應(yīng)用型本科《工程材料及成形技術(shù)》教學(xué)改革與實踐

郭國林，楊莉，于學(xué)勇，李 英

（常熟理工學(xué)院 機械工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

應(yīng)用型本科院校是介于研究性高校和高職高專之間的一種高等教育類型，通常稱之為“一般本科院校“。這類學(xué)校應(yīng)該明確其辦學(xué)層次和培養(yǎng)目標(biāo)。應(yīng)用型本科院校主要是為地方區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展服務(wù)，著重培養(yǎng)面向生產(chǎn)、管理、服務(wù)一線的應(yīng)用型人才。課程體系的設(shè)置和教學(xué)方法也應(yīng)該有別于研究性高等學(xué)校、有自己的特色、符合培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀

《工程材料及成形技術(shù)》是工科類院校的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。課程內(nèi)容涉及金屬材料的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)以及材料成形部分，包括熱處理、鑄造、鍛造、焊接的特點和工藝過程等，其內(nèi)容是既有系統(tǒng)的理論知識又要求具有較強的實踐操作能力，《工程材料及成形技術(shù)》包括理論教學(xué)和實踐教學(xué)。這門課程目前的教學(xué)現(xiàn)狀以及存在的問題分析如下。

（一）理論教學(xué)

由于高等學(xué)校工程教育改革，學(xué)生所修總學(xué)時被壓縮，《工程材料及成形技術(shù)》課程的理論教學(xué)學(xué)時也相應(yīng)壓縮，如何在有限的學(xué)時內(nèi)使學(xué)生掌握理論知識是目前工科教學(xué)普遍遇到的問題。如果刪除或略講一些章節(jié)內(nèi)容，學(xué)生很難系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和了解課程內(nèi)容，教師也很難完成大綱要求的教學(xué)任務(wù)，實現(xiàn)教學(xué)目的。因此傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)目前的教學(xué)要求。由于工科課程本身的特點，理論內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)生缺乏實踐經(jīng)驗，而理論教學(xué)和實踐教學(xué)的時間安排又不盡合理，存在較明顯的脫節(jié)現(xiàn)象。比如金工實習(xí)包涵了材料成形技術(shù)的實踐環(huán)節(jié)，由于金工實習(xí)車間設(shè)備臺套數(shù)量配置與該專業(yè)學(xué)生數(shù)存在一定差距，造成了金工實習(xí)時間及內(nèi)容的安排滯后。有的專業(yè)課程在理論教學(xué)時，還沒有來得及安排金工實習(xí)，學(xué)生沒有感性認識，很難使理論和實踐相結(jié)合，收不到應(yīng)有的課堂教學(xué)效果。

（二）實踐教學(xué)

實驗和實踐教學(xué)是高等工程教育人才培養(yǎng)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。目前《工程材料及成形技術(shù)》課程實驗主要有金屬材料的硬度實驗、金相試樣的制備、鐵碳合金平衡組織觀察和碳鋼的熱處理四個實驗。實驗內(nèi)容是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和進度來安排，基本上涵蓋了工程材料的基本知識。材料成形部分的實驗在金工實習(xí)時進行。實驗和實習(xí)內(nèi)容都是相對獨立的，學(xué)生很難把金屬材料的熱處理、組織分析和性能實驗內(nèi)容融匯貫通，影響學(xué)生對知識的認識深度和綜合分析能力，不利于學(xué)生對知識的鞏固和記憶。因此合理安排實驗實踐環(huán)節(jié)并給予合適的內(nèi)容設(shè)計，開設(shè)創(chuàng)新型和綜合型實驗，使實踐教學(xué)和課堂教學(xué)有機結(jié)合，提高學(xué)生對知識的理解程度和接受能力，是該課程教學(xué)改革研究的主要任務(wù)。

