| 课程简介 | 教师队伍 |
| 课程名称： | 材料加工工程 | 一级学科： | 01 哲学 |
| 二级学科： | 0101 哲学类 | 教学层次： | 本科 |
| 负责教师： | 李德群 | 学校名称： | 华中科技大学 |
| 院系名称： | 申报状态： | 已获奖 | |
| 申报级别： | 省级 | 申报文件下载： | 无下载文件 |
| 获奖名称： | 获奖年度： | 2006 | |
| 主页地址： | http://202.114.4.28/2006/C142/kcms-4.htm | 是否交换： | 否 |
| 浏览次数： | 10511 | 网上评论： | 没有相关评论 |
| 课程介绍： |
本课程校内发展的主要历史沿革
一、课程的学科背景
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华中科技大学“材料成形及控制工程”专业是国家重点学科专业，设有材料加工工程博士点，铸造、塑性加工，焊接和材料数字化成形四个硕士点，模具技术国家重点实验室，科技部快速原型技术生产力技术研究中心，二十多个与企业联合建立的“精密成形技术”和“模具技术”研究开发中心。科研方面，近10年来，在液态金属凝固成形过程，塑料注射成形过程和板料金属冲压成形过程的数值模拟，液态金属精密铸造工艺，固态金属精密塑性成形工艺，板料金属的激光焊接与切割，材料的快速（原型）成形技术，模具CAD/CAM材料成形设备及数控自动化技术的研究与开发等方面形成了优势，并取得了数十项重大和重要的研究成果。获国家科技进步二等奖4项，国际奖3项，其他国家级奖励（原国家科技进步三等奖，国家发明三、四等奖）12项，省部级科技进步一、二、三等奖近30项。发表学术论文近1000篇，出版专著教材60余本（套）。这些成果极大地充实和丰富了《材料加工工程》课程与教学内容，有效地推动了课程建设与教学改革。
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二、课程的历史沿革
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1998年以前，华中科技大学（原华中理工大学）材料加工工程专业分为铸造，锻压（即塑性成形工艺及设备，简称塑性加工）和焊接三个专业。其中，铸造专业的主要专业课程有：《铸件成形理论》、《造型材料基础》、《铸造工艺及设计》、《铸造合金原理及熔炼》、《铸造机械设备》、《铸造车间设计》、《铸造检测及控制》、《特种铸造》等；塑性加工专业的主要专业课程有《金属塑性成形原理》、《锻造工艺学》、《冲压工艺学》、《塑料成形工艺及模具设计》、《液压传动及液压机》、《机械传动及机械压力机》、《锻造加热设备》、《锻压测试技术》和《微机控制技术》等；焊接专业的主要课程有：《焊接方法及设备》、《金属焊接原理及工艺》、《焊接结构》、《弧焊电源》、《焊接质量检测及控制》等。它们的特点是，专业课门数多，内容极为详细，数据和图表多，教材具有手册的功能，教学时间长。自改革开放以来，对课程进行了一些改革，主要是更新教材内容，如在塑性加工专业中，增添了新课程如《塑料成型工艺及模具设计》和《微机控制技术》等。在一定程度上适应了当时历史条件下锻压与塑料制造行业及高校与研究单位对于技术人才的需求。但由于专业分工过细，专业知识面过窄，对于同是材料加工工程的铸、焊专业知识知之甚少，甚至完全不知。即使在当时的条件下，技术人员的适应能力也受到制约，更不能适应当今制造业对技术人才的需求。
1998年材料学院在原来教学改革的基础上，根据教育部颁布的新专业目录，经过对国内外深入调查与讨论，率先将铸、锻、焊三个专业合并组建成“材料成形与控制工程”新专业，制定了人才培养模式，课程建设，教材建设，实验教学平台建设及教学方法改革的方案，并于1999年按新专业培养计划招生。
