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摘 要：针对现行《机械工程材料及其成形技术》实验教学中工程实践性体现不足的问题，提出了基于项目式教学的实验课程改革方案，并从教学目标、教学方法、教学内容、教学实施方式和考核方式五个方面进行了说明。从项目的选取与设计，项目任务书和指导书的制定，以及项目具体实施过程三个方面详细介绍了项目式教学的实施方式。从教学效果来看，提高了学生在实验教学中的参与程度和独立解决工程实际问题的实践能力。
关键词：机械工程材料及其成形技术;实验教学改革;成形工艺设计;项目式教学
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2020）18-0139-04
Abstract： The experimental plan of teaching reform of "Mechanical Engineering Materials and Forming Technology" based on project-based teaching aiming at the problem of insufficient practical practice in the experimental teaching of the current is proposed and explained from the five aspects of the teaching objectives， teaching methods， teaching content， teaching implementation and assessment methods. And the implementation of the project-based teaching is introduced in detail from three aspects： project selection and design， project task book and guidebook development， and project implementation process. From the aspect of teaching effects， the students' participation in experimental teaching and the ability to independently solve practical problems in engineering are improved.
Keywords： Mechanical Engineering Materials and Forming Technology; experimental teaching reform; forming process design; project-based teaching
随着教育部提出将600多所高校逐步向应用技术型大学转变、以及建设应用型本科院校的规划，很多高校都在积极探索适用于自身办学特点、更加注重应用教学的教学模式。所谓应用型本科教学重在“应用”二字，即通過更新教学内容、教学环节、教学方法和教学手段，提高教学水平，注重培养学生实践能力[1]。从教学体系建设体现“应用”二字，其核心环节是实践教学，而对于实践性较强的工科相关课程，实验环节尤为重要。
《机械工程材料及其成形技术》是某应用型本科院校（以下简称：C校）机械类专业的主干课程，该课程是《机械工程材料》和《材料成形技术》两方面内容的综合。通过该课程的学习，要求学生掌握工业产品从原材料的选择、毛坯件的获取、零件的切削加工及热处理和机器的装配这一生产过程中所涉及到的所有的知识与技能，并将其运用到工程实践中，课程性质兼具很强的学科理论性和应用实践性[2]。从工程实践方面来看，该课程所涉及的内容是生产制造的核心环节，因此其关乎到机械设计制造专业技能的培养，也会影响到后续本专业的学习和实践[3]。
综上所述，为更充分地发挥实验教学的实用性和实践性，本文基于项目式教学，从教学目标、教学方法、教学内容、教学实施方式和考核方式五个方面进行改革，并从项目的选取与设计，项目任务书和指导书的制定，以及项目具体实施过程三个方面详细介绍了项目式教学的实施方式，建立以解决实际问题为目标的系统性的教学体系。
