张锦洲

(长江大学 机械工程学院,湖北 荆州 434023)

材料工程专业创新实验探究

张锦洲

(长江大学 机械工程学院,湖北 荆州 434023)

近几年来,长江大学材料成型及控制工程专业围绕“五个结合”的指导思想,结合专业课程设计、创新实习和毕业设计等实践教学环节,全面开展创新实验,取得了较好的效果。

材料成型及控制工程;创新实验;效果;改进措施

世界各国均把材料成型及控制工程专业列为优先发展的战略地位,美国2002年工学院排名前10名的大学中有7所大学设有材料成型及控制工程系,他们非常注重加强基础知识学习,拓宽专业面,强调创新能力和实践能力的培养,将创新思维、创新能力、实践能力、终身学习能力放在教育的首位。国内高校也非常重视材料成型及控制工程专业创新实验的开展,清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学等高校都大力开展材料成型及控制工程专业创新实验。

长江大学机械工程学院材料成型与控制工程专业非常重视学生创新能力的培养,已经形成了较完备的创新实验体系。为了提升创新性人才培养的质量,培养学生的创新意识和实践能力,对材料成型与控制工程专业的创新实验进行探索与研究是非常必要的。

一、创新实验的指导思想

作为机械类创新实践建设的重要组成部分之一,材料成型及控制工程专业创新实验建设坚持“五个结合”的指导思想:即机械基础课程的实验与创新实践相结合,创新活动与石油特色相结合,专业实验室建设与创新实践相结合,石油机械与机电一体化和计算机技术相结合,学生的创新实践及科研与实验室建设相结合。以培养学生的创新意识和综合素质为出发点,以调动学生的学习自主性和探究性为目标,以提高学生的综合实践能力和创新能力为目的,做到创新实验教学体系的多层次、创新实验教学类型的多样化、创新实验教学内容的系统化和特色化。

二、创新实验的主要内容

(一)非导电材料电加工

随着陶瓷材料的广泛应用,绝缘体的电火花加工技术相继被开发出来。2004年,长江大学材料成型及控制工程专业承担了湖北省教育厅重点研究项目“绝缘材料电火花加工技术研究”,研究与开发了陶瓷等绝缘材料电火花加工新工艺,对其加工机制作了深入研究;购置了陶瓷表面金属化处理设备和超声波清洗仪等专用设备;开展了陶瓷等绝缘材料电火花加工创新实验,该实验项目与模具制造工业和电子工业紧密联系,有利于培养学生的创新思维、创新方法及实践能力。

(二)机械三维造型创新设计与制作

虚拟实验是计算机仿真技术在计算机辅助教学中的具体应用。利用计算机强大的图形图象处理功能,借助于常用的实体造型软件,学生的创新构思通过计算机三维图形和动画方式得以实现。这样,可以弥补创新实践活动中经费和制作条件的不足,让更多的学生参加到创新实践活动中来。

根据创新实验教学的需要,我们引进了清华大学、华中科技大学和大庆石油学院等高校的多媒体教学软件,并在创新实践活动中,以石油行业中最常用的抽油机为突破口,引导学生积极开展创新活动,完成了多种新型抽油机结构方案的创新设计。针对常用的传动装置,引导学生对其性能进行分析,结合创新技法,提出改进方案。实验室还从美国购置了激光扫描照像快速成型机,通过编制各部件的程序,并将该程序导入设备进行加工制作,然后组装成型,验证创新方案是否可行。

