相变原理与工艺课程设计教学改革与实践

李 强，于景媛，王 冰，刘伟东

(辽宁工业大学 材料科学与工程学院，辽宁 锦州 121001)

相变原理与工艺课程设计教学改革与实践

李 强，于景媛，王 冰，刘伟东

(辽宁工业大学 材料科学与工程学院，辽宁 锦州 121001)

相变原理与工艺课程设计是材料类专业十分重要的实践教学环节，文中提出了加强课设与实习等实践教学环节结合；设计题目多样化、实用化；增加实践机会，培养学生的实际动手能力；以及改进指导方式，改革考核方法等改革方案，帮助学生巩固、扩展专业的课程内容，提高了学生的学习能力、工程实践能力、创新精神，进而提高了该门课程的教学质量。

相变原理与工艺；教学改革；实践环节；工程实践能力

随着高等教育规模的迅速扩大，高等教育已进入大众化普及阶段，各所学校确立了不同的人才培养目标，辽宁工业大学确定了培养应用型人才的办学定位，以培养服务于企业生产一线的工程师为主要目标。这就要求学生除了掌握广博扎实的基础知识和专业知识以外，还要见识丰富，具有良好的工程素质和实践能力。但是目前的人才培养主要沿用过去精英培养模式，重视理论教学，工程实践能力的培养相对薄弱，加上市场经济条件下，企业不愿意提供实习、实践机会，致使毕业生缺乏解决实际工程问题的能力，直接导致了人才培养无法满足市场需求的状况。

为此，本文在教学工作中，提出了加强实践教学环节，注重工程能力、创新能力培养的改革模式。相变原理与工艺课程设计是材料类本科教学中相当重要的实践环节，是学生毕业设计的前奏及训练，是学生在教师指导下，综合应用所学知识、解决本专业实际工程问题的一项实践性教学活动。针对课程设计教学中出现的问题，结合其他兄弟院校的有益探索[1-6]，以培养应用型人才为出发点，对如何提高课程设计质量和学生工程实践能力与创新能力的培养进行了深入的探索，并对相变原理与工艺课程设计教学进行改革尝试。提出了加强与实验、认识实习和生产实习等实践教学环节紧密结合；改变传统课程设计理念，将设计题目多样化、实用化；课内外结合，多方位指导，强化工程实践能力，给学生“真功夫”；改进指导、强化过程监控，改革考核方法等改革思路。

1 加强与实践教学环节的紧密结合，为课程设计做好“前奏”

为了高质量完成相变原理与工艺课程设计，要注意与其他实践教学环节如认识实习、生产实习和实验教学等的良性互动。根据教学计划，将每学期期末的课程设计和本学期相关的实习和实验教学环节有机地结合起来。在开学伊始，由指导教师给出本学期课程设计的选题范围，让学生针对自身感兴趣的题目广泛地收集资料，同时在实习和实验过程中引导学生将所看到的实习情况和实验内容与将要进行的课程设计联系起来，先形成一个初步的感官的、形象的认识。例如：进行相变原理与工艺课程设计之前有一系列的材料类的专业实验。过去的实验没有考虑到后续的课程设计，所以专业实验的指导时没有明确的针对性。在课设改革后，将专业实验和课程设计环节有机地结合在一起。在专业实验现场教师会对各种典型零件的热处理工艺的选择和设计进行有针对性的指导，比如在进行常用碳素钢热处理实验时，会让学生思考，假如要制造丝锥，应该如何选择恰当的材料和热处理工艺。是用T12还是用GCr15呢？选材不同热处理工艺有什么不同呢？以及如何选择热处理设备？普通箱式炉、盐浴炉或真空炉哪个更合适？依据是什么？同时在前期的认识实习中，也指导学生注意零件的服役条件、失效形式、性能指标、选材以及处理工艺之间的关系。