一、项目式教学改革方案
本文立足于项目式教学，旨在将零散的教学内容提炼、综合、设计成具体的工程项目，制定以学生实践操作为主体的任务书、指导书以及考核评价方案，具体改革是从教学目标、教学方法、教学内容、教学实施方式和考核方式五个方面进行。
（一）实验教学目标改革
当下《机械工程材料及其成形技术》的实验教学目标较为注重对于机械工程材料的认知能力的培养，注重对于相关材料的内部组织结构及其工作特性，以及对材料的力学性能测定方法的掌握。但是上述实验教学内容的实用性不高，操作性较弱，在培养学生的创新思维和提高学生独立解决工程实际问题方面明显不足。本文从紧密联系理论教学出发，着力于提高实验教学的实用性和实践性，对课程的实验教学目标作了如下改革。
1. 拓宽知识目标
保留传统的对于常用机械工程材料的内部组织结构及其工作特性的掌握、以及材料力学性能测定方法的掌握等教学目标，增加对铸造、锻压和焊接三大基本成形工艺的特点和应用的掌握相关的实验教学目标，使实验内容既可涵盖理论课程教学重点内容，又可通过成形工艺更好地联系实际生产。
2. 提高技能目标
提高学生从自主分析任务，整理归纳资料，探索试验方案，预演工艺过程，仿真和试验修正参数设置，到最后的总结任务完成经验的参与度，使学生熟悉工程设计与制造的实施过程，了解实际应用的操作流程，初步具有运用工程材料与成形工艺解决实际问题的能力。 （二）实验教学方法改革
根据改革后的实验教学目标以及企业对专业人才的需求方向，摒弃传统的教师演示、学生重复的单一的实验教学方法，采用应用型本科培养中广为推崇的项目式教学方法，将实验项目设置为与工程实践或学生的预期职业能力具有较高关联度的项目式任务，通过预定的设计任务和设计要求，让学生通过独立思考、查阅相关资料以及小组讨论的形式完成设计任务。在完成实验项目的过程中，学生将要独立完成一般工业产品的生产主线中的所有内容，需要学生独立掌握并合理运用零件的选材、热处理工艺的选择及工艺路线的制定、成形工艺的选择和工艺规程的设计，以及材料性能的测试方法等知识。
（三）教学内容改革
项目式教学实施的关键在于实验项目建设，本文引入实际工程案例作为实验项目，将分散的理论知识点和验证实验点串联起来，对于实验项目的选取是以完整的工程实例为基础，制作综合设计实验项目库。而对于原有实验项目中单独设置的测试仪器测试方法的实验教学内容并入综合设计实验项目中，不再独立开设相关项目，让学生的实践过程中学习使用相关测量仪器，并将简单的实验方法融入到综合实验中。
（四）实验教学实施改革
C校传统的实验项目课时为2个课时，学生在2个课时内集中完成一个实验项目，但对于项目式的综合设计实验而言，学生在拿到设计任务书后，需要查阅相关文献资料，学习专业理论知识，制定设计方案，完成设计工作，测试设计结果，以及撰写设计报告，整个实验项目周期需要较长的时间，很难集中在实验课堂中完成。因此，本文在实验教学管理中实行集中教学与开放式教学相结合的方式，教师在集中教学课时内完成实验任务讲解，实验设备仪器教学以及辅导答疑工作，学生除集中教学课时外，也可以在课下时间按照实验室规定自主到实验室完成实验工作，从而避免实验课时和实验条件限制对教学实施的影响。
（五）考核方式改革
为综合评定项目式实验课程的教学效果，本文研究出与之相适应的多元评价体系，根据课程目标和教学要求对学生的知识水平和技能水平做出综合评价。学生的实验成绩由课堂考勤情况、报告完成质量和作品评价三部分组成，重点考察学生在实验项目实施过程中的参与程度、做了哪里工作、取得哪些收获、以及对实验过程的总结，对于实验结果重在给予客观的分析和点评。
二、项目式教学的实施方式
（一）项目的选取与设计
选取项目式教学的内容主要考虑三个方面的特征：首先项目必须具有一定的实践性，与工程实际联系紧密;其次项目内容要与专业课程密切相关;最后项目在学校现有的教学条件可以顺利开展与实施。考虑到C校目前的实验设备多为工程材料方面的设备，学生均可独立操作，但是材料成形方面的实验设备较少，且均是大型设备，学生很难独立操作，本文在项目的设计中将工程材料方面的项目设计为实物制作与分析项目，将材料成形方面的项目设计为在成形工艺仿真软件上完成的理论工艺设计与工艺仿真相结合的仿真项目，这样既能充分利用学校现有实验资源，又能弥补现有条件的不足[4]。
