象或案例，在教师的精心设计和指导下，通过学生自主学习、独立思考和分析、开展研究和讨论，实现有关的教学内容和教学目标，提高学生分析和解决问题能力的一种教学方法。
首先，案例教学具有直观、生动等特点，是一种动态的开放式的教学方式，师生之间互动交流，课堂教学具有活力，教与学也成为富有个性化的创造过程。其次，案例教学的教学目标发生变化，从“授之以鱼”变为“授之以渔”。针对具体工程案例，教师指导和学生自学，不仅使学生“学会”，而且使学生“会学”，传授知识与培养自学能力相结合。再次，案例教学中的角色变化，学生成了教学活动中的主体，改变了教师讲、学生听的传统的以教定学的教学模式，创造了学生主动参与、自主学习的新型学习模式。
实践证明，案例教学具有学习效率高的特点。学生在完成一个和他们的实际生活与学习密切相关而且比较有趣的“任务”时，会非常专心，乐此不疲，从而学习效率大幅提高，教学质量也相应提升。
二、“材料成形技术基础”课程案例教学设计
1.案例选择
“材料成形技术基础”课程的教学目标旨在培养学生材料成型的基础理论和工程技术，要求学生获得常用工程材料液态成型、塑性成型、焊接成型的工艺知识，提高学生运用所学知识，分析和解决工程问题的能力。
案例教学中案例选取和设计对教学效果非常关键，在选择实施案例时，应该考虑如下两个方面：选择的案例应为同学所熟知的，这样可以避免他们花费太多时间去理解零部件的结构，把主要精力用在知识学习和工艺设计方面;选择的案例要求覆盖的工艺内涵丰富，有足够的探究空间，学生可以根据自己的理解和对理论知识的掌握，选择不同的成型方法，实施创新性设计，并通过小组讨论的方式完善工艺方案设计。
基于以上原则和教学目标的要求，本文选取空心和实心钢球作为案例教学的工程对象，实施了金属材料的液态成型、塑性成型(锻造成形、板料冲压)和焊接成型案例设计和教学内容。铸造空心钢球作为液态成型案例，具有结构简单、成型方法多样、涉及工艺内容广泛等特点，适于开展案例教学。该案例教学内容要求学生了解钢的成型工艺性能，掌握分型面选择、浇注位置选择、型芯使用、浇口冒口设置、收缩率、公差和加工余量、工艺卡的制定、工装设计和铸件防护等工艺内容。
实心钢球为锻造成型案例，涵盖了自由锻和模锻两大基本锻造方法，学生对钢球也比较熟悉，适合案例教学。此案例要求学生掌握锻造毛坯结构的工艺性要求、金属材料的可锻性、常用锻造方法、坯料计算方法、加工余量、锻造比、锻造公差等工艺参数的含义及确定原则等内容，以及一般的锻造工艺流程。焊接空心钢球作为板料冲压和焊接成型案例，涉及板料冲压中分离和变形两工序，还涉及材料的焊接性能、焊缝布局和焊接顺序、焊接变形等基本工艺内容，工艺内涵丰富。该案例能够让学生体会和掌握冲压件结构的工艺性要求、常用冲压工序，排样和板料计算方法、焊接结构的工艺性要求、金属材料的焊接性能评价方法等内容。
.案例教学设计
案例教学的具体设计内容包括案例作业题目、任务布置、分组实施、课堂报告及讨论、教师点评和总结、学生完善报告、教师评分及反馈等七个方面。下面以空心钢球的铸造成型为例说明案例教学的设计。
(1)案例作业题目。案例教学题目应给出完成某项工作或工程的目标，并提出一些基本背景和条件等，针对铸造空心钢球对成型质量的要求不同，所考虑的工艺细节和所采用的成型方法也会不同，教师必须提出必要的工艺约束条件，使学生聚焦思考，但同时又不能约束得太多，限制他们的想象力。教学过程中规定材料为45号钢，直径为Φ200mm，壁厚为15mm。成型后，钢球表面光滑(允许打磨，但不允许实施补焊)，造型方法为砂型手工造型。
(2)任务布置。提出完成案例题目的有关要求，应包括技术要求和教学安排，如完成铸造空心钢球成型工艺设计可以采取任何工艺措施，但不能在球外表面进行补焊，可以打磨等;设计出铸造工艺方案，画出铸造工艺图，并制定工艺卡;学生自由组合成5人一组，确定组长，确定各自的任务和分工;案例教学的实施是在相应章节课堂讲授内容结束后进行的，学生已经掌握了一些基本的概念和方法，通过查阅资料，并运用所学铸造成形知识完成案例作业;时间为两周等。