实施新的专业培养计划，首要任务是进行课程建设和教材编写与出版。夏巨谌（当时任材料学院院长）和魏华胜（当时为材料学院主管教学副院长）组织全院教授及中青年教师广泛阅读、分析国内和美、英、日等国外相关专业的原版教材。经充分酝酿，组成了具有丰富教学经验的学术带头人牵头，中青年教师参加的新专业主干系列教材编写队伍。同时，学院同机械工业出版社合作，共同进行“普通高等教育材料成形及控制工程专业改革教材”建设工作。两年内，编写并出版了12门新教材，有力地推动了教学改革的顺利发展。
其中，“铸造”模块《材料加工工程Ⅰ》由魏华胜、李远才、樊自田、蔡启舟和吴志超共同编写的《铸造工程基础》将原《造型材料基础》、《铸造工艺及设计》、《铸造合金原理及熔炼》、《铸造机械设备》、《铸造检测及控制》、《特种铸造》等去粗取精，以基础原理和工业应用为主，突出重点，力求展现国内外铸造技术的最新成果及进展的思路进行融合而编写；“塑性加工”模块《材料加工工程Ⅱ》由夏巨谌、李德群、陈志明和卢怀亮共同编写的《塑性成形工艺及设备》教材将《锻造工艺学》、《冲压工艺学》、《塑料成形工艺及模具设计》三门工艺课和《液压传动及液压机》、《机械传动及机械压力机》两门设备课，以“工艺→模具→设备”为主线的思路融合编写而成；“焊接”模块《材料加工工程Ⅲ》由熊腊森、刘顺洪、吴丰顺等编写的《焊接工程基础》教材、将原有的《焊接方法及设备》、《金属焊接原理》、《焊接结构》等5门专业主干课程，按“焊接基础理论→焊接设备及主要技术方法→主要工程材料焊接→工程结构设计→焊接构件的缺陷及检测”的思路编写，力求理顺焊接工程所必须的基础理论知识，遵循学科和认知规律，做到理论与实际相结合。
2003年，夏巨谌、李德群等以《铸造工程基础》、《塑性成形工艺及设备》和《焊接工程基础》三本教材为重要基础，同西北工大张启勋等一起申请到“十五”国家级规划教材《材料成形工艺》，组织两校相关教师编写，已于2005年1月由机械工业出版社出版发行。
2004年为华中科技大学深化教学改革年，学校决定组建“大机类”教学平台，材料学院院长李德群和主管教学副院长陈立亮积极组织相关教师参与“大机类”平台建设，作为课程改革的重要组成部分就是将《材料加工工程》Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个模块进一步融为一体，以《材料成形工艺》作为主干教材并与三门教材一起于2005年在“材控”专业180名学生中投入使用。
如上所述，本课程校内发展的主要历史沿革可归纳为：
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 教学内容
一、课程在本专业的定位与目标
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材料成形与控制工程专业培养目标：本专业着重培养具备材料成形与控制工程学科的基础理论知识与应用能力，同时具备较强材料制备和计算机技术的应用能力，主要能够从事材料成形与控制工程领域的设计制造、技术开发、应用研究、运营管理等高素质工程技术人才。
“材料加工工程”课程是理工院校材料成形与控制工程专业（包括铸、锻、焊已合并和未合并的学校）普遍开设的一门重要的专业课，一般都作为主干课和必修课。
对于“材料成形与控制工程”专业而言，目前华中科技大学开设的专业主干与必修课是《材料成形理论基础》、《材料加工工程》、《模具CAD/CAM》、《材料成形过程数值模拟》等。《材料加工工程》课程是以《材料成形理论基础》为基础，而同时又是《模具CAD/CAM》和《材料成形过程数值模拟》两门课程基础和载体。该课程一是专业覆盖面更宽；二是学生毕业从事这个方向的工作及考研的人数更多，加上这门课程在国内同行中的影响，因而，更加显示了它的突出地位。
?????? 课程目标：通过对《材料加工工程》课程的学习，使学生掌握金属铸造、锻压、焊接和高分子材料成形技术的基本知识，具备从事材料成形工艺/工装及模具设计、新工艺、新技术和新模具开发的基本能力。
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二、知识模块顺序及对应的学时
