孙海波 王敬慧 罗杰 陈东初
摘要：对仿真模拟教学导入法在《材料成形工艺》课程教学中的应用进行了探讨。针对教学内容，基于有限元分析软件，课程中引入仿真模拟计算结果，有利于学生快速进入教学情境，充分理解材料成型过程及其工艺参数影响规律等相关知识，有助于启发学生积极思考，增加教学趣味，提高了学生对专业课的学习兴趣，利于教学质量的提升。
关键词：教学；仿真模拟；《材料成形工艺》
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）08-0215-02
《材料成形工艺》课程是材料类专业的重要基础课之一，其教学内容具有知识点多且分散的特点[1，2]。以金属材料方向为例，要求学生掌握铸造、锻造及其热处理工艺、焊接及粉末冶金等成型方法[3]，以为学生日后从事材料类工作和科研奠定知识储备。近年来，鉴于工科材料类专业的学生规模，企业基于对安全生产的考虑，认识实习安排时间非常有限，多以参观（按生产流程）为主，学生难以深入理解课堂所学的理论知识[4]。
随着计算机软硬件的快速发展，仿真模拟技术在各个领域得到了广泛应用[5，6]。为此，针对实践经验欠缺的学生，《材料成形工艺》课程中采用仿真模拟教学导入法，对充分调动学生的学习主动性、提升教学质量起着重要的积极作用。
一、基于仿真模拟的教学导入法简介
教学导入法是指利用环境、设备、音乐、视频等各种手段，形成一种适于教学所需氛围，激发学生兴趣和思维，以促进学生学习状态的方法[7]。教学导入法在课程教学中可以通过悬念、问题、情境、实验和实例等导入法来提升教学质量。基于仿真模拟的导入法是在情境和实例导入法的基础上，根据教学内容选择并展示适当的仿真模拟实例及其结果，引导学生回顾已学知识，启发思考，以便引入新的概念和原理。鉴于此，本文将以平流铸造和连续铸造工艺为对象，介绍基于仿真模拟的教学导入法在《材料成形工艺》课程中的应用。
二、仿真模拟在铸造工艺教学中的应用
1.平流铸造工艺。平流铸造工艺是当前工业制备非晶软磁材料常用的快速凝固技术之一，其具有熔池尺寸小（约5mm）、液态金属冷速大（约106℃/s）且铜辊转速快（约25m/s）等特征[8]，学生难以理解该工艺中的物理行为及其工艺参数影响规律。为此，在讲述该知识点时，将平流铸造过程采用如图1所示的动画形式展示在学生眼前。不同时刻下，金属液态分率分布图演示了平流铸造工艺中熔潭形成和稳定过程的变化特征。基于此，课程中还可以补充讲述不同流量、不同结晶器转速等工艺参数下熔潭的行为特征，以促进学生对现场工艺参数设计的深入理解。
2.连续铸造工艺。在连铸过程中，由于其具有现场生产环境复杂且为高温条件、在线数据监测手段缺乏及不可视等特征，仿真模拟一直是学习和研究连铸工艺的重要途径[9]。以连铸中间包为例，其作为分流稳压设备的同时，还兼具有去除钢液中夹杂物的重要冶金功能。为了让学生深入理解这一冶金功能，如图2所示，将中间包内典型夹杂物（直径为50μm）的运动轨迹呈现在教学内容里。在此基础上，课程中还对比了不同中间包内坝和堰的位置以及尺寸条件下中间包内钢液流动状态、夹杂物的停留时间，学生可以充分理解中间包的内部结构设计理论知识。
三、结语
对仿真模拟教学导入法在《材料成形工艺》课程教学中的应用进行了分析和讨论，其主要具有以下几点优势。
1.仿真模拟教学导入法提高了教学安全性。
2.仿真模拟教学内容是材料成型理论教学的有力补充，并利于材料类学生进一步深入理解认识和生产实习的相关实践知识。
3.在课堂教学过程中，仿真模拟教学导入法利于学生回顾已学知识，并快速理解相关理论的应用，提高教学效率。
4.仿真模拟教学导入法增加了教学趣味，活跃了课堂气氛，利于学生对专业课学习兴趣的提高，也利于学生创新思维和意识的启迪。
综上可见，工科材料类专业基础课具有知识点多、分散且逻辑性强等特点，若想在有限教学时间内让学生快速理解和掌握课程内容，教师应不断地创新和改进教学方法和手段。
参考文献：
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