《工程材料學(xué)》的教學(xué)改革與探索

張子英 何 亮

（上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院，中國(guó) 上海 201620）

《工程材料學(xué)》的教學(xué)改革與探索

張子英 何 亮

（上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院，中國(guó) 上海 201620）

《工程材料學(xué)》是工科院校材料與工程類專業(yè)學(xué)生的一門(mén)十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。由于除了具有綜合性、應(yīng)用性和經(jīng)驗(yàn)性的特點(diǎn)外，該課程還具有專業(yè)名詞與相似概念眾多，理論知識(shí)抽象，相關(guān)理論枯燥和大量復(fù)雜相圖計(jì)算等特點(diǎn)，從而使得學(xué)習(xí)難度較大。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果，在結(jié)合理論傳授、科技前沿研究和學(xué)生自主探究的基礎(chǔ)上，對(duì)《工程材料學(xué)》的教學(xué)方法進(jìn)行了有益探索。

工程材料學(xué)；教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《工程材料學(xué)》是一門(mén)主要針對(duì)工程結(jié)構(gòu)材料中的金屬材料為主的專業(yè)基礎(chǔ)課程，重點(diǎn)講述金屬材料零部件“服役條件-成分-工藝-組織-性能-環(huán)境”之間的有機(jī)關(guān)系的重要課程。課程具有綜合性、應(yīng)用性和經(jīng)驗(yàn)性的特點(diǎn)。另外，課程中專業(yè)名詞眾多，理論知識(shí)抽象，知識(shí)點(diǎn)與相似概念眾多，金屬材料各種性能的演化過(guò)程中既相互對(duì)立又相互統(tǒng)一，本科生很難快速掌握相關(guān)知識(shí)，且由于相關(guān)理論相對(duì)枯燥，并且涉及到很多相圖計(jì)算，所以學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣普遍不高[1-3]。如何將這些知識(shí)融合在一起，描述各種合金材料性能演化過(guò)程中的矛盾規(guī)律，突出合金材料組織結(jié)構(gòu)演化的量變和質(zhì)變規(guī)律，在此基礎(chǔ)上歸納出合金材料性能和工程中矛盾的共性和個(gè)性并用簡(jiǎn)明易懂的語(yǔ)言表述出來(lái)，使學(xué)生能夠及時(shí)理解掌握，以及如何吸引學(xué)生的興趣、激發(fā)他們學(xué)習(xí)的熱情，提高教學(xué)效果等都是本課程講授過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。筆者在工程材料學(xué)課程的講授中，結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，采用理論傳授與前沿科技相結(jié)合的教學(xué)方法在引導(dǎo)學(xué)生自主探究和培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展能力上獲得了不錯(cuò)的教學(xué)成果。

1 課程的內(nèi)容和目標(biāo)

我校材料工程學(xué)院開(kāi)設(shè)的《工程材料學(xué)》受眾面廣，涉及專業(yè)眾多，是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。該課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生知識(shí)的綜合性和實(shí)用性，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力以及綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

1.1 課程的內(nèi)容

《工程材料學(xué)》課程屬于材料科學(xué)與工程類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程從材料科學(xué)和實(shí)際使用的角度出發(fā)，根據(jù)學(xué)生已有的材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論、概念和現(xiàn)象，建立整體統(tǒng)一的概念和體系，闡明它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，培養(yǎng)在實(shí)際工程中正確地選擇材料和使用材料的能力。在保證教材的適用性和新穎性的前提下，筆者精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)。在原教材的基礎(chǔ)上上，補(bǔ)充新的內(nèi)容，結(jié)合近年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和講稿調(diào)整課程的體系和框架，緊緊抓住“服役條件-成分-工藝-組織-性能-環(huán)境”這一主線，以合金化原理為核心，重點(diǎn)講述合金材料成分和制造工藝及熱處理工藝的特點(diǎn)，以及合金材料組織、性能及應(yīng)用之間的關(guān)系。做到重點(diǎn)突出、條理清楚，力圖使學(xué)生掌握各種合金材料成分設(shè)計(jì)和工藝制定的依據(jù)。