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本课程设定为74学时，其中讲授66学时，实验8学时。
课堂讲授分为五个部分即五篇，其知识模块顺序及学时分配情况如下：
第一部分（第一篇）：液态金属铸造成形工艺（18学时）
1．液态金属成形过程及控制（4学时）
2．各种典型铸造技术的原理和方法（6学时）
3．液态金属成形件工艺设计（5学时）
4．液态金属成形新工艺（3学时）
第二部分（第二篇）：固态金属塑性成形工艺（18学时）
1．开式模锻工艺及模具设计（4学时）
2．精密模锻工艺及模具设计（2学时）
3．其它体积金属塑性成形工艺（2学时）
4．板料冲压工艺及冲模设计（6学时）
5．板管成形新工艺（4学时）
第三部分（第三篇）：金属连接成形工艺（18学时）
1．金属连接成形原理及途径（2学时）
2．金属连接成形的主要工艺（5学时）
3．焊接新技术及相关技术（3学时）
4．金属构件焊接的工艺设计（5学时）
5．焊接成形件的缺陷及检测（3学时）
第四部分（第四篇）：高分子材料成形工艺（10学时）
1．塑料的性能与工艺特性（2学时）
2．塑料制品的设计原则（2学时）
3．注塑成形工艺及注塑模（4学时）
4．橡胶成形工艺及模具（2学时）
第五部分（第五篇）：综合应用（2学时）
实验部分，必做实验8学时，创新性实验根据“二课”活动安排学时。
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三、课程的重点、难点及解决办法
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课程的重点：第一部分的砂型（芯）制备、铸造工艺设计、非重力铸造及金属型铸造方法及原理；第二部分的开式与闭式模锻工艺及模具设计、冲压工艺及冲压模具设计；第三部分中的金属焊接的主要技术及设备以及金属构件焊接结构及焊接工艺设计；第四部分的塑料成型方法及注射模系统与结构设计。
难点：在介绍非重力铸造及金属型铸造工艺、特点时，必然涉及到大量的装置动作，然而，因教材篇幅有限，其设备装置图又不能出现在教材中，学生难于理解；金属材料及塑料在模具型腔中的成形工艺原理，包括成形过程及规律，应力与应变状态及温度分布，可能产生的缺陷及范围等发生在成形工件及模具型腔的内部，看不见摸不着，难于理解，及模具设计与计算方法的掌握困难。金属焊接技术的难点在于：“熵最小原理”、“最小电压原理”等在电弧焊接中的应用问题及复杂的焊接结构的力学分析、计算和设计问题。
解决方法：利用计算机模拟动画演示的方法，将看不见摸不着的过程与现象变成可视化的状态，同时利用相应的实验获得直观实践感性认识；对于结构设计与计算难点，主要多举工装及模具结构设计实例，除教材上的实例外，利用多媒体列举更多生产使用的实例，同时也利用实验工装及模具的感性认识，加深对复杂工装及模具结构设计的理解。
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四、实践教学的设计思想与效果
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本门课程的实践教学主要有实验教学和工厂实习两个环节组成（实习同铸造工程基础和焊接工程基础打通）
?????? 设计思想：增加直观感性认识，深化对教材及课堂理论知识的理解；掌握基本实验操作及使用仪器设备的技能，培养动手能力；培养分析问题与解决问题能力；激发创新思维。
效果：从实验和生产现场两个层面增加了直观感性认识，加深了成形工艺，模具设计和设备工作原理理论知识的理解，开阔了眼，学到了课堂和书本上所没有的知识；极大地提高了学习热情和积极性，增加了对专业的热爱，增强了事业心和责任心，进而培训了动手能力，培养了综合素质和工作能力。
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五、实践（验）课教学内容