二、教學(xué)改革措施與實踐

（一）實踐教學(xué)改革

傳統(tǒng)的《工程材料及成形技術(shù)》課程教學(xué)模式是理論教學(xué)與實踐教學(xué)獨立安排，雖然課程設(shè)置較為系統(tǒng)，但是理論與實踐聯(lián)系不緊密，學(xué)生較難深入地學(xué)習(xí)和掌握工程知識。因此，基于CDIO工程教育模式，本著“做中學(xué)”原則和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)方式”，讓學(xué)生自覺、主動地在實踐中學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，通過自身思考和咨詢老師來解決遇到的問題和難題，專業(yè)知識記憶深刻，終身難忘。

有了理論的實踐才有利于掌握真正的工程技術(shù)。為了體現(xiàn)理論來自于實踐并且對實踐有指導(dǎo)作用，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)統(tǒng)一為整體，使二者穿插進行，有機結(jié)合，可以提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。目前的實驗內(nèi)容都是相對獨立的，這種分割式的實驗很難使學(xué)生將知識融匯貫通，不容易了解工藝的前因后果，難以將知識應(yīng)用到以后的實踐中。今后要開設(shè)創(chuàng)新型綜合實驗，以單一的驗證性實驗為基礎(chǔ)，作為項目的形式讓學(xué)生主動尋求知識，分析問題，提高學(xué)生工程實踐和解決問題的能力，這也是應(yīng)用性本科的教學(xué)改革方向之一。實驗教師可以根據(jù)教學(xué)實際設(shè)計綜合性實驗，讓學(xué)生根據(jù)實驗條件和要求，自己設(shè)計實驗方案，獨立完成實驗過程，最后進行總結(jié)。例如，對于零件（齒輪、軸等）的設(shè)計制造，根據(jù)零件的工作條件和使用要求，考慮零件的材料、加工方法，制定合理的熱處理工藝、組織和性能分析，最后進行檢驗，對零件質(zhì)量評估分析，是否滿足其工作條件和使用要求。學(xué)生設(shè)計實驗方案時，需要查閱相關(guān)資料，咨詢指導(dǎo)老師，尋求更合理的解決方法。這種基于工程項目的教育，可以讓學(xué)生帶著問題有目的性的去學(xué)習(xí)、尋求知識，而不是被動的灌輸教育。材料成形技術(shù)的內(nèi)容主要包括鑄造、鍛造、焊接工藝及設(shè)備等方面的知識，學(xué)生在熱加工工藝實習(xí)時，老師先集中講解，然后暫停理論教學(xué)，讓學(xué)生到現(xiàn)場操作，熟悉設(shè)備和工藝，再回到課堂詳細講解成形工藝。在車間操作時提出問題讓學(xué)生思考，例如，“砂型鑄造時，分型面的選擇原則”，“澆注系統(tǒng)為什么要設(shè)置冒口？”。學(xué)生也可以自己提出問題，通過自學(xué)或者請教老師解決這些問題和疑慮。學(xué)生在完成工藝操作（項目）的同時，也學(xué)到了知識，為以后的工作奠定了基礎(chǔ)。這種教學(xué)模式避免了理論教學(xué)和實踐脫節(jié)問題，可以更大限度地加深學(xué)生對知識的理解和鞏固，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高工程實踐能力和創(chuàng)新意識，這就是CDIO教育改革要達到的目標(biāo)。

（二）合理整合教學(xué)內(nèi)容

針對《工程材料及成形技術(shù)》課程學(xué)時少、內(nèi)容多、實踐性很強的特點，教師可以根據(jù)學(xué)校的課程設(shè)置，相關(guān)課程開課次序?qū)Ρ菊n程教學(xué)內(nèi)容進行合理整合與調(diào)整。強化基礎(chǔ)理論，淡化與核心內(nèi)容關(guān)系不大的內(nèi)容。如：講解“材料的晶體結(jié)構(gòu)”時，刪除材料的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)等內(nèi)容；講解“金屬的強化理論”時，重點介紹金屬的強化方法，刪除位錯強化機制內(nèi)容。詳細講解重點、難點以及與后續(xù)課程、畢業(yè)設(shè)計密切相關(guān)的內(nèi)容，如鐵碳合金相圖的分析、鋼的熱處理原理和工藝、鋼的分類編號及用途等，并配以實驗、習(xí)題、課堂討論，以增強學(xué)生對重點、難點問題的理解和掌握，夯實工程材料理論基礎(chǔ)。對于常用工程材料，重點突出選材方法和熱處理工藝的制定，并適當(dāng)拓寬知識面，為拓寬專業(yè)口徑打下一定的基礎(chǔ)。比如，模具專業(yè)除介紹常用工業(yè)用鋼、鑄鐵外，還要介紹鋁、銅及其合金等內(nèi)容。要盡可能選用新教材，補充一些新技術(shù)、新工藝，注重知識的更新。

