思维导图在“金属工艺学”教学中的应用
王知鸷 江鹏 潘海军
摘? ? 要：“金属工艺学”课程主要包括机械工程材料、热加工工艺基础和冷加工工艺基础，内容复杂。有限的时间，单一的教学模式，严重影响学生学习的兴趣。思维导图提供了一个提升传统教与学效果的新途径，通过图形、颜色和符号协助记忆，有利于学生知识结构的建立，掌握重点内容的基础上进行拓展延伸，提高学生的自主学习能力。文章尝试将思维导图引入“金属工艺学”教学中，教学设计以及学生作业采用思维导图的方式，使得学生不仅能掌握各类材料成型知识，还能灵活应用进行工艺设计，提高学生的学习兴趣。
关键词：“金属工艺学”;高等教育;思维导图
中图分类号：G642? ? ? 文献标识码：A? ? ? 文章编号：1002-4107（2021）05-0081-03
一、“金属工艺学”教学现状
“金属工艺学”是机械类专业学生必修的一门主干技术基础课程，是一门实践性很强的综合性技术基础课程，主要研究产品从原材料到合格零件或机器的制造工艺技术。其课程内容体系包含材料成形和机械制造工艺的基本理论、基本知识和基本方法，是培养学生综合工程素质和技术应用能力十分重要的工程教育必修课[1]。
“金属工艺学”所涵盖的内容非常多，如图1所示。随着制造技术的不断发展，工业领域的新材料、新工艺、新技术不断涌现，使“金属工艺学”所涵盖的内容更加丰富[2]。由单纯讲授金属材料，扩展到复合材料、功能材料;加工工艺已由传统的冷、热加工，扩展到声、光、电等特种加工方法;加工设备由传统机床扩展至数控机床、加工中心，不断扩充的教学内容增加了教师教学及学生学习的难度。
以往上课都是应用传统的教学方法，教师讲，学生听，对一些枯燥的理论基础知识，学生积极性不高。只单纯地教授理论知识，必然使学生无法理解相关内容，学习效果也得不到提高。虽然“金属工艺学”课程也比较注重学生的动手能力，但是本课程的实验内容涉及面广，所需设备仪器多，如锻造所需的模锻机、特种铸造需要的低压铸造设备、各种焊接方法的设备等，此外还受到实训场地、人员等条件的限制，无法满足在各类设备上操作的要求，致使学生动手能力提高有限。
常州大学的“金属工艺学”针对多个专业的学生开设。比如，对于材料成型系学生，由于前期学习了工程材料或者金属学热处理的基础课程，再学习本门课程时，基础知识部分容易理解;而对于石油储运的学生来讲，前期没有学习任何基础知识，且要在32学时内将金属材料部分以及后面工艺部分全部理解比较困难。针对多年教学过程中出现的上述情况，本教学方法主要侧重于课程的逻辑性关系，利用思维导图设计教学内容。先进的材料成型方法主要以观看视频为主，并且课后布置作业，让学生将材料成型方法的原理、步骤、特点等用思维导图的方式绘制，提高学生的自主学习能力;传授学生目前比较先进的记忆方法，在此基础上提高学生的预习、复习水平，从根本上理解本门课程的思路、方法、工艺选择， 其不仅提供知识，更提供一种思维方式，是真正地授人以渔。
二、思维导图的优势
20世纪60年代，英国人东尼·博赞为了提高学生学习效果，在对大量笔记进行研究后，发明了思维导图。思维导图主要通过文字、图像、符号、线条和颜色等这些要素绘制而成，把人们模糊零乱的思维变得清晰有序，把信息之间的关系变得易于理解和记忆。思维导图的本质功能是促进人们的思维激发和思维整理，并将思维结果进行外部化呈现[3]。
思维导图本质上是一种符号化的视觉工具和体系，它以一个概念或者主题作为起点，以学科知识内在的逻辑性和关联性向前演进，将多个概念和主题连接起来，以直观的形式展现出各个概念和主题之间的关系及其意义[4]。传统的“金属工艺学”教学方式按照书本一节一节地讲解，全部结束后有的学生竟然不懂材料成型有几种方法，一些基础知识讲解的是什么内容。若每节课讲解之前先把整章用思维导图的方式绘制，将文字充分转化为图形，这样不仅与学生的记忆规律相适应，还可以提高学生的理解能力。而学生在记笔记的过程中也会进一步思考相关要点，可以使学生集中精力听课。