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1．课程设计的思想、效果以及课程目标
设计思想：掌握基本的实验操作及使用仪器设备的技能，培养动手能力；深化对教材及课堂理论知识的理解，培养分析问题与解决问题的能力。
效果：一是切实地提高了学生的兴趣和积极性，即使安排在晚上的四节实验课，其出勤率仍超过80%，并且改变了过去一人动手其他同学围观的局面；二是有效地培养了学生的动手能力；三是在考研面试中面对老师所提的实验问题，不少同学还能比较详细地讲述所做过的实验名称、目的、内容及操作方法，切实加深了对理论知识的理解。
?????? 课程目标：通过实验教学加深对铸造、模锻、冲压、塑料注射成形工艺及模具设计等重点内容和技术难点的理解；掌握实验研究方法与技能；为工艺模具设计打下较为扎实的基础。
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2．课程内容
实验一：液态金属铸造成形综合实验（课内必做部分2学时；课外选做部分）
必做部分：金属型铸造成形工艺及模具；
选做部分：消失模精密铸造新工艺。
实验二：固态金属塑性成形综合实验（课内必做部分2学时；课外选做部分）
必做部分：圆筒件冲裁拉深成形工艺及模具；
选做部分：轿车零件精密模锻工艺及模具。
实验三：金属焊接成形综合实验（课内必做部分2学时；课外选做部分）
必做部分：不同金属材料的电弧焊接工艺；
选做部分：机器人焊接工艺编程。
实验四：塑料注射成形综合实验（课内必做部分2学时；课外选做部分）
必做部分：盒形件注塑成型工艺及模具；
选做部分：利用UG软件进行注塑模具设计。
说明：课外选做部分，本着学有余力，自愿参加的原则，由助讲教师将学生安排到相关课题组进行，着重培养创新能力。
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3．课程组织形式与教师指导方法
开设相对独立的“材料加工工程”实验教学课程，课程包括实验教学教材、仪器设备和多媒体软件三个部分。
实验教学的理论准备采取学生课前预习和动手实验前老师提问及讲解（约5分钟）相结合；实验操作采取分组操作为主，集中演示为辅的方式，分组实验时，要求学生人人轮流进行操作，观测和记录，确保操作方法的正确性和技能的掌握；实验方法上采取的实物实验为主多媒体演示为辅，切实做到学生理解贯通；实验内容以综合分析为主验证性实验为辅，课内实验为主同课外创新性实验相结合，确保实验教学的效果和创新能力的培养；实验报告要求格式规范，内容完善，字迹工整，培养分析与解决问题的能力。
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4．考核内容与方法
(1)．课前学生预习准备的现场考核，通过了立即转入动手实验（15~20分）。
(2)．对学生在实验过程中是否认真的态度，仪器设备操作的正确性与熟练程度的考核（30~35分）。
(3)．对学生实验报告质量的考核（约50分）。
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5．创新与特点
(1)．将实验教学由过去的穿插依附型转变为相对独立的实验教学课程，有利于提高实验教学的地位和重要性。
(2)．将实验教学的作用由过去单纯的验证作用转变为验证与研究分析相结合，有利于培养学生的综合分析能力。
(3)．以课内必做实验为主，采取课内与课外创新实验相结合，有利于实施因材施教，培养学生的创新能力。
(4)．采取多种方法相结合的严格组织方式，确保实验教学的质量，有利于培养学生的动手能力与综合素质。
教学方法与教学手段
《材料加工工程》课程以高度浓缩的篇幅和简练的文字论述了液态金属铸造成形、固态金属塑性成形、金属连接成形和高分子材料成形四大部分的内容，内涵丰富，实践性强。学生在学习时感觉概念不难接受，但成形工艺理论难于理解，工装模具结构难于进行空间立体思维与想象，因此，必须采用生动活泼的教学方法和多种教学手段，达到最佳的教学效果。?