总之，通过课程设计之前各种教学实践环节的预热，使学生在真正进入课程设计时不再茫然，设计过程中也不再焦头烂额，没有章法。前期实践教学活动中潜移默化的知识积累，使课程设计不再是停留在纸面上抽象、教条的理论计算，而是一个又一个鲜活生动的实际生产案例。学生对课程设计充满了浓厚的兴趣，在设计思路的选取和设计方案的设定上更趋于贴近所接触过的实际生产，设计路线的可靠性、使用性和可操作性大幅度提高，这些都有助于课程设计质量的提高和学生工程实践能力的提高。

2 转变传统课程设计模式，提出新的课程设计理念

2.1 课程设计题目来源于生产实际

结合本校的人才培养定位以及对用人单位的调研，使课程设计的题目尽可能来源于企业生产的实际题目，做到真题真做。如在相变原理与工艺课程设计中，给一位学习基础和能力较强的学生确定了《镁砖成型模具用钢热处理工艺设计》的题目，这个题目是结合本地一家热处理专业厂实际生产情况确定的。在课程设计时首先带领学生实地考察了镁砖成型用模具的加工和热处理过程，使该学生对整体的生产流程有了深刻的感性认识；然后，根据该企业所存在的磨具耐磨性低、寿命短的实际问题对该学生提出要求，要求给出具体的工艺路线以提高磨具的耐磨性和使用寿命，进而完成课程设计。该学生在指导教师必要的指导下进行题目分析、资料收集和工艺设计，通过查阅资料以及一系列数据的比较，发现渗硼后模具的耐磨性和使用寿命会更高。因此，在热处理工艺设计中提出先渗碳再渗硼的设计思路，在工厂原有的以渗碳工艺为主的基础上进一步优化，提高了产品的最终性能。课程设计后，这位同学说“通过本次课程设计自己的学习能力、工程实践能力和创新精神都得到很大的提高，收获非常大！”。有了课程设计的积累，该学生在毕业实际时设计思路清晰，思考问题周密，动手能力很强，毕业设计取得比较优异的成绩。此外，该学生毕业后到哈尔滨工业大学继续读研深造，根据该学生后续的反馈，在实验室中，该学生的动手能力和对实际科研问题的反应能力都比较高，深受导师的好评。

2.2 不断更新课程设计内容

课程设计的内容要紧跟社会的发展和学生就业的需求不断变化。结合材料学院学生近几年的就业情况，发现学生就业单位中生产和研发有色金属材料的较多，因此设计内容做出相应的及时更新，在原有设计传统钢铁材料的基础上提出新的设计材料 (如轻合金包括镁、铝和钛合金等)，拓宽学生的知识面，培养学生多方面解决问题的能力。例如，“Al-12.5Si-3Cu-2Ni-0.5Mg铸造合金热处理工艺设计”题目的提出就很好地顺应了这种形式，提高了课程设计的质量，培养了学生的工程实践能力。学生因为在学校期间接触过钢铁材料及有色金属材料的各种设计，为其就业面的拓宽奠定了坚实的基础。同时在实际工作岗位中，因为有预先课程设计的演练，工作时不会茫然不知所措，稍作培训就会得心应手。

此外，课程设计的内容要结合科学技术和新材料、新工艺的发展与时俱进，不断更新。随着科学技术的飞速发展以及各种新材料、新工艺的不断涌现，传统的一些设计内容已经跟不上实际生产的要求，这导致学生学完出去工作后技术上的落差太大，感觉学不致用，上岗后需要全部推倒，重新学习，这是课程设计没有与时俱进的结果。因此，在实际授课中教师在根据教材突出讲解材料设计的原则、讲清设计要考虑的因素后，应更多使用多媒体演示介绍各种先进的、成功的设计案例，缩短学生与优秀设计师之间的差距。例如：对从动锥齿轮等工件燕尾槽部分退火热处理时的工艺设计，在同样满足服役条件时所采用的处理方式有很多种，传统方式是铅浴退火，新方式是中频感应加热退火。与铅浴退火相比，中频感应加热退火加热速率高，工件尺寸变形小，工艺过程可控高，退火过程中没有铅的挥发和有毒物质的产生。因此，设计时要使学生同时掌握传统工艺和新工艺，使学生进入工作岗位时能结合本单位的实际情况更好地选择和设计，为学生能更好地开展工作奠定基础。