为建立与学生的能力相匹配的实验项目库，实验项目的选择途径可优先考虑以下三个方面：一是教师通过整合课程知识点，从课堂教学内容中总结出的典型工程实例，二是从校企合作项目中或从企业的生产实践中提取的工程实例，三是与专业竞赛相结合，将专业竞赛题目融入项目库中，以教促赛，以赛促教。
（二）项目任务书和指导书的制定
项目任务书主要包括三个方面内容，实验给定条件、实验具体要求和实验报告要求。考虑到整个实验项目全部由学生独立完成，项目任务书和指导书就是学生完成实验项目的重要依据和指导文件，因此项目任务书的制定要详细具体，而指导方案要尽量宽松灵活，给学生留有足够的独立分析与探索的空间。
（三）项目具体实施过程
1. 工程材料实物制作与分析项目实施过程
工程材料实物制作与分析项目实施的主要目的是通过完成一个规定零件的加工制作使学生掌握常用零件从选材，加工制作，到力学性能分析与测定这一生产周期内的所有内容与工作，具体实施过程如下：首先由教师根据任务书的要求向学生下达具体实验题目，并利用课堂集中教学时间向学生讲解实验要求和注意事项，交待具体的时间与进度安排，对学生进行分组，以及指导学生查阅相關技术手册等资料。然后由学生在课堂上并结合课余时间完成材料的选择，加工工艺路线和热处理工艺路线的制定，并完成零件的加工和相关的热处理操作;为验证学生的选材和热处理工艺安排是否得当，学生还需对所加工零件进行金相组织的观察和强度、硬度以及塑韧性等力学性能指标的测定等工作，并参照任务书的要求进行验证。教师将剩余的课堂教学时间分散安排在整个项目的完成过程中，并检查学生的完成进度，指导相关实验仪器设备的使用，以及指导答疑。最后，学生对该实验项目进行分析总结，撰写实验报告，并由教师和学生共同完成该实验项目的成绩考核。该实验项目的主要内容和步骤如图1所示。
2. 成形工艺仿真分析项目实施过程
成形工艺仿真分析项目的主要目的是使学生掌握常用材料成形工艺中有关材料和成形工艺的选择、成形工艺的设计和实施等内容。该项目的实施主要包含两部分工作，首先由学生根据任务书和实验指导书的指导与要求，完成材料和成形工艺的选择与确定，并完成成形工艺的理论设计工作，具体包括根据零件的形状和尺寸，以及技术要求等绘制成形工艺图，根据成形工艺图计算坯料的形状和尺寸，并依次完成成形工序、成形设备和成形参数的确定等工作。成形工艺的理论设计的主要内容和步骤如图2所示[4]。其次，在完成成形工艺的理论设计工作之后，学生还需利用成形工艺仿真软件，对理论设计结果进行仿真验证。首先在仿真软件中选择成形工艺和所使用的成形模具类型，其次在三维建模软件中建立好毛坯件和模具的三维模型，并导入仿真软件中，然后在仿真软件中先后完成成形工艺参数的设置，有限元模型的建立，和成形工序的设定等工作，最后完成分析求解。具体仿真成形过程如图3所示[4]。
3. 实验教学改革效果总结
（1）项目式实验教学的实施由传统的以教师为主变成以学生为主，学生通过独立查阅资料、自由设计实验方案以及选材和确定实验步骤，提高了学生在实验教学过程中的参与程度，也提高了学生的学习兴趣。
（2）通过集中教学与开放式教学相结合的实验教学实施方式，提高了实验教学的效率，实验教学设备也得到了充分合理的应用。
（3）在实验完成过程中，会遇到很多理论学习时没有遇到的问题，这些问题都要学生自己去探索与解决，提高了自学能力和独立解决工程实际问题的能力。
（4）通过多元化的考核方式，能够全面地对学生的实验课程的学习情况进行分析评价，也能清晰直观地反映学生自身的不足之处和日后改进的方向。
三、结束语
针对《机械工程材料及其成形技术》实验教学现状中对于工程实践性体现不足的问题，提出了基于项目式教学的实验课程改革方案，并从教学目标、教学方法、教学内容、教学实施方式和考核方式五个方面进行了系统全面的改革。从改革所取得的教学效果来看，提高了学生在实验教学中的参与程度和独立解决工程实际问题的能力，也使现有的实验教学条件得到了充分合理的应用。
参考文献：
[1]罗天鑫.基于培养应用型人才的实践教学改革研究[J].新商务周刊，2017（3）：199.
[2]张晴晴，代光辉，史良马.机械工程材料及其成形技术课程教学改革探讨[J].巢湖学院学报，2017（6）：126-129.