1．将板述与PPT和电视录像片等多媒体教学相结合。采取两种方法相结合，实现传统教学方法与现代教学方法的优势互补。其做法是，在讲课过程中保持一定量的板述，其主要内容写出章节下的1-2个层次的提纲、基本概念、主要公式、重要结论和技术关键及难点。而成形工艺原理及成形过程示意图、工装模具结构、设备基本结构及工作原理、重要公式推导过程则采用计算机图像及动画演示。这样以来，大部分学生能看、能听、能记，还能略加思考，显著增加了信息量，扩大了知识面，加深了对教学内容的理解。较为显著地提高了课堂教学效果。
2．理论教学与实验教学相结合，课内教学同二课活动及科技实践与创新活动相结合。前一个结合靠时间上的合理安排，即使相同与相关内容的实验教学与理论教学在时间尽量互相衔接；二是内容上的协调配合，如同一工艺的成形原理通过理论分析与实验研究两个侧面得到全方位的结果，使学生得到深刻的理解与掌握。实现后一个结合的做法，课程教学小组根据必须“学有余力，不能影响正常教学安排；确有兴趣，自愿参加，尽量同主讲教师的科研相结合，但选题难度适中的原则”来组织。五届学生的实践表明，凡是参加这一活动的全过程的学生，学得扎实，综合素质和能力得到明显提高。
3．坚持启发式教学，并要求主讲教师认真备课，精心组织，力争最佳的课堂教学效果。所采用的方法，一是对于教学内容做到常讲常新，主讲教师既是本门教材的作者，又长期从事与自己所承担的教学内容相一致的科研工作，教学科研经验丰富。但即便于此，课程教学小组仍在每轮教学结束后广泛而深入地征求同学的意见，尤其是存在的不足和问题，第二轮上课前认真备课，更新部分教学内容；二是将科研成果带入课堂启发学术的思维；三是将校友中的优秀业绩适时地穿插其中，激发学生学习积极性和事业心；四是对于难点、重点及比较难于理解的问题，尽可能采用正面提问和反问的方式来讲解，采取学生共同回答，个别回答和教师与学生对话的方式进行；五是要求教师站立讲课。夏巨谌、李德群、陈立亮和李远才在讲课中经常适时地引入自己的科研成果及应用效果，语言生动，每堂课都能形成一个小高潮，吸引了同学的注意力，激发了学习本门课程及专业知识的积极性。
4．熊腊森教授坚持双语教学并在每届学生的第一次上课时就告诉学生本学科国内外相关的学术刊物、电子出版物、相关网站的名称，主要内容，同时要求学生：在本课程涉及的任一方向阅读5篇相关论文，并按学术论文的格式写一篇读书报告。课程结束时，提交读书报告并以PPT形式在全班作报告，互相交流。大多数学生取材为新技术、新设备、新材料，很多是学术前沿，有的还采用英文、日文撰写论文。这一环节，学生不仅扩大了知识面，学到了更多的新东西，而且培养了撰写论文及英文翻译的能力，为日后毕业设计写论文及英文翻译打下基础。在班上作讲演，学生积极性也很高，他们准备充分，精心制作PPT讲稿，认真讲述，互相交流，进一步扩大了知识面，锻炼了演说能力。
5．变闭卷考试为开卷考试，把考试变成对课程内容的系统复习，深化理解，收获最大的教学环节。其作法是，采用开卷考试其关键是出题量要足而难度较高。将题目大体分为三个部分：其一是基础部分，只要听了课，至少系统看了一遍教材，比较容易写出或找到答案；其二是归纳分析部分，不能直接找到答案，而是要用所学习知识进行分析和归纳才能回答；其三是综合运用部分，例如常采用对模具结构设计的错误进行判断并分析原因，结合多种工艺操作和液压机基本结构及液压系统框图，要求学生设计控制系统等方式出题。每轮考试后，绝大多数学生反映收获大，尤其是做错了的题在考试后找到正确答案终身难忘。 |
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