(三)石油检测仪器设计与制作

磁记忆无损检测技术是近几年出现的一种新型无损检测评估技术,区别于常规无损检测技术的独特之处在于,能对设备和构件进行早期诊断,防止设备和构件出现突然性疲劳破坏;能在构件出现宏观疲劳裂纹之前检测出应力集中区,也能检测应力集中而产生的缺陷。金属磁记忆检测技术由于能有效地对铁磁构件的早期损伤(尤其是隐性不连续变化)进行诊断,日益受到人们的重视。材料成型及控制工程专业试制成功了新型磁记忆应力集中检测仪,并在石油管杆、井架、井下工具、轴承等装备及铁磁材料疲劳寿命评估上得到应用。借助于先进的计算机技术,目前开展了“铁磁材料应力集中检测实验”、“在役结构件应力集中检测实验”、“应力集中检测仪组态与原理验证实验”和“检测结果数值分析实验”等实验项目。

(四)高分子材料改性实验

长江大学机械工程学院已投资30多万购置了注塑机和各种模具,并在“湖北省工程示范中心”资助经费的支持下,购置了挤出机、塑料拉伸试验机、冲击试验机、熔融指数测定仪等实验设备。目前,借助于长江大学化学与环境工程学院相关设备已开展了“DCP对 PP/POE流动性能的影响”、“废旧料HIPS的增韧增强”、“聚丙烯汽车保险杠废旧料的去漆处理及力学性能测试”等实验项目。

实验室购置了恒温磁力搅拌器、电动搅拌器和恒温水浴锅等改善水溶性的高分子材料性能的设备。目前,正在开展“改性聚天冬氨酸的制备与阻垢性能的研究”、“改性聚天冬氨酸在油田助剂中的应用研究”、“改性聚天冬氨酸的缓蚀性能研究”等创新实验,这些项目可直接为石油工业服务。其中,“改性聚天冬氨酸与腐植酸复配的缓蚀性能研究”已成为国家级创新实验项目。

高分子材料改性实验,一方面,有助于学生了解不同功能塑料的性能,通过挤出机塑化,提高功能塑料的性能,利用注塑机注塑出样条,测试材料的拉伸性能和冲击性能,熟悉塑料的加工性能;另一方面,有助于学生了解高分子材料在石油工业中的应用情况,让学生在实验中锻炼动手能力和实践能力。

三、实验效果评价及改进措施

近几年来,长江大学材料成型及控制工程专业围绕“五个结合”的指导思想,贯彻“三新技术”,结合专业课程设计、创新实习和毕业设计等实践教学环节,全面开展创新实验,取得了较好的效果,共获得国家级一等奖1项、省级一等奖5项、二等奖10项、三等奖2项。通过创新实验,学生分析问题、解决实际问题的综合能力得到显著提高,创新能力有了明显增强。但是,在具体实施过程中,还存在着一些矛盾和问题,如实验设备有限与学生人数较多的矛盾,指导教师人数较少与学生的需求较大的矛盾,实验设备相对落后与加工技术不断进步的矛盾等。

针对创新实验中存在的矛盾和问题,笔者认为,可以从以下几个方面采取措施:一是加强创新人才培养的基础建设,为学生营造良好的能力培养的空间。二是整合优化教学资源,加强师资力量建设。三是加强社会实践活动,培养学生的合作意识和组织能力。四是多层次、全方位开展第二课堂活动,积极支持本科生参加来自政府部门、各高校的创新竞赛和活动。比如,大学生机械设计创新大赛、湖北省大学生科技成果比赛、湖北省挑战杯大学生比赛,等等。在学院搭建创新平台,计算机三维实体模型设计大赛已经初具规模。每年定期举办专业类学术论文报告会、机械设计大赛、三维造型大赛。

[1]杨雄,鄢仁生.利用真空扩散焊接技术开展焊接工程创新性实验教学[J].长江大学学报(社会科学版),2008(5).

[2]刘战英,张贵杰,张荣华.材料成型与控制工程专业精品课的建设[J].河北理工大学学报(社会科学版),2008(4).

TG484

A

1673-1395(2011)03-0159-02

2011-02-10

湖北省教育厅教研项目(20050283)

张锦洲(1976—),男,重庆人,讲师,硕士,主要从事材料加工工程研究。

责任编辑 叶利荣 E-mail:yelirong@126.com