[3]雷声，吴跃波.《工程材料与成形技术基础》课程教学改革初探[J].合肥师范学院学报，2010，28（3）：61-63.
[4]张晴晴，王玉勤，史良马.基于工业应用的材料成形技术实验教学探讨[J].中国现代教育装备，2017（269）：46-48.
关键词：机械工程材料及其成形技术;实验教学改革;成形工艺设计;项目式教学
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2020）18-0139-04
Abstract： The experimental plan of teaching reform of "Mechanical Engineering Materials and Forming Technology" based on project-based teaching aiming at the problem of insufficient practical practice in the experimental teaching of the current is proposed and explained from the five aspects of the teaching objectives， teaching methods， teaching content， teaching implementation and assessment methods. And the implementation of the project-based teaching is introduced in detail from three aspects： project selection and design， project task book and guidebook development， and project implementation process. From the aspect of teaching effects， the students' participation in experimental teaching and the ability to independently solve practical problems in engineering are improved.
Keywords： Mechanical Engineering Materials and Forming Technology; experimental teaching reform; forming process design; project-based teaching
随着教育部提出将600多所高校逐步向应用技术型大学转变、以及建设应用型本科院校的规划，很多高校都在积极探索适用于自身办学特点、更加注重应用教学的教学模式。所谓应用型本科教学重在“应用”二字，即通過更新教学内容、教学环节、教学方法和教学手段，提高教学水平，注重培养学生实践能力[1]。从教学体系建设体现“应用”二字，其核心环节是实践教学，而对于实践性较强的工科相关课程，实验环节尤为重要。
《机械工程材料及其成形技术》是某应用型本科院校（以下简称：C校）机械类专业的主干课程，该课程是《机械工程材料》和《材料成形技术》两方面内容的综合。通过该课程的学习，要求学生掌握工业产品从原材料的选择、毛坯件的获取、零件的切削加工及热处理和机器的装配这一生产过程中所涉及到的所有的知识与技能，并将其运用到工程实践中，课程性质兼具很强的学科理论性和应用实践性[2]。从工程实践方面来看，该课程所涉及的内容是生产制造的核心环节，因此其关乎到机械设计制造专业技能的培养，也会影响到后续本专业的学习和实践[3]。
综上所述，为更充分地发挥实验教学的实用性和实践性，本文基于项目式教学，从教学目标、教学方法、教学内容、教学实施方式和考核方式五个方面进行改革，并从项目的选取与设计，项目任务书和指导书的制定，以及项目具体实施过程三个方面详细介绍了项目式教学的实施方式，建立以解决实际问题为目标的系统性的教学体系。
一、项目式教学改革方案
本文立足于项目式教学，旨在将零散的教学内容提炼、综合、设计成具体的工程项目，制定以学生实践操作为主体的任务书、指导书以及考核评价方案，具体改革是从教学目标、教学方法、教学内容、教学实施方式和考核方式五个方面进行。
