淺析工科高校材料成型與控制工程專業(yè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題分析論文

淺析工科高校材料成型與控制工程專業(yè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題分析論文材料成型與控制工程專業(yè)是材料科學(xué)、成型工藝與自動控制技術(shù)的綜合與穿插，專業(yè)范圍涵蓋焊接、鑄造和塑性加工內(nèi)容，屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，社會對該專業(yè)人才的需求偏重于實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科高校教育教學(xué)工作中的重要組成局部，通過實(shí)驗(yàn)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析和解決實(shí)際問題的能力，而且可以培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和工作方法等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是介于根底教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)之間的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合課程教學(xué)或獨(dú)立于課程教學(xué)而進(jìn)展的一種探索性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)利于和到達(dá)培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才。因此材料成型與控制工程專業(yè)開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是十分必要的。而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)工程的選題是否恰當(dāng)是到達(dá)良好實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和學(xué)生能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和前提條件。筆者根據(jù)多年材料成型與控制工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)歷的改革探索，本著使學(xué)生能夠穩(wěn)固、提高所學(xué)理論知識，加深對本專業(yè)的認(rèn)識，提高解決本專業(yè)工藝技術(shù)能力的教學(xué)目標(biāo)，認(rèn)為材料成型與控制工程專業(yè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題應(yīng)把握“五個原那么，四個方向”。選擇詳細(xì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)工程時，要兼顧實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目的、任務(wù)、重點(diǎn)和要求，實(shí)驗(yàn)室的詳細(xì)條件和學(xué)生的實(shí)際情況等因素。所謂設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題的“五個原那么”，即在選擇設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目與內(nèi)容時，要把握綜合性、創(chuàng)造性、應(yīng)用性、自主性和靈活性原那么。綜合性原那么就是為提高學(xué)生知識的綜合運(yùn)用能力，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目所涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要盡可能地涵蓋多方面的知識，使學(xué)生通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，掌握和提高所學(xué)知識的綜合、靈活應(yīng)用。創(chuàng)造性原那么是要使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能夠有創(chuàng)新和開展的空間，即使難度小的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，只要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，通過學(xué)習(xí)，掌握知識的運(yùn)用，在某方面有所創(chuàng)新，就到達(dá)了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)目的。應(yīng)用性原那么是實(shí)驗(yàn)選題要在一定程度上表達(dá)實(shí)際生產(chǎn)知識和氣氛，防止學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生“紙上談兵”的感受。自主性原那么就是要求在教師的指導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)選題涉及的內(nèi)容學(xué)生要自主完成。該原那么的前提是在教師的指導(dǎo)下，并不是學(xué)生獲得自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立工作的時機(jī)后，具有充分的自主權(quán)和獨(dú)立性，教師就可以不用管。因?yàn)閷W(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)本專業(yè)知識后，往往對這些專業(yè)知識及其應(yīng)用處于狀態(tài)。為使學(xué)生更好地掌握、運(yùn)用這些知識，就需要在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，有方案、有目的地使學(xué)生在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中掌握相關(guān)專業(yè)知識并有所提高。這實(shí)際是對教師在業(yè)務(wù)和責(zé)任心方面提出了更高、更嚴(yán)格的要求。靈活性原那么就是不要“因設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)而設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”。如果為順應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革潮流，盲目地開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不但會將一些對學(xué)生專業(yè)知識有幫助的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)去掉，還會造成不必要的人力和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)。此外，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題時，在把握綜合性、創(chuàng)造性、應(yīng)用性、自主性和靈活性這五個原那么外，還要合理掌控學(xué)生專業(yè)知識構(gòu)造、專業(yè)知識掌握程度及學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的可操作性等方面。材料成型與控制工程專業(yè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題在把握“五個原那么”的前提下，通?？赏ㄟ^“四個方向”來進(jìn)展選題設(shè)立，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、科研工程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)工程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和學(xué)生興趣轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。