2.3 重视培养学生学习的主观能动性和创造力

在传统的课程设计中常常将一些工艺参数固定，只是让学生根据设计过程进行简单的数学计算，也就是说仅从形式上进行了一遍演练，并没有接触需设计的灵魂和精髓。课设改革后，仅给出学生设计所需达到的技术指标或满足的服役条件，放开设计的限制范围。这就调动了学生学习的主观能动性，要求学生主动查资料，主动思考问题，主动和教师面对面讨论设计方案，这些都是以往课设难以做到的。更重要的是，这种开放式设计模式更贴近实际工业生产。使学生们意识到设计不是简单地做题目，而是一个反复计算取舍反馈的过程——这也是工业设计的灵魂所在。

通过这种课程设计的锻炼，学生训练了自己合理选择公式、合理查阅手册、合理选取参数、综合分析设备和工艺合理性的能力。学生充分认识到设计是灵活的，可以发挥自己的创造力。这样课程设计就变成对所学知识的综合运用，而不是单一课程的练习。这种开放式的课程设计既调动了学生的学习兴趣，又提高了课程设计的质量，同时培养了学生的工程实践能力。

3 增加实践机会，积极培养学生的实际动手能力，提高课程设计质量

为了高质量完成课程设计，还要注意增加学生的实践机会，努力创造条件，带领学生去厂家或销售商处了解材料和设备选取、加工、工艺设计及产品等有关的信息。创造条件邀请专业技术人员开设讲座，讲授设计心得。此外，还要加强校企合作，一方面鼓励青年指导教师深入到企业生产一线交流学习，确实提高自身的工程实践能力，通过自身水平的提高保证学生在课程设计中学到“真功夫”；另一方面学生通过跟班劳动，使学生对产品生产过程的工艺、设备、车间布置、劳动组织、产品物流、市场状况、环保要求和新材料、新工艺研究开发等有全面的了解和认识，学会应用所学的专业知识，综合考虑问题，掌握工艺或产品设计的流程，学习工程设计和工程研究方法。这些实践经历都有助于大幅度提高课程设计的质量，同时培养学生的实际动手和工程实践能力，更有助于拓宽学生的就业面，使学生在工作岗位中能更快地如鱼得水。

另外，为强化学生的工程实践能力，在课程设计中本文还千方百计为学生提供亲自动手的机会。如在相变原理与工艺课程设计中，除了正常的说明书的撰写外，还尝试在课程设计的最后让部分学生分组(大约8人一组)，亲自动手对某个典型零件进行热处理工艺的实际操作，让他们对热处理相变原理和工艺之间的关系有了更加直观、深刻的认识，进一步深化了课程设计的内容，有助于提高学生的工程实践能力。

此外，由于材料专业具有一支高水平的教师队伍，其中具有博士学历的教师较多，教师纵横向科研题目也较多。根据这一特点，从2004年开始试行导师制。学生在导师的指导下参与导师的横、纵向课题，通过资料的收集，实验方案设计、实验操作、归纳总结，完成科研过程的训练，培养学生对实践工作、科研数据分析、提升和总结的文字写作能力。部分学生在导师的指导下在国内重要期刊上发表了学术论文。

综上所述，通过导师制模式可以培养学生的实践与创新能力，改善学生理论知识与实际问题相脱离，创新能力及动手解决实际工程问题中能力差的缺陷。同时，通过这种导师制的预训练，为随后开展的课程设计奠定了良好的基础，使学生在课程设计初始时不至于手忙脚乱，基于过去的实践经验可以很快进入到设计状态，学生的课程设计思路更贴近于实际，具有更好的完整性和严谨性，进而提高课程设计的质量。