（三）教學(xué)方法改革

該課程內(nèi)容龐雜，知識面廣，概念多且抽象復(fù)雜，學(xué)生學(xué)起來感到枯燥無味，因此會產(chǎn)生厭學(xué)和懼學(xué)情緒。

（1）采用類比法教學(xué)

不容易理解的抽象理論，通過一個貼切的比喻，變得形象、具體、易掌握，使學(xué)生學(xué)得快、記得牢，易于正確理解教學(xué)難點和重點。枯燥的課程會因生動的例子而使學(xué)生感興趣，采用生動形象的案例類比講授內(nèi)容，會大大降低學(xué)習(xí)理論知識的難度，使學(xué)生在娛樂之中掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。例如講到金屬材料在淬火時容易變形和開裂，我們以冬天向一個玻璃杯里倒開水為例說明。當(dāng)在冬天向玻璃杯中倒入開水時，由于杯壁內(nèi)外溫差過大，膨脹率不同有可能造成杯子破裂。在教學(xué)過程中，把難以理解的內(nèi)容盡量變?yōu)闇\顯易懂的生活實例，學(xué)生更容易理解和接受。

（2）采用啟發(fā)式教學(xué)

教學(xué)既要注重傳授知識，又要啟發(fā)學(xué)生的思維和培養(yǎng)分析問題的能力，改變過去那種教師上課滿堂灌的教學(xué)模式。講授熱處理方法時，首先引入一個學(xué)生感興趣的話題，如古代兵器棠溪寶劍為什么具有彈、韌、強、硬四大性能，斬鐵不卷刃，彎曲不折斷？學(xué)生一下子興趣高漲，集中注意力聽完這堂課，講完課后，留出幾分鐘時間讓學(xué)生就這個問題進行討論。教師適時點撥，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，讓學(xué)生成為教學(xué)中的主體，學(xué)生在主動尋求知識，分析問題、解決問題時，獲取了知識。

（3）采用討論式教學(xué)

討論式教學(xué)法是和講授式教學(xué)法相對應(yīng)的概念。討論式教學(xué)法摒棄了傳統(tǒng)的灌輸式、填鴨式的做法，在教師組織和引導(dǎo)下，全體學(xué)生都積極參與課堂討論，從而實現(xiàn)教與學(xué)的互動。教師要預(yù)先選定與教學(xué)目標(biāo)關(guān)系密切、容易引發(fā)爭論的討論議題，學(xué)生經(jīng)過課前預(yù)習(xí)思考，課堂上四、五個學(xué)生為一組，集中討論議題內(nèi)容，放飛學(xué)生的思維，營造課堂辯論的氣氛。如：講解“砂型鑄造分型面的選擇原則”時，給出幾個鑄件結(jié)構(gòu)，學(xué)生分組討論，制訂合適的分型面方案并進行分析，教師就討論結(jié)果作一定總結(jié)。引導(dǎo)學(xué)生在議一議、說一說、辯一辯中逐步提高自學(xué)能力和自我檢驗、相互評判的能力。

三、結(jié) 論

《工程材料及成形技術(shù)》是一門實踐性和應(yīng)用性很強的課程。根據(jù)CDIO教育模式，可開設(shè)創(chuàng)新型綜合實驗，實訓(xùn)和理論教學(xué)并行，以項目形式引導(dǎo)學(xué)生尋求知識，分析和解決問題。在理論教學(xué)中，要不斷創(chuàng)新教學(xué)方法，改變教學(xué)理念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的工程技能，學(xué)以致用，培養(yǎng)符合地方經(jīng)濟需要的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

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