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金属冶金工程材料制备技术教学改革与虚拟仿真实习创新

  中图分类号: G642 文献标识码: A 文章编号: 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质教育推进、发展,逐渐形成了以就业为导向、以学生为中心、以创新能力为本位的教学理念[1]。而教学理念和教学模式的新颖程度是目前众多具有服务地方区域经济发展特色的高等工科院校在专业课教学过程中需要加以重视的核心问题,亟待探索解决传统、单一教学模式和方法的新举措。因此,针对金属冶金工程方向材料制备技术的性质、特点与重要地位,分析课程教学的现状及存在的问题,结合我校新建立的虚拟仿真平台,提出能够切实改革教学内容、教学方法和手段的关键措施。
  1 教学与实习现状及存在的问题
  材料制备技术是金属冶金工程方向的一门专业基础课,是使学生掌握基础理论与专业技能,培养专门技术人才和创新型人才。该课程集理论、操作和应用于一体,涉及材料制备原理、设备及工艺等方面[2]。目前主要是单一课堂讲授为主的静态教学,学生处于被动接受状态,创新思维和能力得不到训练、提高。
  材料制备技术所涉及的加工工艺流程繁杂,充斥着诸如难闻气味的污染物、高危化学品等因素[3]。在工厂实习环节中为了学生安全考虑,原有的知识应用与实践纯粹变成了走马观花式的观摩过程,学生只能看到整个工艺的简单流程,无法近距离接触到一些实际现象,也无法体会涉及的科学问题,制约了学生实践能力和创新思维的提高。目前的教学方法与实习模式已不适应新形势下的要求,改革与创新势在必行。
  2 教学改革的关键措施
  2.1 改革课程内容的侧重点
  材料制备技术既涉及了物理和化学的知识,又涵盖了冶金、铸造、塑性变形、热处理等材料科学知识,对授课教师的有效教学和学生的高效消化、吸收非常不利[2]。对于我校这类具有服务地方区域经济发展特色的高等工科院校而言,应该结合广西有色金属资源冶炼、加工和产业化的区域优势,课程改革要侧重于有色金属材料制备理论、方法和技术方面,突出铝合金、镁合金以及铝基复合材料的冶炼、铸造和深加工内容。课程内容核心要紧密围绕在区内具有行业特色的南南铝等大型企业的产业化应用周围,应切实结合厂实际应用的工艺技术,讲授一些新知识,解决一些新问题,达到促进行业长远发展的目的。
  2.2 改革教学方法
  材料制备技术应适当去理论化,突出实践性,追求主动性,开拓独立思考的空间,形成以提高学生创新能力为本位的教学理念与方法。将3D动画等多媒体技术融入传统的授课方法中,交叉运用案例式、互动式、讨论式等教学模式,着重解决教学重点、难点[3-4]。充分利用先进的计算机仿真技术,实现“互联网+材料制备技术”。针对相对复杂的铸造、塑性加工和热处理,通过建模仿真模拟金属构件的微观组织演变规律,实现对组织、宏观尺寸、工艺参数的优化,让学生对课程知识加以深入理解、运用。
  2.3 加强交流合作
  为了突出学生的应用与实践能力和创新思维,要形成以加强科研、学术交流改革教学的新思路。带领学生参与有色金属材料冶炼、铸造、变形加工或热处理等方面的科研项目,与授课教师或研究生交流合作,对涉及的知识运用加以深化。在实践中对项目的知识内容进行提炼,申报“大学生创新创业训练计划项目”,对团队合作、科学问题提炼、项目撰写和答辩过程具有更深刻认识,激发对材料制备技术的学术热情[2]。
  3 虚拟仿真型创新实习模式
  虚拟仿真型实习模式是指充分利用信息化的技术优势,以三维立体造型和数值编程建模模拟实际加工工序,结合现有实验室条件达到数值模拟+实验验证的实习目的。该模式应该贯穿在材料制备技术中,指导学生主动使用Python编程语言、MatLab编程软件、ProE三维造型软件,在Procast、Deform等虚拟仿真平台上进行二次开发,完成课程中涉及的加工工艺,善于发掘、分析和解决问题。
  在虚拟仿真后的实验验证环节,以我校金属冶金材料加工专业为例,集成了铝、镁等有色金属冶炼、铸造、轧制、退火处理等实习环节所需的各类设备。在课程实习过程,让6名学生为一组,对设备、工艺路线和工艺参数确定等完全交给学生自主完成。确立了大致的实习实验方案:以5系Al-Mg铝合金为例,经730℃冶炼后,在620℃浇铸板坯,待冷至室温后截取铸坯试样、均匀化和轧制试样,铸态板坯厚为10.3mm,425℃均匀化,保温1h,425℃热轧,热轧7道次试样厚为6.5mm,冷轧一道次厚为6mm,轧制速度为17r/min,然后截取样品,分别在350℃和180℃进行退火处理,保温1h。
  通过学生虚拟仿真+自主型实习,对退火后的样品进行再结晶和回复的探究,体现了学生对专业知识的运用。结合铸坯、均匀化及退火微观组织结果,逆向探究设备选型和工艺参数的设?是否合理。
  4 总结
  新形势下新工科建设的发展对诸如材料制备技术等专业课程的教学与实习模式提出了更高要求,以适应实践自主型、创新型人才的培养目标。通过对材料制备技术课程教学现状、实习模式存在的问题进行分析,提出了改革课程内容的侧重点与核心,提出了改革课程教学的方法,提出了应加强科研交流合作等关键改革措施;最后,指出了要充分利用虚拟仿真型平台创新课程的教学与实习模式,形成以学生为中心的自主型实习模式,逐渐适应新工科建设的发展方向。

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