《材料工程基礎(chǔ)》課程理論與實(shí)踐教學(xué)探討

胡標(biāo)　徐子芳

摘要：《材料工程基礎(chǔ)》課程是材料工程專業(yè)由基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課轉(zhuǎn)變的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。作者結(jié)合該課程教學(xué)及實(shí)踐的體會(huì)，從課程現(xiàn)狀、教學(xué)內(nèi)容及特點(diǎn)、理論與實(shí)踐教學(xué)的方法和手段等方面進(jìn)行了初步的探討，并提出了提高教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：材料工程基礎(chǔ)；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；探討

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）52-0171-02

我校無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)自1996年建設(shè)以來(lái)，為建材及相關(guān)行業(yè)輸送了大量高素質(zhì)工程技術(shù)人才，特別在傳統(tǒng)建材如玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等行業(yè)深受歡迎，取得了良好的社會(huì)效應(yīng)。我校為適應(yīng)社會(huì)人才發(fā)展的需要，近年來(lái)采取了專業(yè)學(xué)位碩士、卓越工程師計(jì)劃、高等教育振興計(jì)劃、專業(yè)綜合改革試點(diǎn)等眾多舉措來(lái)培養(yǎng)工程技術(shù)人才。與此相適應(yīng)，材料類工程技術(shù)人才在具有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和較強(qiáng)的思維能力的同時(shí)還應(yīng)具有突出的工程開發(fā)、研究及應(yīng)用實(shí)踐能力。《材料工程基礎(chǔ)》是教育部21世紀(jì)初高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)內(nèi)容體系改革的研究”中的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是我校無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的核心課程。本文結(jié)合《材料工程基礎(chǔ)》課程在教學(xué)及科研中的實(shí)踐體會(huì)，從課程現(xiàn)狀、課程教學(xué)內(nèi)容及特點(diǎn)、課程理論與實(shí)踐教學(xué)的方法和手段等方面進(jìn)行了初步的探討，并對(duì)課程的建設(shè)提出了幾點(diǎn)建議，以期進(jìn)一步提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、《材料工程基礎(chǔ)》課程現(xiàn)狀

由于材料的綜合性、多樣性和跨學(xué)科性，使得材料工程基礎(chǔ)的內(nèi)容具有多樣性，很難對(duì)其進(jìn)行界定。目前全國(guó)各高校的材料工程專業(yè)均開設(shè)了《材料工程基礎(chǔ)》或類似課程。然而同樣是《材料工程基礎(chǔ)》課程，全國(guó)各高校根據(jù)自身的辦學(xué)特點(diǎn)及培養(yǎng)目標(biāo)在教材選用授課內(nèi)容等方面卻迥然不同。對(duì)教材而言，《材料工程基礎(chǔ)》課程或相似名稱課程的教材較多而且不同教材的側(cè)重點(diǎn)有所不同；對(duì)授課內(nèi)容而言，不同高校具有不同的特點(diǎn)。四川大學(xué)偏向于講授金屬材料的物理冶金，闡明金屬和合金材料的化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)、加工過(guò)程及性能之間的基本規(guī)律；浙江大學(xué)雖沒(méi)有開設(shè)《材料工程基礎(chǔ)》，但開設(shè)了《材料工藝基礎(chǔ)》，講授了各種材料的性能及制備方法。

近年來(lái)，隨著各種新材料的快速發(fā)展，在基本理論、工程研究方法、工程測(cè)試技術(shù)等方面均取得了顯著的成績(jī)，而《材料工程基礎(chǔ)》課程的教材內(nèi)容更新較慢，跟不上企業(yè)技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)相對(duì)滯后的現(xiàn)象。當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程大部分通過(guò)商業(yè)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行先進(jìn)的自動(dòng)化控制，因此《材料工程基礎(chǔ)》課程還應(yīng)介紹工業(yè)最新的技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備，同時(shí)應(yīng)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基本原理、應(yīng)用軟件和基本方法。

二、課程教學(xué)內(nèi)容及特點(diǎn)

