知識創(chuàng)新背景下《工程材料及機械制造基礎》教改研究

楊春輝

（華東交通大學 軌道交通學院，江西 南昌 330013）

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是我國高等工程教育的重大改革發(fā)展計劃?！白吭接媱潯币詫嶋H工程為背景，以工程技術為主線，著力增強學生的工程意識。提高工程素質和工程實踐能力，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應企業(yè)發(fā)展需要的多種類型的優(yōu)秀工程師［1，2］。2011年我校華東交通大學車輛工程專業(yè)列入教育部與江西省“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點專業(yè)。《工程材料與機械制造基礎》是工科院校機械類必修的一門專業(yè)基礎課，該課程是我校車輛工程專業(yè)開設的專業(yè)基礎必修課，是一門集工程材料、熱處理工藝、鑄造、焊接、鍛壓、切削原理、刀具及機制工藝等內容為一體的綜合性課程。在近年來的教學中，筆者發(fā)現(xiàn)如下問題：

一是有限的課時與需要講授的課程內容較多相沖突，該課程所涉及的知識面較廣，缺少重點與針對性，學生誤認為該課程“沒有用”，學習興趣不高。

二是本課程實踐性和綜合性較強，教學內容既抽象又復雜且涉及實際制造場景，僅靠傳統(tǒng)的方法教學，很難讓學生理解和掌握。

三是與車輛工程專業(yè)（軌道交通車輛方向）內容聯(lián)系不緊密。

因此，本門課程講授內容的取舍，重點的把握，教學方法的運用，成為增強課程教學效果的關鍵。學生通過學習能夠合理選用工程材料、正確制定加工工藝路線，強調技術與工藝方案的制訂及生產實際問題的解決，培養(yǎng)學生的綜合工程素質和創(chuàng)新能力、實踐動手能力、綜合分析和解決實際問題的能力［3］。

一、課程現(xiàn)狀

《工程材料及機械制造基礎》課程是一門理論性和實踐性均較強的課程，既強調知識的綜合性、實用性，又強調創(chuàng)新能力、綜合分析和解決生產實踐問題的能力。在傳統(tǒng)的工程材料及機械制造基礎課程教學中，多以理論講授為主，較少體現(xiàn)實踐性、應用性的課程特色。突出的問題主要表現(xiàn)在幾個方面：（1）教學內容的編排按部就班，基礎理論與實踐應用教學內容脫節(jié)。（2）新材料、新技術、新工藝方面知識點增加緩慢，所用教材的知識內容體系的創(chuàng)新性不夠，沒有體現(xiàn)“卓越工程師”培養(yǎng)計劃中所要求的“能力”主線。（3）現(xiàn)有課程實驗教學內容中驗證性實驗和演示性實驗內容仍然偏多，學生自己動手和動腦思考的機會仍顯不足，缺乏對各知識點之間的相互貫通，限制了學生創(chuàng)新思維和動手能力的培養(yǎng)［2］。（4）學生對所講授知識的用途不夠明確，缺乏學習主動性，存在教與學脫節(jié)現(xiàn)象。

二、構建課程內容體系

“卓越計劃”的順利實施重點依賴于教學內容的改革。高校教師在圍繞卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的國家通用標準的前提下，要深刻了解鐵道車輛工程師的行業(yè)標準，以及“工程材料及機械制造基礎”在鐵道車輛工程師標準中的重要地位和作用，依據(jù)標準的要求進行教學內容的深度改革，以行業(yè)需求為導向，培養(yǎng)學生能力。

1.保留傳統(tǒng)。

我們應保留教學內容中的一些基本原理和主要的工藝方法。由于這些內容往往是實際應用中最普通的、適用面最廣的內容，也是工程材料及機械制造基礎課程的基礎。比如鑄造理論及砂型鑄造原理性，掌握了分析思路后，可以沿用到其他特種鑄造。