1.2 課程的目標(biāo)

課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握合金化理論的基本知識(shí)，了解工程構(gòu)建和機(jī)械零件材料成分設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，熟悉生產(chǎn)中常用的金屬材料及其熱處理工藝、組織、性能之間的關(guān)系和材料分析的主要方法。根據(jù)零件技術(shù)要求和服役條件，能正確地選擇材料和制訂工藝[4]。目的在于加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)的連貫性，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)踐能力，提高學(xué)生解決問(wèn)題，分析問(wèn)題能力，給學(xué)生充分的自由和主動(dòng)權(quán)，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力以及綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為今后實(shí)際科研和生產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2 課程的教學(xué)方法

2.1 理論傳授與科技前沿研究相結(jié)合

在教學(xué)方式上面除制作了適合我校學(xué)生特色的一套內(nèi)容豐富，圖像清晰，形式新穎有趣的多媒體教學(xué)課件外，在講授《工程材料學(xué)》課程過(guò)程中加強(qiáng)了材料選用與技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)、材料與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展等方面的內(nèi)容。注意增加了與高新技術(shù)或產(chǎn)業(yè)有關(guān)的新材料、新工藝及新技術(shù)。為了使課程內(nèi)容更加多樣化，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高工科材料類本科生對(duì)《工程材料學(xué)》課程的認(rèn)知程度，加強(qiáng)基礎(chǔ)課程理論與前沿科研信息的銜接，筆者在授課過(guò)程中將前人相關(guān)的科研工作與體會(huì)靈活地穿插在課堂內(nèi)容中加以介紹。

如在第一章講解“非晶”與“準(zhǔn)晶”的概念時(shí)，筆者用一節(jié)課時(shí)間介紹當(dāng)前科研工作者在該領(lǐng)域的研究工作以及國(guó)際上在非晶、準(zhǔn)晶材料領(lǐng)域研究的最新進(jìn)展和非晶、準(zhǔn)晶材料的應(yīng)用現(xiàn)狀[5]。這種多層次深入的介紹大大喚起了學(xué)生對(duì)非晶和準(zhǔn)晶材料的研究興趣。此外，學(xué)生們?cè)谡莆辗蔷Ш蜏?zhǔn)晶的概念的同時(shí)，還對(duì)非晶這一特殊結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展及應(yīng)用價(jià)值有了較為直觀的了解。反過(guò)來(lái)，通過(guò)對(duì)特殊原子排列結(jié)構(gòu)的理解與學(xué)習(xí)更能促進(jìn)學(xué)生對(duì)金屬結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容的聯(lián)想與反思。這樣，對(duì)于工程材料學(xué)課程中其他相關(guān)內(nèi)容的理解也起到較大幫助作用。又如在《有色金屬》章節(jié)介紹“鎂合金材料”時(shí)，筆者吸取前人的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將鎂合金材料領(lǐng)域多年的研究積累濃縮在一節(jié)課中對(duì)學(xué)生做了生動(dòng)的介紹，特別注重高性能鎂合金材料研究思想的介紹?？山到怄V合金材料作為生物醫(yī)用材料有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谪S富課程理論內(nèi)容的同時(shí)，也向?qū)W生傳達(dá)了前沿的研究思想與發(fā)展趨勢(shì)，不僅有助于學(xué)生對(duì)工程材料領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，也有助于學(xué)生建立材料科學(xué)整體的宏觀認(rèn)知與理解[5]。

