金屬冶金工程材料制備技術(shù)教學(xué)改革與虛擬仿真實(shí)習(xí)創(chuàng)新

秦芳誠(chéng) 李義兵 黃宏鋒 劉崇宇

【摘 要】分析了金屬冶金工程方向材料制備技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，提出了教學(xué)內(nèi)容與方法改革的關(guān)鍵措施，充分利用虛擬仿真平臺(tái)創(chuàng)新課程的教學(xué)與實(shí)習(xí)模式，以適應(yīng)新工科建設(shè)的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】金屬冶金工程；教學(xué)改革；虛擬仿真；創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)： G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）01-0119-001

【Abstract】The teaching statute and problems in materials preparation technology for metallurgical engineering are analyzed. The key measures in the reform of teaching contents and methods are introduced. Based on the virtual simulation， the modes in teaching and practice are innovated to meet the development of new engineering course.

【Key words】Metallic metallurgical engineering； Teaching reform； Virtual simulation； Innovation

全面深化教育改革向素質(zhì)教育推進(jìn)、發(fā)展，逐漸形成了以就業(yè)為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、以創(chuàng)新能力為本位的教學(xué)理念[1]。而教學(xué)理念和教學(xué)模式的新穎程度是目前眾多具有服務(wù)地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展特色的高等工科院校在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)過(guò)程中需要加以重視的核心問(wèn)題，亟待探索解決傳統(tǒng)、單一教學(xué)模式和方法的新舉措。因此，針對(duì)金屬冶金工程方向材料制備技術(shù)的性質(zhì)、特點(diǎn)與重要地位，分析課程教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，結(jié)合我校新建立的虛擬仿真平臺(tái)，提出能夠切實(shí)改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段的關(guān)鍵措施。

1 教學(xué)與實(shí)習(xí)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

材料制備技術(shù)是金屬冶金工程方向的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是使學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論與專(zhuān)業(yè)技能，培養(yǎng)專(zhuān)門(mén)技術(shù)人才和創(chuàng)新型人才。該課程集理論、操作和應(yīng)用于一體，涉及材料制備原理、設(shè)備及工藝等方面[2]。目前主要是單一課堂講授為主的靜態(tài)教學(xué)，學(xué)生處于被動(dòng)接受狀態(tài)，創(chuàng)新思維和能力得不到訓(xùn)練、提高。

材料制備技術(shù)所涉及的加工工藝流程繁雜，充斥著諸如難聞氣味的污染物、高?；瘜W(xué)品等因素[3]。在工廠實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中為了學(xué)生安全考慮，原有的知識(shí)應(yīng)用與實(shí)踐純粹變成了走馬觀花式的觀摩過(guò)程，學(xué)生只能看到整個(gè)工藝的簡(jiǎn)單流程，無(wú)法近距離接觸到一些實(shí)際現(xiàn)象，也無(wú)法體會(huì)涉及的科學(xué)問(wèn)題，制約了學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的提高。目前的教學(xué)方法與實(shí)習(xí)模式已不適應(yīng)新形勢(shì)下的要求，改革與創(chuàng)新勢(shì)在必行。

2 教學(xué)改革的關(guān)鍵措施

2.1 改革課程內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)

材料制備技術(shù)既涉及了物理和化學(xué)的知識(shí)，又涵蓋了冶金、鑄造、塑性變形、熱處理等材料科學(xué)知識(shí)，對(duì)授課教師的有效教學(xué)和學(xué)生的高效消化、吸收非常不利[2]。對(duì)于我校這類(lèi)具有服務(wù)地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展特色的高等工科院校而言，應(yīng)該結(jié)合廣西有色金屬資源冶煉、加工和產(chǎn)業(yè)化的區(qū)域優(yōu)勢(shì)，課程改革要側(cè)重于有色金屬材料制備理論、方法和技術(shù)方面，突出鋁合金、鎂合金以及鋁基復(fù)合材料的冶煉、鑄造和深加工內(nèi)容。課程內(nèi)容核心要緊密?chē)@在區(qū)內(nèi)具有行業(yè)特色的南南鋁等大型企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用周?chē)?，?yīng)切實(shí)結(jié)合廠實(shí)際應(yīng)用的工藝技術(shù)，講授一些新知識(shí)，解決一些新問(wèn)題，達(dá)到促進(jìn)行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目的。