（一）实验教学目标改革
当下《机械工程材料及其成形技术》的实验教学目标较为注重对于机械工程材料的认知能力的培养，注重对于相关材料的内部组织结构及其工作特性，以及对材料的力学性能测定方法的掌握。但是上述实验教学内容的实用性不高，操作性较弱，在培养学生的创新思维和提高学生独立解决工程实际问题方面明显不足。本文从紧密联系理论教学出发，着力于提高实验教学的实用性和实践性，对课程的实验教学目标作了如下改革。
1. 拓宽知识目标
保留传统的对于常用机械工程材料的内部组织结构及其工作特性的掌握、以及材料力学性能测定方法的掌握等教学目标，增加对铸造、锻压和焊接三大基本成形工艺的特点和应用的掌握相关的实验教学目标，使实验内容既可涵盖理论课程教学重点内容，又可通过成形工艺更好地联系实际生产。
2. 提高技能目标
提高学生从自主分析任务，整理归纳资料，探索试验方案，预演工艺过程，仿真和试验修正参数设置，到最后的总结任务完成经验的参与度，使学生熟悉工程设计与制造的实施过程，了解实际应用的操作流程，初步具有运用工程材料与成形工艺解决实际问题的能力。 （二）实验教学方法改革
根据改革后的实验教学目标以及企业对专业人才的需求方向，摒弃传统的教师演示、学生重复的单一的实验教学方法，采用应用型本科培养中广为推崇的项目式教学方法，将实验项目设置为与工程实践或学生的预期职业能力具有较高关联度的项目式任务，通过预定的设计任务和设计要求，让学生通过独立思考、查阅相关资料以及小组讨论的形式完成设计任务。在完成实验项目的过程中，学生将要独立完成一般工业产品的生产主线中的所有内容，需要学生独立掌握并合理运用零件的选材、热处理工艺的选择及工艺路线的制定、成形工艺的选择和工艺规程的设计，以及材料性能的测试方法等知识。
（三）教学内容改革
项目式教学实施的关键在于实验项目建设，本文引入实际工程案例作为实验项目，将分散的理论知识点和验证实验点串联起来，对于实验项目的选取是以完整的工程实例为基础，制作综合设计实验项目库。而对于原有实验项目中单独设置的测试仪器测试方法的实验教学内容并入综合设计实验项目中，不再独立开设相关项目，让学生的实践过程中学习使用相关测量仪器，并将简单的实验方法融入到综合实验中。
（四）实验教学实施改革
C校传统的实验项目课时为2个课时，学生在2个课时内集中完成一个实验项目，但对于项目式的综合设计实验而言，学生在拿到设计任务书后，需要查阅相关文献资料，学习专业理论知识，制定设计方案，完成设计工作，测试设计结果，以及撰写设计报告，整个实验项目周期需要较长的时间，很难集中在实验课堂中完成。因此，本文在实验教学管理中实行集中教学与开放式教学相结合的方式，教师在集中教学课时内完成实验任务讲解，实验设备仪器教学以及辅导答疑工作，学生除集中教学课时外，也可以在课下时间按照实验室规定自主到实验室完成实验工作，从而避免实验课时和实验条件限制对教学实施的影响。
（五）考核方式改革
为综合评定项目式实验课程的教学效果，本文研究出与之相适应的多元评价体系，根据课程目标和教学要求对学生的知识水平和技能水平做出综合评价。学生的实验成绩由课堂考勤情况、报告完成质量和作品评价三部分组成，重点考察学生在实验项目实施过程中的参与程度、做了哪里工作、取得哪些收获、以及对实验过程的总结，对于实验结果重在给予客观的分析和点评。
二、项目式教学的实施方式
（一）项目的选取与设计
选取项目式教学的内容主要考虑三个方面的特征：首先项目必须具有一定的实践性，与工程实际联系紧密;其次项目内容要与专业课程密切相关;最后项目在学校现有的教学条件可以顺利开展与实施。考虑到C校目前的实验设备多为工程材料方面的设备，学生均可独立操作，但是材料成形方面的实验设备较少，且均是大型设备，学生很难独立操作，本文在项目的设计中将工程材料方面的项目设计为实物制作与分析项目，将材料成形方面的项目设计为在成形工艺仿真软件上完成的理论工艺设计与工艺仿真相结合的仿真项目，这样既能充分利用学校现有实验资源，又能弥补现有条件的不足[4]。
为建立与学生的能力相匹配的实验项目库，实验项目的选择途径可优先考虑以下三个方面：一是教师通过整合课程知识点，从课堂教学内容中总结出的典型工程实例，二是从校企合作项目中或从企业的生产实践中提取的工程实例，三是与专业竞赛相结合，将专业竞赛题目融入项目库中，以教促赛，以赛促教。
