模具寿命及强化技术课程教学改革与实践

石增敏　邹隽

摘要：為实现高素质、应用型人才培养目标，针对金属材料专业开设的专业课程——模具寿命及强化技术课程特点及教与学中存在的问题，提出构建以理论学习、综合材料体系基础知识为指导，建立问题导向型的教学模式，通过学习理念的重构，以任务激发学生的学习主动性和创造性，提高教学质量，培养学生理论分析和工程实践两方面的能力需求。

关键词：人才培养；教学模式；教学改革与实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）38-0107-02

一、金属材料工程专业课程教学特点

随着我国工业化的快速推进，实现跨越式发展，培养创新型、适用型、复合型人才为高等教育提出了更高的要求。为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》，湖北省政府提出实施“湖北省战略新兴产业人才培养计划”的要求，旨在培养高素质的专门人才，促进高等教育更好地适应和服务地方经济建设和社会发展的需要，满足产业行业需求，提高人才培养质量。

金属材料工程是实用性很强的专业，通过对金属材料制备原理及其工艺的探索，研究成果可以直接应用于工业生产，所取得的进展和日常生活密切相关。同时这个专业有着广阔的理论研究空间，喜欢理论研究的同学也可充分发挥自己的才能。材料技术人员虽然掌握了许多金属材料尤其是钢铁材料的制备工艺，但至今其中的原理还没有完全被弄清楚，而从理论上阐明这其中的奥妙、将理论和实践紧密联系、控制材料的性能特征对材料科学的进一步发展意义重大。为配合我校（三峡大学）金属材料工程专业战略性新兴人才培养要求，专业课程的教学也朝着培养学生理论联系实践的方向不断发展。“模具寿命及强化技术”课程是该专业开设的模具模块课程，自课程开设以来普遍的反映是理论性强，实践性更强，行业前景好，学生刚开始学习时热情高，但最后一路学来往往偃旗息鼓。本文通过“模具寿命及强化技术”课程特点入手，结合笔者从事金属材料类课程教学过程中积累的经验和体会，对本课程的教学改革和教学方法进行探讨。

“模具寿命及强化技术”课程特点及存在问题。“模具寿命及强化技术”这门课程是我校金属材料工程专业开设的学科专业课程，它主要以金属材料学及热处理、材料力学性能等为基础，课程理论紧密联系实践。这就要求学生掌握金属学及热处理方面的基础知识的同时，了解模具的实际应用及模具行业的发展情况。且要求教师具有较强的理论体系和丰富的实践经验。

第一，从课程设置来讲，该课程包含材料性能、金属材料组织与结构、模具失效机理、模具寿命与影响因素、模具材料（冷作模具、热作模具、塑料模具等）、表面强化技术、模具热处理缺陷等内容，内容系统，工程技术性要求高，知识点零散，记忆量大。教学实践中通常采取多媒体教学，学生上课期间能跟上教师的授课过程，但课后又忘了相关的知识点，尤其是提出一些实际应用的问题时，往往不知如何解决。

第二，课堂多媒体教学通常会在尽可能少的课堂时间传授尽可能多的知识，但实践环节无法满足所有学生去真正实践一套模具的设计、服役、失效等过程，学生不能将自己所学知识去充分消化。这样的教学环境会带来部分学生对大量枯燥知识涌入的恐慌，造成学习兴趣的降低，学习效果欠佳而流于形式。

第三，前期基础课程大都并行学习，缺乏一定的层次性，学生在应付考试之后，知识点遗忘程度高。根据笔者十几年的教学经历来看，现有的学生由于严重缺乏实践经验，且前期基础理论课程的学习同样存在知识点多、抽象且不易消化和吸收的特点，学生们对于基础知识的掌握不够扎实，对后期专业课程学习产生很大惰性，从而降低了对专业课程的学习兴趣。

二、梳理和精选课程教学内容

该课程的主要内容是模具材料特性—服役工作特点—模具失效特征——模具热处理—模具寿命强化处理为主线，为突出授课重点，在课程教学内容方面进行进一步整合和优化。第一，明确课程主线，以先修课程中材料的组织、相变、力学性能、物理化学特点等逐步展开、层层深入。第二，梳理教学内容，根据主线梳理教学内容，突出模具材料的性能分析、热处理强化及缺陷、模具寿命分析等内容，主次分明。第三，精选教学案例，启发和引导学生对所学知识的综合判断，改变学生原有的思维惯性。

三、教学方法及探讨

20世纪60～70年代美国纽约大学研究院奥苏泊尔教授D.P Ausubel曾提出“meaningful verbal learning”的理论学习概念[1，2]：学习者在学习新知识过程中对已有认知结构进行重新改组，使自己原有观念发生变化，才有利于新知识的掌握和消化。因此针对该课程特点，采用问题导向型的教学模式，提高学生学习兴趣，变被动为主动。同样，学生原来所接受的基础知识并没有被综合和类比，给授课留出了很多发挥空间。