(一)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是為促使學(xué)生掌握并加深對專業(yè)根本理論、知識的理解，而按照實(shí)驗(yàn)教材的要求，由學(xué)生進(jìn)展實(shí)驗(yàn)操作，并從實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證所學(xué)的理論知識。由于實(shí)驗(yàn)結(jié)果在理論授課時已經(jīng)涉及，因此學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣不濃，熱情不高。但不要因?yàn)檫@些就抹殺驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論知識，加深學(xué)生對根本理論知識理解的獨(dú)特作用。完全可以通過合理安排，將一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。這樣就可以激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)主動性、自主性。例如，對長桿型坯料進(jìn)展局部墩粗是模鍛生產(chǎn)中經(jīng)常采用的變形工序之一。因此，在《鍛壓工藝及模具設(shè)計(jì)》專業(yè)實(shí)驗(yàn)課中設(shè)立了“局部墩粗規(guī)那么的驗(yàn)證’，這項(xiàng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通過對不同長度試件，使用局部墩粗模進(jìn)展墩粗，驗(yàn)證局部墩粗規(guī)那么的正確性，觀察和分析由于局部墩粗長度與直徑比值的影響而出現(xiàn)的正常和不正常現(xiàn)象。由于是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生興趣不高，往往抱著看熱鬧的心態(tài)參加實(shí)驗(yàn)，不能到達(dá)良好的教學(xué)效果，但該實(shí)驗(yàn)涉及內(nèi)容是比擬典型且在生產(chǎn)中常用到的。怎樣保存并將其轉(zhuǎn)換為學(xué)生感興趣的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)?這就需要轉(zhuǎn)換思路，可將該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為首先要求學(xué)生根據(jù)給定尺寸的不同試件，進(jìn)展局部墩粗積聚工步計(jì)算，并繪制墩粗模模具圖。當(dāng)然，由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)及加工時間的限制，學(xué)生設(shè)計(jì)的墩粗模并不需要制作出來，因?yàn)榻o定尺寸的試件，其局部墩粗模主要模具尺寸及工步是唯一的，可以采用原有的局部墩粗模進(jìn)展實(shí)驗(yàn)和鑒定學(xué)生設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，這些需要教師在實(shí)驗(yàn)過程中靈活掌握。這樣，通過對原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并予以實(shí)施，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展分析論證，一方面有力地提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，穩(wěn)固所學(xué)理論知識，提高解決本專業(yè)有關(guān)加工工藝問題的能力;另一方面增加的墩粗模設(shè)計(jì)又鍛煉了學(xué)生的工程制圖能力。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不但可以保存一些經(jīng)過長期教學(xué)積淀總結(jié)的經(jīng)典、原理性強(qiáng)的`驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，還能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，到達(dá)良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，有著“一舉三得”的益處。當(dāng)然，并不是所有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)都能轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，對于這類實(shí)驗(yàn)工程，如果確實(shí)是經(jīng)典、原理性強(qiáng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)工程，只要集思廣益，通過合理安排，完全可以將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)穿插在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)工程中，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。這些都需要在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題中拓寬思路，靈活安排。(二)科研工程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)科研工程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，就是將專業(yè)教師的科研課題或科研成果轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速開展，新材料、新技術(shù)和新知識不斷出現(xiàn)，而且高校材料成型與控制工程的教師學(xué)歷較高，多為博士畢業(yè)，且積累了具有一定水平的科研成果。把科研課題或科研成果涉及的新技術(shù)和新知識轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的最正確途徑。根據(jù)調(diào)查，學(xué)生大多數(shù)對專業(yè)課老師所從事的科研工程及內(nèi)容具有極大的興趣和關(guān)注，此舉能夠有力地提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性和興趣，利于實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)與實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)的教學(xué)目的。例如，教師科研工程涉及到的過共晶合金在航空航天、軍工、汽車等領(lǐng)域中應(yīng)用前景廣闊，已成為國內(nèi)外十分重視研究開發(fā)的先進(jìn)復(fù)合材料，但鑄態(tài)過共晶合金的力學(xué)性能較差。因此，可將該科研工程涉及內(nèi)容轉(zhuǎn)化為“原位自生復(fù)合材料力學(xué)性能的改善”設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生針對鑄態(tài)原位自生過共晶復(fù)合材料力學(xué)性能差的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)施改善力學(xué)性能的方法，并撰寫分析報告。該設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所涉及的在專業(yè)課中雖未能涉及，但鋁硅合金熔煉等相關(guān)知識在理論課和實(shí)驗(yàn)課上已涉及并掌握，因此學(xué)生進(jìn)展該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)有一定的理論和實(shí)踐根底。學(xué)生首先要查找相關(guān)資料，理解并掌握“原位自生過共晶復(fù)合材料”的相關(guān)知識，在保證合金成分為過共晶Mg2Si的條件下，自主選擇、計(jì)算合金成分配比。