（二）项目任务书和指导书的制定
项目任务书主要包括三个方面内容，实验给定条件、实验具体要求和实验报告要求。考虑到整个实验项目全部由学生独立完成，项目任务书和指导书就是学生完成实验项目的重要依据和指导文件，因此项目任务书的制定要详细具体，而指导方案要尽量宽松灵活，给学生留有足够的独立分析与探索的空间。
（三）项目具体实施过程
1. 工程材料实物制作与分析项目实施过程
工程材料实物制作与分析项目实施的主要目的是通过完成一个规定零件的加工制作使学生掌握常用零件从选材，加工制作，到力学性能分析与测定这一生产周期内的所有内容与工作，具体实施过程如下：首先由教师根据任务书的要求向学生下达具体实验题目，并利用课堂集中教学时间向学生讲解实验要求和注意事项，交待具体的时间与进度安排，对学生进行分组，以及指导学生查阅相關技术手册等资料。然后由学生在课堂上并结合课余时间完成材料的选择，加工工艺路线和热处理工艺路线的制定，并完成零件的加工和相关的热处理操作;为验证学生的选材和热处理工艺安排是否得当，学生还需对所加工零件进行金相组织的观察和强度、硬度以及塑韧性等力学性能指标的测定等工作，并参照任务书的要求进行验证。教师将剩余的课堂教学时间分散安排在整个项目的完成过程中，并检查学生的完成进度，指导相关实验仪器设备的使用，以及指导答疑。最后，学生对该实验项目进行分析总结，撰写实验报告，并由教师和学生共同完成该实验项目的成绩考核。该实验项目的主要内容和步骤如图1所示。
2. 成形工艺仿真分析项目实施过程
成形工艺仿真分析项目的主要目的是使学生掌握常用材料成形工艺中有关材料和成形工艺的选择、成形工艺的设计和实施等内容。该项目的实施主要包含两部分工作，首先由学生根据任务书和实验指导书的指导与要求，完成材料和成形工艺的选择与确定，并完成成形工艺的理论设计工作，具体包括根据零件的形状和尺寸，以及技术要求等绘制成形工艺图，根据成形工艺图计算坯料的形状和尺寸，并依次完成成形工序、成形设备和成形参数的确定等工作。成形工艺的理论设计的主要内容和步骤如图2所示[4]。其次，在完成成形工艺的理论设计工作之后，学生还需利用成形工艺仿真软件，对理论设计结果进行仿真验证。首先在仿真软件中选择成形工艺和所使用的成形模具类型，其次在三维建模软件中建立好毛坯件和模具的三维模型，并导入仿真软件中，然后在仿真软件中先后完成成形工艺参数的设置，有限元模型的建立，和成形工序的设定等工作，最后完成分析求解。具体仿真成形过程如图3所示[4]。
3. 实验教学改革效果总结
（1）项目式实验教学的实施由传统的以教师为主变成以学生为主，学生通过独立查阅资料、自由设计实验方案以及选材和确定实验步骤，提高了学生在实验教学过程中的参与程度，也提高了学生的学习兴趣。
（2）通过集中教学与开放式教学相结合的实验教学实施方式，提高了实验教学的效率，实验教学设备也得到了充分合理的应用。
（3）在实验完成过程中，会遇到很多理论学习时没有遇到的问题，这些问题都要学生自己去探索与解决，提高了自学能力和独立解决工程实际问题的能力。
（4）通过多元化的考核方式，能够全面地对学生的实验课程的学习情况进行分析评价，也能清晰直观地反映学生自身的不足之处和日后改进的方向。
三、结束语
针对《机械工程材料及其成形技术》实验教学现状中对于工程实践性体现不足的问题，提出了基于项目式教学的实验课程改革方案，并从教学目标、教学方法、教学内容、教学实施方式和考核方式五个方面进行了系统全面的改革。从改革所取得的教学效果来看，提高了学生在实验教学中的参与程度和独立解决工程实际问题的能力，也使现有的实验教学条件得到了充分合理的应用。
参考文献：
[1]罗天鑫.基于培养应用型人才的实践教学改革研究[J].新商务周刊，2017（3）：199.
[2]张晴晴，代光辉，史良马.机械工程材料及其成形技术课程教学改革探讨[J].巢湖学院学报，2017（6）：126-129.
[3]雷声，吴跃波.《工程材料与成形技术基础》课程教学改革初探[J].合肥师范学院学报，2010，28（3）：61-63.
[4]张晴晴，王玉勤，史良马.基于工业应用的材料成形技术实验教学探讨[J].中国现代教育装备，2017（269）：46-48.