(3)分组实施。学生利用课余时间，自学有关知识，查阅资料，充分思考和讨论，集思广益，组长把各位同学的研究成果汇总成案例报告。
(4)课堂报告及讨论。在课堂教学课时中专门安排1个学时，报告会由任课教师主持，请各小组组长采用PPT的方式报告各自完成的案例，教师对学生的报告内容及时提出质疑，要求本组或其他小组思考并回答质疑。
(5)教师点评及总结。任课老师根据各组的报告，积极肯定学生正确的报告内容，指出错误的概念、方法和工艺，从个别到一般，总结归纳出必要的理论知识和基本原理，特别是要总结出要求同学们自学掌握的一些知识点。
(6)学生完善报告。要求学生根据课堂讨论、教师点评和总结，对本小组的案例报告进行修改和完善，在规定的时间内将最终报告提交任课教师。
(7)教师评分及反馈。任课老师查阅学生提交的最终案例报告，给各个小组的报告评分并撰写简要评语，将评分和评语反馈给他们。
案例教学中，在说明案例题目和任务布置过程中，需要采用启发式的方式，预先提出案例的难点和问题，激发学生对案例题目的兴趣;实施过程要强调自学和查阅资料，鼓励在科学的基础上积极创新，鼓励学生借助计算机软件表达工艺思路、方法和设计，如采用Solidworks表达工艺思路、方法，以CAD绘出工艺设计图等。案例教学也对任课教师提出了较高的要求，如需要教师熟知专业知识，具有一定的工程能力、投入更多的时间等。
三、铸造空心钢球案例教学实践
1.案例作业题目及任务布置
以液态成型案例教学为例，总结案例教学实践内容。
案例作业题目为采用铸造成型的方法制备空心钢球，外径Φ200mm，壁厚15mm，造型方法为砂型手工造型，成型后，钢球表面光滑(允许打磨，但不允许实施补焊)。
该案例的教学目标是巩固课堂讲授的液态成型的有关理论和技术方法，学生以该案例为载体自学课堂上讲授枯燥、但又需要掌握的工艺方法、工艺参数、工艺规范和工艺卡等知识，加强对他们实践和工程能力的培养。在课堂教学完成了液态成型教授内容后，提出并布置该案例题目，强调在不采用任何焊接方法条件下，只采用液态成型方法制造出空心钢球的技术难点，以此激发同学们的思考热情和积极性，淡化材料种类、钢球尺寸大小等与案例教学目标关联不密切的内容，同时说明按照小组报告质量，同组成员获得同样成绩的`集体评分方法。
2.分组实施及撰写报告
案例教学实践表明，学生针对空心钢球的技术难点，以极大的热情积极思考，通过自学和查阅资料，分析讨论，能够准时完成教学案例报告。此外，在集体荣誉感的推动下，小组成员积极投入案例教学，提高了学习效率和效果，加强了团队协作能力的培养。
3.课堂报告、讨论及点评
铸造空心钢球是一个开放式案例作业题目，无标准答案，由此可激发学生的创新思考和尝试。教师在评定学生课堂报告时，要注意把握工艺方法和方案的合理性及可行性，工艺设计的技术经济效果，基本理论运用，技术内容以及工艺细节的规范性。为获得较好的教学效果，教师要加强课堂调控能力，及时并积极肯定学生细小的合理创新想法、方案和技术细节，最大限度地调动他们的案例教学学习热情，在此基础上对存在的问题提出质疑，鼓励同学们解答质疑，引导深入思考和学习，活跃课堂讨论，达到老师和学生之间互动的教学效果。
空心钢球铸造工艺方案之一是采用金属型芯和芯撑工艺措施，这两项工艺措施在教科书中是没有的，课堂教学也不讲授，但学生带着“如何形成空心”和“如何保证壁厚均匀”两个问题查阅资料，是可以找到类似的解决答案的。一旦有学生在报告中体现类似的方法，教师不仅要积极肯定他们的方案设计，还要充分肯定他们的自学能力和效果。如果同学们的报告中没有金属型芯和芯撑工艺措施，教师可以结合他们的报告内容，质疑如何做出空心和的定位和不足，了解自身的价值，激发学习兴趣。首先要拓宽交往的