然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)展配料、熔煉、除氣，并根據(jù)前期選擇的不同方法對合金熔液或澆注試件進(jìn)展處理，最后進(jìn)展拉伸測試及金相觀察，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的正確性，并對結(jié)果進(jìn)展理論分析。該設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)雖然由科研課題轉(zhuǎn)化，但涉及材料成型與控制工程專業(yè)知識中應(yīng)掌握的合金設(shè)計(jì)、合金配料、合金熔煉、合金處理及熱處理工藝等，較好地將專業(yè)知識系統(tǒng)、綜合地鏈接在一起，使學(xué)生能夠承受系統(tǒng)的工程實(shí)訓(xùn)，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且加深其對所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識和提高解決所學(xué)專業(yè)涉及工藝問題的能力，樹立正確的思維方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和工作方法等?？蒲泄こ剔D(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時，不可盲目地將科研內(nèi)容或局部內(nèi)容一成不變地照搬過來，必須要考慮學(xué)生的所學(xué)專業(yè)知識和專業(yè)能力，如果研究內(nèi)容過于狹窄、難度較大或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容過于生僻，不僅達(dá)不到提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和教學(xué)效果的目的，反而會使學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒，這就從根本上違背了開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的初衷。因此，采用科研工程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時，一定要密切結(jié)合學(xué)生專業(yè)知識、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫?，保證學(xué)生能夠以飽滿的熱情投入到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的工作中。(三)生產(chǎn)工程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)材料成型與控制工程是實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)，因此在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題時要力求接近、結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工程，將其合理轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，能夠有針對性地促使學(xué)生在解決實(shí)際生產(chǎn)問題時應(yīng)用、加強(qiáng)、拓展所學(xué)的專業(yè)理論知識。這種實(shí)際生產(chǎn)工程轉(zhuǎn)化的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不但能培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)意識和實(shí)踐能力，而且能顯著提高學(xué)生的專業(yè)綜合能力。例如，以W18Cr4V為代表的高速鋼廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的切削工具和冷變形模具中，其內(nèi)部的合金元素與碳形成復(fù)雜的碳化物，分布在基體金屬上，降低了材料的機(jī)械性能。而鍛造是實(shí)際生產(chǎn)中改變高速鋼中碳化物分布狀態(tài)的重要方法。因此，可將該生產(chǎn)工程轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)“改善高速鋼鑄件中碳化物分布的鍛造工藝設(shè)計(jì)與實(shí)施”。該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括鑄造和鍛造兩大局部，鑄造局部要求學(xué)生自主選擇、設(shè)計(jì)高速鋼鑄件成分，并根據(jù)設(shè)計(jì)成分采用中頻爐進(jìn)展熔煉、澆注小型鑄件，然后對鑄件進(jìn)展碳化物偏析分析，根據(jù)偏析分析結(jié)果，合理設(shè)計(jì)鍛造工藝并利用自由鍛機(jī)實(shí)施，最后再進(jìn)展偏析檢測，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的鍛造方案是否正確。這個設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有機(jī)地將鑄造和鍛壓兩個專業(yè)方向結(jié)合，符合實(shí)際生產(chǎn)流程，使學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、實(shí)踐和掌握企業(yè)所需要的知識，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。(四)學(xué)生興趣轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)學(xué)生的興趣是實(shí)驗(yàn)教學(xué)到達(dá)預(yù)期目標(biāo)和效果的動力，因此，如將學(xué)生普遍感興趣的問題轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，就能激發(fā)學(xué)生對設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的關(guān)注和探索，從而促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用已學(xué)的知識、技術(shù)去自主發(fā)現(xiàn)、探索和總結(jié)規(guī)律，到達(dá)培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識，提高專業(yè)素質(zhì)、創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的目的。例如，精細(xì)鑄造是用精細(xì)造型方法獲得準(zhǔn)確鑄件的工藝，是鑄造行業(yè)在高新領(lǐng)域的代表，很多鑄造企業(yè)對精細(xì)鑄造工藝的應(yīng)用需求很大。如果開設(shè)精細(xì)鑄造相關(guān)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生采用精細(xì)鑄造法制備小型零件，學(xué)生并不是普遍感興趣，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。怎樣才能使學(xué)生都感興趣呢?這里可以將精細(xì)鑄造制備小型零件變?yōu)樗囆g(shù)鑄造，因?yàn)樗囆g(shù)鑄造采用的熔模鑄造、陶瓷型鑄造、消失模鑄造等的工藝與工廠生產(chǎn)的精細(xì)鑄造零件工藝及原理是相通的，而要求學(xué)生采用精細(xì)鑄造技術(shù)設(shè)計(jì)并制作小型鑄造工藝品，會極大地調(diào)動學(xué)生的興趣和參與實(shí)驗(yàn)的熱情，學(xué)生會在實(shí)驗(yàn)過程中潛移默化地掌握、提高精細(xì)鑄造相關(guān)知識及工藝。隨著教學(xué)改革的深入，材料成型與控制工程專業(yè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)越來越受到重視。實(shí)際教學(xué)中，我們本著“