1.案例启发式、问题导向型步进教学方法。单是一味地理论讲解，很难引起学生的兴趣和共鸣。在授课过程中，将当前学科的前沿技术状态和科研中的难题以及实践问题引入课堂。笔者结合科研项目和工程实践中的案例，采用问题导向式的步进教学法，通过发现问题、分析问题、构造方法、解决问题、引发思考的不断循环，由简到难地层层推进，在问题求解的过程中引导学生对所学知识归纳总结，引发对未知知识的探索。如介绍模具失效原因时，笔者给出自己科研项目中的案例：汽车安全结构件热成形工艺过程中所用的热作模具，工作温度在200℃～300℃区间，服役一段时间后模具表面出现氧化色并有局部塑性变形现象。笔者首先安排学生进行小组讨论引起模具失效的原因，进而引出实际操作与模具服役期间的细节问题。同时提醒学生换位思考，体会作为模具生产商面对客户出现如此问题时，如何解决和提高模具寿命，让学生提出解决方案，从而激发学生的好奇心，吸引学生的注意力。通过案例启发和教学引导，增加了学生对材料发展规律的了解，充分调动了学生的主观能动性。

2.学习理念的重构。课堂教学中如何培养学生的自主学习能力是一个值得探讨的问题。为培养学生自主学习能力，首先教师要改变教学方法，引导学生对所学知识进行重构和重新认识，同时改变工科学生一贯的“重工艺，轻技术”的学习方法。如在讲解钢铁材料的强化理论时，很多同学对晶粒细化概念很清楚，但其理解通常会仅限于晶粒细化是同时提高材料强韧性能的唯一手段。晶粒细化后材料的屈强比升高，但屈强比值过高对于工程应用来说是不安全的，且超细晶粒钢的焊接难度大，因而限制了超细晶粒钢广泛的工程应用。如此引导，大多数学生皆表现出极大兴致。在此基础上设置一些更深入问题，如如何在模具制备和热处理过程中利用组织细化强化技术，在工程结构中如何考虑处理等，将学生引入一个开阔的思维中去。

传统的课堂教学通常只是将教学内容、方法理论等传授给学生。由于学生缺乏工程实训和实践机会，对于知识的理解和掌握处在很浅的表层，尤其是一些技术操作的细节问题。所以只要稍加引导和启发，学生就有很强的主动性和较高的参与热情。在具体的实施过程中，主要采用实物示例—讨论分析—问题提出—归纳总结的方式。笔者曾在毕业设计环节中，带着学生进行粉末冶金过程的试验，发现学生们自己动手进行模压，模具很快失效。笔者在教学过程中将失效模具带到课堂，首先让学生们分析失效部位和推断原因，继而提出导致模具失效的操作技术原因，以及模具服役期间应该注意的操作细节。如此结合案例把问题步步推进，授课变得精彩，学生们的学习兴趣和积极主动性增加，极大地增进了对课堂知识的关注度。

3.增加实践任务导向，培养学生创新意识。工程应用型本科人才的培养要着重体现以一线生产和活动的实际需要构建知识、能力和素质结构，注重管理、设计和操作能力的培养。模具寿命技术实践性强，但我校该专业的模具基础课程却并不厚重，只有专业模块系列课程的学习。由此，笔者在教学中结合科研项目要求提出实际任务，让学生针对任务进行设计和开发，经过分析对比，选出最优设计并给予一定的科研奖励，同时制作产品，此举极大激发了学生的学习兴趣和成果满足感。在实施过程中大多数同学会知难而退、有始无终，但仍有部分同学坚持下来且取得较好的成绩，感染和带动大多数同学的学习积极性，为同学们开拓了思路和视野，也有不少同学通过该课程的学习立志从事金属材料、模具制造等的研究。

四、结束语

对于模具寿命及强化技术课程教学改革，我们也是处于探索阶段，雖然取得了一定的教学效果，但也面临许多困难。问题导向型教学模式、任务激发模式在操作上更为复杂，在统筹安排教学内容、精心设计教学任务、课堂组织等方面对教师提出了更高的要求，且课堂组织也要考虑学生的层次和少数同学的非主动性。但教学实践表明采用此教学法激发了学生的学习兴趣和积极主动性，增强了学生解决具体问题的能力，提高了课程教学质量。我们感到课程的教学改革既要遵循课程自身的特点规律，还要适应高等教育的发展趋势和社会经济建设的需要，不断完善促进教学相长。希望能够有抛砖引玉的作用，引起大家共同思考与探讨，促进战略新兴产业人才培养计划新形式下教学改革的发展。

参考文献：

[1]David P.Ausubel，A subsumption theory of meaningful verbal learning and retention.The Journal of general psychology，1962，66（2）：213.

[2]David P. Ausubel，The facilitation of meaningful verbal learning in the classroom. The Journal of general psychology，1977，12（2）：162.