針對(duì)我校無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)特點(diǎn)和培養(yǎng)計(jì)劃，《材料工程基礎(chǔ)》課程選用武漢理工大學(xué)孫晉濤教授編寫的《硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)》作為教材。本書有六章內(nèi)容，包括氣體力學(xué)在窯爐中的應(yīng)用、傳熱原理、傳質(zhì)原理、燃料及其燃燒、固體燃料氣化過(guò)程及設(shè)備、干燥過(guò)程與設(shè)備。由于該書是按76～94學(xué)時(shí)編寫的，而分配給《材料工程基礎(chǔ)》課程的學(xué)時(shí)數(shù)只有40學(xué)時(shí)，因此根據(jù)無(wú)機(jī)非金屬材料生產(chǎn)過(guò)程中所涉及的工程理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐，在講授該課程時(shí)對(duì)教材中的內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膭h減，使教學(xué)內(nèi)容詳略得當(dāng)。此外還選擇了武漢理工大學(xué)徐德龍和謝俊林教授編寫的《材料工程基礎(chǔ)》、陳卓如編寫的《工程流體力學(xué)（第2版）》、楊世銘和陶文銓編寫的《傳熱學(xué)（第4版）》以及孫學(xué)信和陳建原編寫的《煤粉燃燒物理化學(xué)基礎(chǔ)》作為主要參考書。《材料工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)安排簡(jiǎn)要介紹如下。

1.氣體力學(xué)在窯爐中的應(yīng)用（12學(xué)時(shí)）：本章主要介紹氣體流動(dòng)的質(zhì)量方程、能量方程、動(dòng)量方程、兩流體伯努利方程、分散垂直氣流法則、煙囪的工作原理及煙囪的熱工計(jì)算等，讓學(xué)生們掌握氣體在硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)中的流動(dòng)規(guī)律。

2.傳熱原理（16學(xué)時(shí)）：本章主要介紹了三種基本傳熱方式（即導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射）的基本概念、基本定律和相關(guān)的傳熱計(jì)算等，學(xué)習(xí)本章的主要目的是讓學(xué)生們掌握傳熱的客觀規(guī)律，能夠通過(guò)本章的學(xué)習(xí)提出強(qiáng)化有益?zhèn)鳠?、削弱有害傳熱的途徑和措施，以達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低消耗的目的。

3.燃料及其燃燒（6學(xué)時(shí)）：本章主要介紹了燃料的種類和組成、燃料的熱工性質(zhì)及選用原則、燃燒計(jì)算、燃燒過(guò)程及燃燒設(shè)備等，讓學(xué)生了解各類燃料的熱工性質(zhì)、燃燒過(guò)程及燃燒設(shè)備的特點(diǎn)，掌握燃燒計(jì)算的方法，以便合理地選用燃燒設(shè)備及組織燃燒過(guò)程。

4.干燥過(guò)程與設(shè)備（6學(xué)時(shí)）：干燥的方法、濕空氣的性質(zhì)、濕空氣的I～X圖及其應(yīng)用、干燥過(guò)程的物料平衡及熱平衡、干燥的物理過(guò)程、干燥設(shè)備等，讓學(xué)生了解物料或制品干燥的基本規(guī)律，為其后續(xù)的加工提供保障。

從教學(xué)內(nèi)容可以看出，本課程的理論性較強(qiáng)，基本概念、基本定律較多，計(jì)算量大，特別是流體力學(xué)、傳熱原理等章節(jié)，基本概念抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，對(duì)高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，而且各章節(jié)內(nèi)的連貫性較大，一旦學(xué)生對(duì)前面講述的知識(shí)沒(méi)能很好地掌握，對(duì)后面理解新知識(shí)就很困難，容易失去對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。因此，針對(duì)本課程的特點(diǎn)以及學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，選擇合適的教學(xué)方法和手段調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，由教師的“教”轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)的“學(xué)”。

三、理論教學(xué)方法與手段

在課程教學(xué)中，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容選用不同的教學(xué)方法和手段，使理論基礎(chǔ)與工程實(shí)踐相結(jié)合，抽象的概念具體化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)任課教師應(yīng)及時(shí)為同學(xué)答疑解惑，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

1.板書教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合。如前所述，《材料工程基礎(chǔ)》課程涉及了眾多的數(shù)學(xué)概念和數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，如果完全采用多媒體教學(xué)，學(xué)生很難在有限時(shí)間內(nèi)掌握教學(xué)內(nèi)容。因此采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式控制講解速度，留給學(xué)生一定的思考時(shí)間，使學(xué)生的思路跟上講課的節(jié)奏，其教學(xué)效果明顯優(yōu)于單純的多媒體教學(xué)。板書教學(xué)和多媒體教學(xué)若能有效地結(jié)合，能夠豐富教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)教學(xué)的生動(dòng)性，加深學(xué)生對(duì)基本概念、基本定律、工程實(shí)踐等內(nèi)容的理解與認(rèn)識(shí)。