绘制思维导图的过程本身就是一个创造性的过程，因为绘制者要考虑如何设计主干、分支。学生在绘制思维导图之前，必然会明确重点、难点，然后将不同的知识点联系在一起，进而构建系统的知识体系，沿着思维导图提供的发散思维训练对思维导图进行扩展，进一步丰富自己对知识的理解。经过亲身练习，学生会对学科知识的学习产生浓厚兴趣，进一步提升学习的主动性，并且可以有效提高学习能力，掌握有效的学习技巧，养成良好的思维习惯。
三、思维导图在“金属工艺学”教学中的应用
目前，课程的难点一部分在于对基础知识的理解，另一部分是学习完本门课程后是否能将所学的知识融合在一起。为了解决这两个问题，现分述如下。
铸造基础知识很枯燥，若以生产中铸件容易出现的缺陷导入，逐一讲解出现的原因，如何解决，将会提高学生的兴趣。如：铸件生产中容易出现冷隔、浇不足等缺陷，其主要與液态的充型能力有关，从材料内因分析结晶温度范围窄的液态合金，从表层逐层向中心凝固，且以胞状晶生长，使得已结晶的固体表层比较光滑，对金属液的阻力较小，金属液可以持续流动以充满型腔。这部分基础知识不仅解决浇不足缺陷，而且与后续工艺设计中的材料选择的联系非常紧密。图2是本门课程的第一篇章，重点内容包括液态成型基础知识、工艺方案的确定和零件结构设计，且把每部分的关系进行了梳理。每小节的重点知识讲解完后，给学生布置作业，以思维导图的形式复习。
零件的成型方法可以是铸造、焊接、压力加工、机械加工其中的一种或者多种并用，为了提高学生对成型方法的整体认识，布置作业：渐开线齿轮如何获得？如图3所示，是一个学生自己绘制的思维导图。学生课后通过翻阅书籍和网上阅览查找齿轮成型方法，发现可以普通砂型铸造，也可以熔模铸造;可以锻造成型，后续切削加工获得所需精度;甚至可以将容易磨损的齿部分和固定部分分离制造，然后采用连接成型的方法。通过此作业，使得学生对多种成型方法加以区分比较，还可以提高学习的主动性，自主探索学习其他更先进的成型方法，并且把多种成型方法在有利的条件下综合利用，学习了新的知识，对本课程也产生了浓厚的兴趣。
四、思维导图的讨论与改进
“金属工艺学”是一门理工学科课程，书本中含有大量的基础理论、原则要求，不仅需要理解记忆，还要求能灵活应用。以往学生经常抱怨课程内容太多，很难记忆。但是经过一学期思维导图的绘制，发现这门课非常有趣，也不是很难理解，因为每段话、每章节都有很强的逻辑性。只要课后认真复习，将重点内容梳理总结，发现枯燥生硬的概念不再是孤立的表達，而是逻辑链条中的一个环节。无论多么抽象的概念，不易掌握的、碎片化的知识都可以组合起来，建立相应的知识体系，并对思维导图进行扩展。
教学实践证明，利用思维导图学习“金属工艺学”这门课程确实是一种行之有效的教学手段。但是由于学生本身的差异，绘制水平参差不齐，有些学生可以通过学习别人的思维导图，改进自己的思维导图，使思维逻辑更进一层;有些学生绘制水平和理解水平有限，很难绘制出一幅完整的思维导图。针对此类情况，教师在布置作业的时候应该给学生几个模板，先绘制出主干供学生参考;可以把学生分成几个小组，由于思维导图没有标准答案，一种知识可以呈现多种思维导图形式或者一幅思维导图形式呈现几种不同的知识。学生之间互相交流，巩固书本知识，拓展课外知识。另外，学生尝试自己绘制思维导图也可以预习新的知识。通过此过程可以发现，学生的不足之处在教学中有了突破，教师上课更加有针对性地讲解，效果更好。
五、结语
“金属工艺学”课程特点是内容多而繁杂、实践性强、术语多、概念多、较抽象，且课时少。要想在有限的时间内提升教与学的效率，思维导图是一种极为出色的工具，它有助于将多种基础知识和工艺设计以形象直观的方式呈现出来。不仅如此，利用思维导图还有助于培养学生查阅国内外文献资料的习惯，提高收集相关信息能力。这种良好习惯的形成，是学生在掌握零件成型工艺的同时所取得的学习上最大的收获。
参考文献：
[1]史晓亮，王玉伏，彭兆，等.基于教学与科研相结合的《金属工艺学》课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2014（31）.
[2]李蕊，贺毅.基于CDIO的金属工艺学课程体验式教学改革[J].实验室研究与探索，2017（6）.
[3]崔婷.浅谈思维导图在《机械制图》教学中的应用[J].科技风，2019（14）.
[4]宁宇.思维导图在古典拉丁语教学中的应用[J].大学教育，2020（6）.
编辑∕陈晶