4 改进指导、强化过程监控，改革考核方法

在课程设计前进行充分动员,使学生弄清设计的目的、意义、方法和要求等，促进学习态度不端正或基础不好的学生能积极转变和跟进。为保证指导效果，每名教师指导的学生要少于20人，并且每位指导教师的指导时间要固定，指导教师在此期间要保证在岗，帮助学生理清思路，鼓励学生多分析多思考，对设计中碰到的问题,先在小组内分析讨论，再经指导教师由浅入深的解答，消除学生对课程设计的畏难心理，变被动为主动。

定期检查设计进度并认真记录，根据学生的实际情况,本文坚持采用分类指导、因材施教的原则，对于学习基础较差的学生加强教师的主导作用进行正面直接帮扶，确保学生能交出合格的课程设计并得到基本的综合应用的锻炼；对于学习基础较好的仍然采用启发引导式的教学方法，促进了部分富有创新精神的设计涌现；对于学习基础中等的学生则将两种教学方法结合使用，既保证了综合应用能力的提高，也对不少学生创新意识的产生起到了催化作用。而对大部分学生共同关心或者共同存在的问题，则主要采用不同范围内讨论式的教学方法。当然，强调学生的自我学习是在任何时候都不能忽视的方法。

在平时指导中教师要记录答疑和质疑情况，通过答疑和质疑情况对每一位同学在课程设计中的表现给出准确的评价。为最后成绩的评定提供必要的依据。执行过程考核和结果考核相结合的原则，增大过程考核在总评成绩评定中的比例。最终的成绩是学生平时的考勤、过程考核、撰写的设计说明书和现场答辩综合评定的结果。通过这样的定期检查、答疑和质疑、综合考核的方式,从根本上杜绝了相互抄袭的现象，最终成绩也能很好地反映学生的真实设计情况。

5 结束语

综上所述可知，通过相变原理与工艺课程设计的改革实践，能进一步帮助学生巩固、扩展和融会专业的课程内容，而且通过相应课程设计任务的完成进一步提高了学生的学习能力、工程实践能力和创新精神，进而提高了该课程设计的教学质量。

[1]曹梅青, 崔洪芝, 孙宏飞, 等. 《金属固态相变原理》教学改革初探[J].科技视界, 2012, (28): 156-157.

[2]王晓虹, 沈承金, 冯培忠, 等. “固态相变”实践研究型课程建设与改革思路[J].煤炭高等教育 , 2011 (6): 97-99.

[3]吴志方. 在“金属热处理”课程教学中培养学生创新能力[J].中国冶金教育, 2010(4): 42-44.

[4]倪俊杰, 王文宏, 贾正锋, 等. “金属热处理原理与工艺”课程建设及教改实践[J].中国科教创新导刊, 2013 (32): 38-39.

[5]王雪梅, 张向明, 姜涛, 等. 高职金属热处理工艺学课程改革探索[J].辽宁高职学报, 2012(10): 43-44.

[6]段园培, 张海涛, 李传瑞, 等. 浅谈热处理原理及工艺课程的教学策略[J].中国教育技术装备, 2013(3): 112-113.

Teaching Reform and Practice on Course Design of Phase Principle and Technology

LI Qiang, YU Jingyuan, WANG Bing, LIU Weidong

(College of Materials Science and Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China)

The course design of phase principle and technology is an important practical teaching link. In this paper, the reform methods including combining course design and some teaching links of practice and experiments, choosing diversified and practical design topics, increasing practical chance and developing the actual ability for students, changing directive process and evaluation modes are applied to help students consolidate and expand technical knowledge, improve the learning, engineering practice and innovation ability. So the teaching quality of the course of phase principle and technology is improved

phase principle and technology; teaching reform; practice link; engineering practice ability

2014-11-21；修改日期:2014-12-19

2014年辽宁省普通高等学校本科教育教学改革研究基金(UPRP20140482)；辽宁工业大学2014年教改基金(2014019)；辽宁工业大学2012年教改基金(2012 010)。

李 强(1976-)，男，博士，副教授，主要从事材料科学与工程方面的教学与科研工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.061