2.提問(wèn)式教學(xué)?！恫牧瞎こ袒A(chǔ)》課程雖然是專業(yè)基礎(chǔ)課，但其與工程實(shí)踐聯(lián)系的非常緊密，更傾向于解決工程實(shí)際問(wèn)題。在教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)基本概念、基本理論，結(jié)合實(shí)際，提出一些簡(jiǎn)單具體的工程實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽講，更能引起同學(xué)們的注意。

3.課后作業(yè)及答疑。《材料工程基礎(chǔ)》課程涉及大量抽象概念、數(shù)學(xué)方程煩瑣、計(jì)算多，使得同學(xué)們有時(shí)遇到一些實(shí)際的計(jì)算問(wèn)題就束手無(wú)策，不知從何做起。因此，僅靠理解基本概念、基本定律還不夠，需要做一些相關(guān)的習(xí)題，進(jìn)一步加深對(duì)基本概念、基本定律的理解。當(dāng)某些章節(jié)講完后，會(huì)給同學(xué)們布置一些相關(guān)的習(xí)題，并進(jìn)行批改，找出他們?nèi)菀缀雎曰蚬残缘膯?wèn)題，在上課時(shí)為同學(xué)們統(tǒng)一講解，提出要注意的問(wèn)題。此外可以通過(guò)建立QQ群，同學(xué)們?cè)谌豪锝涣饔懻?、分享教育學(xué)資源；與此同時(shí)，還可采用電話、郵件、微信等多種方式為學(xué)生及時(shí)解惑，使學(xué)生盡快消化所學(xué)內(nèi)容。

四、實(shí)踐教學(xué)方法與手段

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)無(wú)論是對(duì)學(xué)生基本概念、基本理論的掌握還是對(duì)工程實(shí)踐的培養(yǎng)都是至關(guān)重要的。在本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，安排了金屬和非金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)和膨脹系數(shù)的測(cè)定、煤的工業(yè)分析、煤的發(fā)熱量測(cè)定、陶瓷粉末的制備、壓制、燒結(jié)及其性能等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)理論內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和自主思考能力。

2.企業(yè)參觀實(shí)習(xí)。僅僅通過(guò)課堂的教學(xué)很難和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)工藝聯(lián)系在一起，因此非常有必要組織學(xué)生去企業(yè)參觀實(shí)習(xí)，將企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)與課程教學(xué)環(huán)節(jié)相聯(lián)系，使教學(xué)達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。通過(guò)參觀實(shí)習(xí)，讓同學(xué)們對(duì)工廠的生產(chǎn)過(guò)程有感性的認(rèn)識(shí)，并能將實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程與相關(guān)的基礎(chǔ)理論相聯(lián)系，進(jìn)一步鞏固和理解課本理論知識(shí)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。要求學(xué)生撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告，將參觀實(shí)習(xí)的心得和發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)反饋給老師，使教師不斷地更新教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，形成良性循環(huán)。

3.參與科研。我校為培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，引導(dǎo)和鼓勵(lì)大學(xué)生積極自主開展科研活動(dòng)，提供了很多平臺(tái)，如大學(xué)生科研立項(xiàng)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽等，借此機(jī)會(huì)引導(dǎo)學(xué)生積極參與科研工作，指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)科研項(xiàng)目。

五、對(duì)課程建設(shè)的幾點(diǎn)建議

1.《材料工程基礎(chǔ)》課程是我校針對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)在第四學(xué)期開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程具有理論性較強(qiáng)、基本概念抽象、基本定律較多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜、內(nèi)容龐雜等特點(diǎn)。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。目前我校非金屬專業(yè)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備較少，場(chǎng)地小，不能同時(shí)開展多人實(shí)驗(yàn)，而且由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的缺乏，有些與專業(yè)課密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)無(wú)法開展，因此建議我校能夠加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)力度，提高對(duì)現(xiàn)代技術(shù)的資金的投入。

3.師資隊(duì)伍是專業(yè)建設(shè)的重要保障。由于《材料工程基礎(chǔ)》課程體系的特點(diǎn)尤其需要發(fā)揚(yáng)教師團(tuán)隊(duì)精神，取長(zhǎng)補(bǔ)短發(fā)揮群體優(yōu)勢(shì)。完善師資隊(duì)伍建設(shè)，加強(qiáng)教師與企業(yè)之間的合作交流，形成一支熱愛(ài)教學(xué)專業(yè)、結(jié)構(gòu)合理、年齡結(jié)構(gòu)優(yōu)化的師資隊(duì)伍，為優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)方法、提高教學(xué)水平而共同努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王昆林.材料工程基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版，2009.

[2]文進(jìn)，謝俊林.《材料工程基礎(chǔ)》課程改革與實(shí)踐[J].理工高教研究，2002，21（5）：111-112.