时来鑫，胡 励，周 涛，李明骜

(1 重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆 400054；2 重庆理工大学重庆市模具技术重点实验室，重庆 400054)

材料液态成形原理主要介绍金属材料液态成形技术中共同的基本规律及物理现象，阐述液态成形技术的成形基本原理和基础理论，揭示液态成形过程中影响材质和制品性能的因素及凝固缺陷形成的机理，是材料成型及控制专业一门重要的专业基础课程[1-5]。通过本课程的学习使学生对材料液态成形过程及成形原理能够有深入实质性的理解；能从本质上认识和分析材料液态成形过程中产生的实际问题和提出解决问题的途径，为今后液态成形技术具体工艺方法等课程的学习，以及新材料、新成形技术的开发，奠定坚实的理论基础。目前，重庆理工大学材料液态成形原理课程在大三上学期开设。众所周知，材料液态成形原理课程涉猎的教学内容较多，专业知识理论及概念抽象性较强[6-8]。这对于刚刚接触专业课程且尚缺乏工程实践能力的大三学生而言，学习本课程的难度较大；另一方面，对于课程专业教师，尤其是年轻教师而言，保障良好的课堂教学质量也具有较大的挑战。本文基于笔者对材料液态成形原理课程多年的教学经验与感悟，探索对材料液态成形原理课程教学内容、教学方法、考核方式等方面进行教学改革，以有效提升材料液态成形原理课程教学质量。

1 优化教学内容

传统材料液态成形原理课程主要包括液态成形基础、液态成形中的传热、液态金属的凝固形核及生长方式、单相合金与多相合金的结晶、结晶组织的形成及控制、材料成形过程中的冶金反应原理、成形缺陷的产生及控制、特殊条件下的成形等教学内容。可见，材料液态成形原理课程教学内容多而复杂。然而，本课程的课堂教学学时仅为三十二学时。如此短的时间内，需要讲授如此多的内容，这无论是对教师的教学，还是对学生的学习，都是比较大的挑战。为了提高课程教学质量，有必要对其教学内容进行梳理优化，以更好地突出重点内容。例如，液态成形基础中，只需简单介绍液态金属的结构，而要重点理解液态合金的性质以及液态金属充型能力的影响因素；液态成形传热中，简单介绍传热的基本原理，重点理解凝固过程的传热特点以及铸造过程温度场与凝固方式的相互关系；液态金属的凝固形核及生长方式中，简单介绍凝固热力学及凝固形核的公式推导，重点掌握凝固热力学、均质形核、非均质形核和晶体生长等知识的内在原理；单相合金与多相合金的结晶中，简单介绍凝固过程中传质的复杂公式及多相合金结晶，重点介绍溶质再分配原理、成分过冷理论及其对单相合金结晶的影响；结晶组织的形成及控制中，简单介绍熔池凝固及焊缝金属组织，重点掌握铸件宏观凝固组织的特征、形成机理及控制措施；简单介绍材料成形过程中冶金反应原理及特殊条件下的成形，重点学习液态成形缺陷的产生及控制。

2 丰富教学方法

以往材料液态成形原理课堂教学中，教师主要按照课程教学内容，多采用以文字与少许图片为主的PPT形式，进行灌输式教学，再加上该课程专业知识本身比较复杂难懂，因此容易导致学生对所学专业知识的理解和记忆比较吃力，听课感觉枯燥乏味，逐渐失去学习课程的兴趣，严重影响学习效果。另外，大三学生基本上从未实际接触过材料液态成形工艺，这显然会增加他们学习材料液态成形原理的难度。因此，我们尝试利用网络技术、工厂参观实习、科学研究等资源与条件，获取一些材料液态成形工艺相关的图片、动画和视频，并适当地将其应用于材料液态成形原理课堂教学中，以帮助学生更加直观方便地理解材料液态成形原理知识。例如，在“液态成形缺陷的产生”章节中，利用动画(图1)能够更形象地演示缩孔缺陷的形成过程，有利于学生对缩孔形成过程及原理等相关知识的理解与掌握。

图1 缩孔形成过程示意图(动画截图)Fig.1 Schematic of shrinkage cavity formation process (Screenshots of animation):

此外，我们更加重视实践教学，通过有效利用材料液态成形虚拟教学实验室等资源，让学生能够真实感受并亲身参与材料液态成形实验，以更好地培养学生的分析问题、解决问题、实际动手等工程实践能力。我们还基于不同的教学内容特征，灵活采用慕课、翻转课堂、创新拓展等先进教学方法，以学生为中心，帮助学生养成主动自主学习的好习惯。例如，在“单相合金的结晶”章节中，我们采用了翻转课堂的教学方法。在课前，教师针对本次课中需要讲授的“合金凝固过程中溶质再分配”、“成分过冷判别式”等知识要点设置一些专业性问题。学生根据设置的问题，有目的地进行课前预习和上课准备工作。在课堂上，将学生分成若干组，每组包括5名成员左右；组员之间针对课前设置的问题进行讨论，并进行答案总结。这种分组式讨论不仅可以活跃课堂气氛，而且有助于提高学生主动学习专业知识的积极性，并提高学生们沟通交流与归纳总结的能力。分组讨论后，每组至少选派一名代表，登上讲台，对讨论的问题及答案进行展开陈述。其他学生要对其进行实质性点评，并表达出自己对相关知识的学习和理解情况。这种课堂体验式的教学方法有助于学生加深对专业知识点的理解与应用。最后，教师对本次课程教学活动进行详细地总结，并针对每个小组的情况给出具体的评价及建议。

3 改进考核方式

先前材料液态成形原理课程教学中，主要以平时上课考勤分数和最后期末考试卷面分数进行课程考核，从而对学生课堂学习情况进行约束，并对学生掌握课程知识的程度进行检验。然而，上课考勤只能约束学生按时上课，并不能检验学生的实际学习效果；而单纯期末考试的形式并不能很好地检验学生学习专业课程的真实情况。鉴于此，为了改善材料液态成形原理课程的考核效果，我们尝试从多角度、多方位对学生的实际学习情况进行考核。例如，采用平时表现情况(上课出勤、课堂讨论与问答等)主要用于考核平时学生课堂的参与度。采用课堂作业主要用于考核学生对课堂知识点的理解和掌握程度；每次课堂作业要求学生必须在课堂规定时间内独立完成。采用课外作业主要考核学生对课堂知识点的复习、理解和掌握程度；每次课外作业要求学生必须独立完成，并在规定的时间内提交，禁止相互抄袭。利用期末考试主要考核学生对金属液态成形过程中的基础理论知识及应用的掌握程度；在期末考试试题中，主要运用分析题、计算题等综合性题型，重点考察学生对课程专业知识的实际理解与应用能力，避免死记硬背。通过对材料液态成形原理课程考核方式的改进，不仅降低了期末考试卷面分数的比重，而且有效提高了课程考核的真实性，并显著提升了学生学习本专业课程的质量。

4 结 语

作为材料成型及控制工程专业一门重要的专业基础课程，材料液态成形原理具有教学内容较多、液态成形理论及概念抽象性较强等特点，使得该课程学习及教学难度较大。为更好地改善材料液态成形原理课程的教学质量，从教学内容、教学方法、考核方式等方面对该课程教学改革进行了思索与实践，并取得了良好的教学效果。