民航特色材料物理专业工程应用课程的教学

蒙柯江

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722040

摘要：中国民航大学特色材料物理专业的设置是为了培养具有较深厚物理学基础、掌握材料科学基本理论和材料研究与测试方法的高等专门型人才，使该专业毕业生能够在相关部门从事研发设计、功能测试、质量管理及生产活动。材料物理是材料学及物理学的交叉性学科，该专业下的工程应用课程具有非常强的学科综合性和应用广泛性，因此，本文就以工程应用中的重点章节为对象，进行教学案例分析，以期提升该项课程的教学质量。

关键词：材料物理；工程应用；课程教学；案例分析

一、工程应用科目设置意义

材料物理专业是中国民航设置的相当具有特色的一个专业，该专业以社会需求为导向，理科和工科的综合型专业背景使该专业毕业生更容易进入民航行业，从事材料的研发、产品的功能检验、材料生产流程管理、质量监督等专业性较强的领域，亦可进入研究所从事相关理论研究。学院在材料物理专业设置上，坚持两个重点：其一，专业应该具有学校特色，即以满足民用航空行业人才需求为目标，其课程设置要结合市场，让学生学以致用，材料学专业和物理学专业课程的开设，保障该专业学生具备扎实深厚的双专业理论基础；其二，在本科阶段中后期，增加了理科、工科间的交叉性课程、前沿性科学的设置，旨在培养理、工兼备且紧跟时代前沿的复合型高级人才。工程应用科目的设置就是为了在保持学院特色的基础上，加强学生理论联系实际的能力，让学生将所学知识更好地与市场需求对接，为民航行业培养优秀的从业者。

二、工程应用科目的设置重点

材料物理专业下的工程应用课程是该专业的必修课程，也是理论同实践相结合的经典课程，其中涉及诸多重点，包括高温合金的精密铸造、铝合金、钛合金、复合材料的成型等。本小节就以上述的材料铸造和成型为例进行分析。

工程应用课程的重点之一，高温合金的精密铸造。高温合金广泛运用在航空领域，其中比较典型的应用主要体现在涡轮发动机中的构成零件，比如，涡轮空心叶片、机匣以及调节叶片中。在CFM56、PW4000、RB211等诸多发动机机型中，精密的高温合金铸件都是其中关键技术的核心，发动机的相关组件精密且复杂，对浇注和凝固过程所需的工艺要求相当苛刻，铸件的微观结构会影响到其工作时所表现出的性能，是讲解的重点内容。

工程應用课程的重点之二，铝合金的焊接成型。目前，综合安全性能和经济性能的考虑，铝合金仍然是民用飞机机身结构的主要构成材料，飞机机身的结构强度是保障飞机安全飞行的因素之一，因此，铝合金的焊接工作需要得到重视，铝合金物理性质不适宜熔化焊接，只能通过摩擦焊进行焊接。所谓摩擦焊即利用摩擦，提高需要焊接部位的温度，从而达到塑化的目的，焊接过程中的发热量的控制以及材料熔化后流动形态的预估判断都增加了这项工艺技术的难度。

工程应用课程的重点之三，钛合金的塑性成型。发动机中的空心宽弦叶片就是利用钛合金的超塑性成形技术生产完成，同传统材料相比，利用超塑性完成的钛合金叶片，有效提升了飞机抗外物撞击的能力，减轻了叶片重量和叶片旋转时产生的离心力，较少了能量的消耗，提高了工作效率。因此，在对钛合金完成塑性的过程中，如何实施工艺的优化是重中之重。

三、工程应用中的案例教学

工程应用课程作为一门理论和实践密切结合的课程，目前来看，工程应用课程在学时设置上用时相对不足，而且知识点分散且不够深入。为了加强学生的深入学习，并且对本课程产生系统化认知，本课程主要采用案例教学方法，以期弥补课程编写和设置上的不足。所谓案例教学法，就是以实际案例为对象，通过预测、分析和改进对案例进行深度剖析的过程中，夯实学生的基础理论知识，并且通过多样化案例的引入拓展学生的视野、增强学生识别问题解决问题的能力，在开放式的探讨过程中还能加强学生的发散思维、合作能力以及沟通表达的能力，这种教学法的实施过程如下图所示。以“熔模铸造技术在涡轮空心叶片制造中的应用”为例，首先教师精

选出一个案例，引起学生的学习兴趣，然后将案例中的相关知识点分成若干模块，如熔模铸造技术、空心叶片应用、熔模铸造中陶瓷芯的制备等，分别进行系统讲解，通过软件模拟实验加深学生对实验过程的整体印象，最后通过对学生实验过程及细节的提问，或是改变原有方案设定，让学生根据所学内容进行相关改进等方法，得到相应的教学反馈。

案例教学方法的实施过程图

四、总结

民航院校的特色材料物理专业所开设的工程应用课程，就是在保留有民航特色的基础上，为了培养兼具有理、工交叉渗透科学背景、实践操作性强且具有科技前沿视野的综合型高级人才，因此工程应用课程在设计的时候就会加强对学生基础理论的夯实、以案例实验为主并且引入国际上新技术发展动态，以期实现复合型人才培养。

参考文献：

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