面向工程教育的金属工艺及机制基础教学改革研究

总结长期机械制造工艺实践的基础上形成的，研究制造金属零件工艺方法的综合性技术基础课，其内容涉及大量生产实践过程，其内容覆盖面广，介绍从事机械制造必不可少的知识和技能，课程涉及铸造、锻造、焊接、切削加工、特种加工的实质、特点、工艺过程和零件结构设计的工艺原则等，其应用性、实践性、综合性很强，工程特色明显，充分体现了学生分析问题解决问题的能力和利用自己掌握的知识解决工程问题的能力。《金属工艺及机制基础》课程不仅为后续专业课学习做准备，更重要的是为学生将来成为工程技术人员奠定坚实的基础。

由于课程授课时间短，只有42个学时，内容多而繁杂、广而不深，系统性差，推理性内容少、叙述性内容多，易懂难用，学生在学习时，感到头绪多、概念多，很难将各种加工方法有机的结合起来。

兴趣是学习最好的老师。教育心理学的观点认为：浓厚的学习兴趣是掌握科学知识的重要条件。兴趣是力求认识某种事物，从事某种活动的倾向。由于这种倾向，会使一个人的思想集中，自觉地去接受领会，而且还会进一步去分析判断，运用思维的能力去认识理解。

教师首先要培养和引发学生的学习兴趣，让学生认识到学习金工课的必要性。《金属工艺及机制基础》课程是机械类学生最先接触到的专业基础课程，此时学生对机械制造过程没有感性认识。在第一次授课时向学生提出汽车是如何制造出来的概念，引发学生的好奇和兴趣，然后讲解汽车主要零部件如何通过一些加工方法成形，从而让学生了解机械制造的一般过程和应用。用生动具体的实例让学生明白。作为一名未来的工程技术人员，将来从事的工作是离不开金属材料和各种热加工和冷加工方法的。如果不懂得金属材料的机械性能及常见的加工方法是不能胜任工作的。

在CDIO教育理念指导下，本课程从授课开始就引入工程实践概念，将实习工厂生产的产品和教师科研成果实例渗透到教学过程中，针对不同制造方法列举不同工程实例，增加学生对工程实践的感性认识和提升学生的知识结构。

2 根据课程特点，深化教学改革

课程改革从内容到形式都应坚持点、面结合，以培养学生发现问题和解决问题的能力为出发点，调动各种教学手段，活跃课堂气氛，增进趣味性，进而提高学生的思维能力和主动学习的积极性。

2.1 注重课程体系建设

基于CDIO的教学模式是一种注重课程之间有机联系的学习方式。在《金属工艺及机制基础》课程体系建设方面，坚持以理论知识为导向，以工程能力的培养为目标，注重理论教学与实践教学在时间和内容上有机结合，实现教学效果的提高。金工实习是《金属工艺及机制基础》课程的先修课和实践课，《金属工艺及机制基础》参与教学改革后，实践教学和理论教学安排在同一学期进行，1～5周金工实习，从第6周开始《金属工艺及机制基础》课程的教学，在理论教学之前安排金工实习，让学生首先有感性认识，便于知识的理解；在实习过程中老师针对后续授课内容让学生有重点的观察一些加工过程、加工工具、机床构造、机床运动形式，如龙门刨床、卧式镗床、立式车床等学生没有实习操作而设计授课内容的机床，为后续理论课程的教学奠定了很好的基础，避免了之前实践教学和理论教学不在同一学期而造成的学生对实践操作的遗忘。

根据《金属工艺及机制基础》课程各知识模块之间的关系，将授课内容按照“基础理论”、“加工方法”和“工艺方案”来构建，其课程体系如图1所示。

2.2 根据授课内容设计教学手段，激发学生参与意识

授课过程中，注意讲授与启发并重，摒弃课堂教学的注入式或填鸭式。在理解授课内容的基础上，抓注重点，突破关键，不是平铺直叙、照本宣科，而是不断提出问题和解决问题，激发学生的积极思维，将讲授法变成启发式、互动式、探究式的教学方法。“启发式”教学的核心就是对新阐述的问题有一个从提出问题、分析问题到解决问题的完整过程。授课过程中，尽量多采用有趣、直观、多样的方式进行启发式教学，多举生活、生产中的实例，不仅可以活跃课堂气氛，而且可以收到满意的教学效果。