2.2 倡導(dǎo)學(xué)生自主探究與全面發(fā)展

為了提高學(xué)生主動(dòng)思考能力，筆者在結(jié)合基礎(chǔ)理論講授與前沿研究的基礎(chǔ)上，采用了倡導(dǎo)學(xué)生自主探究與全面發(fā)展的課堂教學(xué)模式。自主探究與全面發(fā)展的課堂教學(xué)模式具有一定的靈活性，不同的課型教學(xué)結(jié)構(gòu)有所不同，但一般應(yīng)遵循的程序是：在教師創(chuàng)建的教學(xué)情景中，學(xué)生完成自我學(xué)習(xí)和自我驗(yàn)證。這也是教師起間接主導(dǎo)作用的集中體現(xiàn)。在培養(yǎng)學(xué)生完成自主探究式學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師需明確學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生合作發(fā)展，從而使學(xué)生在探索過(guò)程中激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，為下一環(huán)節(jié)的探究學(xué)習(xí)做好心理與技能方面的準(zhǔn)備，這是保證學(xué)生獲得自主探究學(xué)習(xí)最佳效果的前提。在此過(guò)程中教師應(yīng)把握好教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定，即設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)要具有階梯性。從學(xué)生已有知識(shí)和學(xué)習(xí)實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)高質(zhì)量的，富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，運(yùn)用新穎活潑的教學(xué)形式激發(fā)學(xué)生的求知欲。激活學(xué)生的思維，可讓學(xué)生自由組合小團(tuán)隊(duì)，共同向著明確的目標(biāo)指向奮進(jìn)，引導(dǎo)他們以高度的注意力進(jìn)入下一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)。為了檢查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況，我們?cè)趯W(xué)生自主探究，自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上鼓勵(lì)學(xué)生積極參加開(kāi)放實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和積極申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，在實(shí)踐過(guò)程中加以點(diǎn)撥導(dǎo)學(xué)，檢測(cè)反饋等多維互動(dòng)的模式。從而使得教師的講解更具有針對(duì)性和及時(shí)性。強(qiáng)化訓(xùn)練，總結(jié)鞏固，自評(píng)互評(píng)，遷移應(yīng)用，這是強(qiáng)調(diào)該模式的整體效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是對(duì)前幾個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展和升華。培養(yǎng)了學(xué)生的求異思維，發(fā)散思維，逆向思維，創(chuàng)造性思維等思維能力。

3 結(jié)語(yǔ)

總體看來(lái)，在多種教學(xué)手段的輔助下采用理論傳授，結(jié)合前沿研究，學(xué)生自主探究和全面發(fā)展的教學(xué)方法取得了顯著的成效。通過(guò)學(xué)生的課堂表現(xiàn)與期末試卷完成情況來(lái)看，大部分學(xué)生可以依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)名詞解釋題和基礎(chǔ)問(wèn)答題給出主要特征描述并能準(zhǔn)確把握關(guān)鍵性詞語(yǔ)的使用。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生除了對(duì)工程材料的分類用途有了清晰的認(rèn)識(shí)外，較好地掌握了各類常見(jiàn)金屬工程材料的組織、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及能根據(jù)零件技術(shù)要求和服役條件正確地選擇材料和制訂改性工藝。通過(guò)改進(jìn)的教學(xué)方法，我們有效地完成了本課程教學(xué)大綱所設(shè)定的目標(biāo)。

［1］郭訓(xùn)忠.工程材料學(xué)教學(xué)的若干思考[J].科教文匯,2012(11):39.

［2］劉萬(wàn)輝,毛新宇,鮑愛(ài)蓮,等.工程材料學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].科技咨詢,2006(7):216.

［3］王煥琴,宋林森,王保紅,等.自主探究與合作發(fā)展的“工程材料學(xué)”課堂教學(xué)模式研究[J].職業(yè)教育研,2006(12):98.

［4］胡志豪.工程材料課程教學(xué)改革的實(shí)踐與思考[J].職業(yè)技術(shù)教育,2006(14):39.

［5］袁廣銀.基礎(chǔ)理論與前沿研究相結(jié)合[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2013(19):23.

張子英（1978—），男，湖北黃岡人，博士，上海工程技術(shù)大學(xué)，講師，研究方向?yàn)槟臀g合金的腐蝕行為。

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