2.刪舊增新。

應刪除一些過時的加工工藝和方法，增添一些新材料、新工藝和新技術，擴展和深化課程內容。如在工程材料章節(jié)，傳統(tǒng)教學只注重鋼、鑄鐵等常用金屬材料的性能應用講授，對非金屬材料和新型材料及熱處理新技術、新工藝不講，而新型材料及新型熱處理工藝已經(jīng)得到了廣泛應用，應增添新型材料（特種陶瓷、光纖和納米材料的種類及應用）的內容；再如對切削加工方法中的鏜削、刨削、拉削工藝等應予以簡化，或讓學生自學，增加精密加工和特種加工方法。

3.重在綜合應用。

在課堂教學和課后練習中盡量選取一些與工程實際應用相關的案例，進而鍛煉和提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。如講完工程材料之后，根據(jù)零件選材原則，以鐵道車輛轉向架構架作為選材的例子，引導學生從材料的使用性能、工藝性和經(jīng)濟性等方面進行考慮，選擇合適的材料。在講完金屬熱處理后，布置一個火車輪軸零件熱處理工藝路線的題目，讓學生查閱資料，確定出最佳答案。通過這些教學環(huán)節(jié)，既加深了學生對所學知識的理解和掌握，又培養(yǎng)了學生對知識的應用能力，真正做到了活學活用知識。

三、改進教學手段和方法，提高教育質量

教學手段和方法改變是“卓越計劃”目標實現(xiàn)的突破口。面對“卓越計劃”的最終目標，各高校應改變傳統(tǒng)的教學方式方法，在課堂教學、實踐環(huán)節(jié)、考試等方面做出相應的改革。

1.使用影像，現(xiàn)場教學。

在課堂教學中，教師應大力引進實例教學，在教學手段上，采用已有的教學錄像，也可以聯(lián)合企業(yè)制作最新的生產影像資料。同時，可以組織適當?shù)默F(xiàn)場教學，在教學過程中，把學生帶到實習工廠或實驗室，對照實物進行講解和操作演示，也可以讓學生自己動手操作，加深感性認識。如鑄鍛焊件成形過程工程等，若僅進行理論講解，則是非?？斩捶ξ兜?。通過鑄鍛焊件制造過程的真實錄像資料，在理論講解的同時輔助播放，增加了真實感,效果很好；再如在切削加工時，把學生帶到車間，面對車床實物邊講解邊進行實際操作演示。

2.強化實物，實踐教學。

教學時重現(xiàn)運用實物講解與實踐結合緊密的內容。如在講工程材料一章時，針對鋼的分類、編號部分，應用相對應的實物教學，如手工鋸條、銼刀、鉆頭、彈簧、滾動軸承等，并區(qū)分實物材料的不同性能要求，使學生親眼目睹、記憶深刻。

在實驗環(huán)節(jié)，教師可以設計一些綜合性分析實驗，鍛煉學生分析思考能力。例如，熱處理工藝講解完畢，可以給學生設定具體材料及材料的相關性能，讓學生自己設計熱處理工藝及材料性能檢測方法并進行實驗。采取有計劃分散進行實驗的做法，除教學計劃時間外，學生還可利用中午、晚上等業(yè)余休息時間進入實驗室進行實驗，既充分提高實驗儀器設備的利用率，又使學生在比較寬松的環(huán)境下，充分發(fā)揮主觀能動性和聰明才智，將實驗做得更好，收獲更大。

3.針對不同教學內容，采用相應教學方法。

教師在設計課堂教學時，可適當采用引導式、內容比較式、案例式等教學方式，更好地貫徹教學內容主線，培養(yǎng)學生實際應用知識的能力。運用引導式教學法，可以給學生設計一定的問題，讓學生圍繞問題，通過討論得出結論。例如在講解鑄件的結構工藝設計時，以鐵道車輛的某型號轉向架的搖枕為例，把“鑄造方法選擇，分型面選擇，降低成本，在結構上應注意什么”作為問題提出，引導學生根據(jù)鑄造原理進行思考探討，給出在結構設計時應注意的事項，最后教師進行總結評價。對工程材料部分概念多，材料種類多，學生在學習過程中感覺到不容易區(qū)分、識記，熱處理工藝選擇難，可以通過比較的方法進行講解。如熱處理中的正火、退火、淬火和回火，列出表格比較它們的工藝過程、加熱溫度、冷卻介質、組織、性能特點、應用何種性能材料、應用實例等內容，進行歸納總結，便于學生記憶掌握。對綜合性強章節(jié)或講解完每一章節(jié)后，可應用案例教學進行小結，如典型零件的材料及成形工藝選擇章節(jié)，針對典型零件（車輛彈簧、轉向架側架等不同零件）的不同工況條件和使用性能要求，進行合理的選材，正確安排其熱處理工藝、冷熱加工工藝等，達到學以致用的目的。