2.2 改革教學(xué)方法

材料制備技術(shù)應(yīng)適當(dāng)去理論化，突出實(shí)踐性，追求主動(dòng)性，開(kāi)拓獨(dú)立思考的空間，形成以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為本位的教學(xué)理念與方法。將3D動(dòng)畫(huà)等多媒體技術(shù)融入傳統(tǒng)的授課方法中，交叉運(yùn)用案例式、互動(dòng)式、討論式等教學(xué)模式，著重解決教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)[3-4]。充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+材料制備技術(shù)”。針對(duì)相對(duì)復(fù)雜的鑄造、塑性加工和熱處理，通過(guò)建模仿真模擬金屬構(gòu)件的微觀組織演變規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)組織、宏觀尺寸、工藝參數(shù)的優(yōu)化，讓學(xué)生對(duì)課程知識(shí)加以深入理解、運(yùn)用。

2.3 加強(qiáng)交流合作

為了突出學(xué)生的應(yīng)用與實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，要形成以加強(qiáng)科研、學(xué)術(shù)交流改革教學(xué)的新思路。帶領(lǐng)學(xué)生參與有色金屬材料冶煉、鑄造、變形加工或熱處理等方面的科研項(xiàng)目，與授課教師或研究生交流合作，對(duì)涉及的知識(shí)運(yùn)用加以深化。在實(shí)踐中對(duì)項(xiàng)目的知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行提煉，申報(bào)“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”，對(duì)團(tuán)隊(duì)合作、科學(xué)問(wèn)題提煉、項(xiàng)目撰寫(xiě)和答辯過(guò)程具有更深刻認(rèn)識(shí)，激發(fā)對(duì)材料制備技術(shù)的學(xué)術(shù)熱情[2]。

3 虛擬仿真型創(chuàng)新實(shí)習(xí)模式

虛擬仿真型實(shí)習(xí)模式是指充分利用信息化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以三維立體造型和數(shù)值編程建模模擬實(shí)際加工工序，結(jié)合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件達(dá)到數(shù)值模擬+實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的實(shí)習(xí)目的。該模式應(yīng)該貫穿在材料制備技術(shù)中，指導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)使用Python編程語(yǔ)言、MatLab編程軟件、ProE三維造型軟件，在Procast、Deform等虛擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，完成課程中涉及的加工工藝，善于發(fā)掘、分析和解決問(wèn)題。

在虛擬仿真后的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，以我校金屬冶金材料加工專(zhuān)業(yè)為例，集成了鋁、鎂等有色金屬冶煉、鑄造、軋制、退火處理等實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)所需的各類(lèi)設(shè)備。在課程實(shí)習(xí)過(guò)程，讓6名學(xué)生為一組，對(duì)設(shè)備、工藝路線和工藝參數(shù)確定等完全交給學(xué)生自主完成。確立了大致的實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)方案：以5系A(chǔ)l-Mg鋁合金為例，經(jīng)730℃冶煉后，在620℃澆鑄板坯，待冷至室溫后截取鑄坯試樣、均勻化和軋制試樣，鑄態(tài)板坯厚為10.3mm，425℃均勻化，保溫1h，425℃熱軋，熱軋7道次試樣厚為6.5mm，冷軋一道次厚為6mm，軋制速度為17r/min，然后截取樣品，分別在350℃和180℃進(jìn)行退火處理，保溫1h。

通過(guò)學(xué)生虛擬仿真+自主型實(shí)習(xí)，對(duì)退火后的樣品進(jìn)行再結(jié)晶和回復(fù)的探究，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的運(yùn)用。結(jié)合鑄坯、均勻化及退火微觀組織結(jié)果，逆向探究設(shè)備選型和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理。

4 總結(jié)

新形勢(shì)下新工科建設(shè)的發(fā)展對(duì)諸如材料制備技術(shù)等專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)與實(shí)習(xí)模式提出了更高要求，以適應(yīng)實(shí)踐自主型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。通過(guò)對(duì)材料制備技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀、實(shí)習(xí)模式存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了改革課程內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)與核心，提出了改革課程教學(xué)的方法，提出了應(yīng)加強(qiáng)科研交流合作等關(guān)鍵改革措施；最后，指出了要充分利用虛擬仿真型平臺(tái)創(chuàng)新課程的教學(xué)與實(shí)習(xí)模式，形成以學(xué)生為中心的自主型實(shí)習(xí)模式，逐漸適應(yīng)新工科建設(shè)的發(fā)展方向。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王冰，齊錦剛，劉偉東.材料制備技術(shù)課程教學(xué)改革探討[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，12（4）：131-132.

[2]高建華.培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的“材料制備科學(xué)與技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法研究[J].科技文匯，2017，403：59-60.

[3]王春霞，姜艷麗，李義兵，等.冶金工程的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)的研究與實(shí)踐[J].廣東化工，2016，43（4）：59-60.

[4]李義兵，喻亮，羅鯤.《有色金屬冶金學(xué)》課程教學(xué)改[J]. 科技視界，2015，26：24.