教师首先以学生了解的典型代表引入加工方法，以提高学生的感性认识。然后针对容易混淆的概念，从某一具体问题出发，提出有待解释的现象，让学生根据已有知识和经验对该问题做出相应判断，然后老师再做出相应评判。例如，讲完刨削和插削加工方法后，会向学生提出问题：刨削是否能像插削一样在工件内部加工方孔，能在工件内部加工方孔的方法有哪些？在学生对问题讨论过后，教师从刨削和插削的运动形式和机床构造入手，启发学生对此问题的思考，从而最终做出正确的判断。讲完所有加工方法后，会向学生提出问题：有哪些热加工和冷加工方法能在工件内部加工弯孔？引导学生从不同加工方法工艺特点入手正确解决问题。通过这种互动式和启发式的教学和学习，让学生体会到了自己解决问题后的成就感，从而进一步激发学生的学习兴趣。

2.3 吸取行业最新成果，不断优化教学内容

随着制造技术日新月异，生产的发展和知识结构的不断更新，工业领域的新材料、新技术、新工艺不断涌现，使得《金属工艺及机制基础》课程的内容越来越丰富，必然带来教学内容改革。教学内容是教学的核心，在教授传统加工方法的同时，还需要让学生了解金属材料加工的先进工艺和相关制造技术学科前沿动态，丰富教学内容，实现知识的与时俱进。

在授课过程中，一些新技术、新工艺，如从数控加工发展到加工中心、集成制造系统，特种加工方法从电火花加工、超声波加工、激光加工到新发展起来的水射流加工，特种铸造方法从熔模铸造到消失模铸造，所有这些工艺方法都离不开电子技术和计算机技术以及相应交叉学科的新发展。这些全新的工艺方法虽然是以往人类所创造的工艺知识和手段的继承和发展，但是无法取代以往的工艺技术，让学生在传统的加工方法与先进加工技术的对比中，感受和理解科学技术的产生和发展过程，培养学生的科学精神和创新思维习惯。

2.4 结合工程教育背景，改革考核内容与方式

为了全面衡量学生掌握知识的程度，使其更注重于自主学习和分析解决实际问题的能力，在《金属工艺及机制基础》课程考核方式采取多节点方式进行，平时成绩（权重5%）、实验成绩（权重5%）、平时作业（权重5%）、综合作业与答辩（权重15%）、理论知识闭卷考试（权重70%）。学生的学习态度通过出勤情况即平时成绩和平时作业的考核实现，操作能力和对实验结果的分析总结能力通过实验成绩体现。

15分的综合作业以项目的形式在课程教学过程的中后期进行，2名同学以学习小组形式共同完成一个实习工厂钢筋调直机产品零件的生产工艺规程制定，与工程实践过程紧密的结合在一起。在作业完成过程中，学生需要根据金工实习经验，通过查阅资料、小组讨论等形式的主动学习判断该零件的合理生产工艺过程和具体工艺参数。为了客观的评价学生的学习效果，需要进行项目完成的现场答辩和评分，并对作业中的薄弱环节与学生共同探讨解决方案。学生在完成项目而充满成就感的同时，增强了继续探索问题的信心，激发了强烈的求知欲，也培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。通过这种方式，学生在提高自学能力和独立思考问题的能力基础上，提升了他们的综合分析能力和团队合作能力，也大大提高了学生对加工方法的灵活应用能力和对课堂教学参与的积极程度。

3 利用现代化教学手段，提升课堂教学效果

选择和应用现代化教学媒体（电影、多媒体课件、图片等），并与传统教学媒体（板书、讲义、实物、模型等）有机地组合，给传统课程注入了直观、形象、生动的元素，更有利于课堂教学效果的发挥。

静态的线条图表、形态结构等，宜选择模型、实物和板书。如在讲授刀具角度时，通过板书和刀具实物的展示，加深学生对这一部分内容的消化与理解。在加工原理和机床加工形式等动态过程地学习中，选择多媒体教学，可清楚、直观、准确地表达教学内容，视听结合，图文并茂，提高学生听课兴趣。如金属切削原理部分，录像片将实际操作现场难以看清的切削过程通过近镜头、慢镜头清晰地展示出来，使学生印象深刻。对铸造、压力加工和焊接这些金工实习过程接触比较少的生产方式，选择多媒体教学，更能增加学生对加工方法的感性认识和生产实践知识。

4 结束语

具有工程素质的机械制造人才培养是一个复杂的系统工程，作为我国高校教育改革探索的重要方向之一的CDIO工程教育理念，探究式、项目式、讨论式等教学手段成为实现CDIO工程教育理念行之有效的方法。《金属工艺及机制基础》作为机械类专业的一门重要专业基础平台课程，尝试在教学内容、教学方法、评价体系等多方面进行改革探索，建立符合学生认知规律的教学模式，培养学生的团队合作和工程实践能力，开阔眼界，大大提高了学习的主动性和知识的综合应用能力，取得了良好的教学效果。