4.采用綜合作業(yè)方法。

綜合性作業(yè)是學生自主、研究型學習的實踐形式，是提高學生分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學生綜合運用知識能力的重要環(huán)節(jié)［2］。教師可以結合專業(yè)特點，設置一些綜合作業(yè)題目及要求，讓學生獨立查閱文獻、思索完成。以車輛工程專業(yè)為例，我們設置了有關鐵道車輛常用零部件的綜合性作業(yè)流程，如圖1所示，比如車輪、車軸、搖枕、側架、車體等零部件的材料選擇、熱處理方法、生產工藝過程的確定（包含該零部件各工藝的發(fā)展現(xiàn)狀），通過綜合性作業(yè)使學生將所學知識整體化、系統(tǒng)化，進而進行綜合分析和應用，提高綜合應用能力。

圖1 綜合性作業(yè)流程

5.完善考核體系，增強教學效果。

考核機制對學習有直接的導向作用，多元（知識+能力）考核項目達到多元的培養(yǎng)目標。切實針對《工程材料及機械制造基礎》這門課程的特點，采取靈活多樣的考核形式，變分數(shù)考核為過程考核，致力消除傳統(tǒng)考試重知識、輕能力，重結果、輕過程的弊端。對理論性較強的部分仍采用閉卷考試，使學生牢固掌握基礎知識；而對成型工藝及加工工藝部分應采取“解決具體問題”的方法，根據(jù)教學大綱要求學生掌握的內容，給出具體課題（如綜合性作業(yè)）。如一些典型零件的選材、熱處理工藝路線的制定、加工工藝規(guī)程的擬定等，也可以是生產實踐中工藝問題的分析探討。提前一周布置題目，題目可以是一個、兩個或多個，讓學生在規(guī)定時間內完成。只要內容正確，則完成的形式不限。成績評定采用“總成績＝期末考試成績（占50%）+平時成績（占30%）+期末綜合作業(yè)或課程小論文（占20%）”的考核方式。平時成績包括學生的出勤情況和平時的課堂討論、回答問題、作業(yè)、實驗等。運用這種考核方式，不但可以調動學生學習的積極性和主動性，而且有助于提高學生的綜合能力和應用創(chuàng)新能力。

通過在《工程材料及機械制造基礎》課程教學中實施優(yōu)化教學內容、采用影像和現(xiàn)場教學、多種教學方法、綜合性作業(yè)訓練、考核模式等教學改革，確立以“能力”培養(yǎng)為主線的課程建設目標，全面提高學生的實際應用能力，增強創(chuàng)新意識，為培養(yǎng)卓越鐵道車輛機械工程師奠定了基礎。

［1］中華人民共和國教育部.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃［Z］.2010.

［2］白艷茹，王旭，王小寧.“卓越計劃”背景下創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的改革［J］.實驗技術與管理，2012，29（3）：222-224.

［3］呼英俊，劉志平，孟延紅.工程材料及熱處理綜合實驗的探索與研究［J］.西南科技大學高教研究，2010（3）：69-70.

［4］孫方紅，徐萃萍.改革工程材料與成型工藝課程教學培養(yǎng)應用創(chuàng)新型人才［J］.中國冶金教育，2011（3）：23-24.

［5］潘晨.模塊式教學在《機械制造基礎》課程中的應用研究［J］.太原城市職業(yè)技術學院學報，2010（11）：49-50.