渠道，丰富交流内容，建立公平对话和良好交往的平台。其次也要明确老师与学生各自的地位，强化主体的意识，让学生树立各自的职责意识。课堂中学生通过合作，既可以增进彼此的友谊，同时可以在竞争中成长。所以，在课堂的互动中，教师应注意自身角色以及教学观念的转变，学生也要从被动的接受者变为主动的参与者。老师要培养学生学会倾听、协作、分享和交往的技能，同时为学生之间提供信息相互交流的机会。教师适当的调控和引导将使课堂的互动获得很好的效果。
四、在考试方式上的改革
该课程作为一门专业基础课，注重学生的理论知识与实际操作的结合。只有熟练掌握相关温度测量技术的原理和数据处理的基本方法，才能在实际的实验操作和数据分析方面得心应手，从而达到学习的目的。在考试方式上，应注重提高学生的运用能力和实际解决问题的能力。经过多年的教学探索与实践，对该课程的考试方式进行了一系列改革，取得了满意的教学效果。
在考试方式上，打破了传统的单一试卷考试方式。因为试卷考试仅仅是考核和培养学生的模仿能力，而不能考核和培养学生的创新能力。
1.试卷题型选择
工科院校的考试主要是考查学生对所学知识的理解程度和掌握程度、解决问题的能力。该课程的考试试卷主要采取客观标准题(填空题、选择题、判断题)与主观应用题(证明题、计算题)组成的标准化试卷，计算题所占比重一般不低于40%。客观标准题主要测试学生理论知识的掌握程度，主观应用题则能更好地反映出学生分析问题、解决问题的能力。因此，该课程不必按照统一的标准化试卷要求进行组卷，反映学生分析问题、解决问题能力的主观应用题更符合统计学的教学目的。学生分析问题与解决问题能力的培养提高是循序渐进的，主观应用题的应答情况反映学生平时努力的结果。这也在一定程度上打消了部分学生考前一搏的念头，真正实现高分高能。
2.开卷与闭卷的选择
考试采用闭卷形式。该课程考核的是学生对基本知识和重点内容的掌握程度。由于开卷与闭卷的选择在一定程度上影响了学生的学习态度，学生在平时学习中较为重视闭卷考试的课程。基本知识闭卷考试，以填空题、简答题和证明题来考查学生对一些基本概念的理解与分析，计算绘图题考查学生对正交设计、回归分析的分析和计算，并将所学知识融会贯通。这样，更好地督促学生既掌握课程的知识点又能促使学生全面掌握所学内容，并使学生注重提高综合分析问题的能力，在考试方式上注重丰富题目类型，增加题目数量，提高试卷覆盖率。由于学生重视平时学习，日常教学与考试都取得了较为满意的效果。
3.考试内容的改革
本门课程采用闭卷、大作业和平时成绩相结合的方式进行考核。针对综合设计及学生综合素质能力的提高进行考试改革。大作业即综合设计部分(占总分的30%)针对材料加工中的温度测试与控制和实验方案设计等课程内容，在讲课环节陆续推出一些需要运用所学专业知识、计算机技术、电工电子技术、数据处理技术等进行设计、编程及综述等大作业或题目(10～15道左右，保证学生有较大的选择度及较为充裕的准备时间)。
同时，鼓励学生自由组合。该环节成绩评定时由团队指定1名学生为课题汇报人，采取PPT方式向其他同学进行汇报演示，时间为8分钟，然后回答老师和同学提问两分钟。团队成员按照主设计人、汇报人及一般设计人进行系数安排。例如团队成员为4人时分别为1、1、0.95和0.90，主设计人和汇报人为1人时系数分别为1、0.95、0.90和0.90。团队成员的排序由团队自行决定。这样学生按自己的特长和自身优势决定自己在团队的定位。平时成绩(占总分的10%)考查学生的到课率和教师的授课效果。这种考试模式既能考查学生的学习效果，又能促进学生个性的发展，有利于创造能力的培养，是适应素质教育的需要，因此本考试改革势在必行。
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