機械工程材料及其成形技術(shù)課程教學(xué)改革探討

張晴晴 代光輝 史良馬

（巢湖學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

1 引言

機械工程材料及其成形技術(shù)是巢湖學(xué)院（以下簡稱本校）機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門主干課程，也是一門兼有很強學(xué)科理論性和應(yīng)用技能性的專業(yè)核心技術(shù)類課程。該課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握有關(guān)工程結(jié)構(gòu)和機械類零件常用金屬材料和非金屬材料的基本理論知識和性能特點，使其初步具備根據(jù)零件工作條件和失效形式，合理選材與使用材料，正確制定零件的冷熱加工工藝路線，并提出合理熱處理技術(shù)要求的能力，以及掌握常用的材料成形工藝的能力[1-2]。就本校機械工程材料及其成形技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀而言，存在以下問題和不足：

（1）本課程涵蓋的內(nèi)容較多，既包含了機械工程材料的基礎(chǔ)內(nèi)容部分，又包含了材料成形技術(shù)方面的內(nèi)容[3]，整個課程的概念較多且抽象難懂，對于學(xué)生來說理解起來有一定困難。

（2）在該課程的教學(xué)活動中，對于“材料的成分→工藝→組織結(jié)構(gòu)→性能→應(yīng)用”這條主線之間的各個知識點之間的相互關(guān)系講解不夠突出，整個課程的知識點的教學(xué)較為分散，不利于學(xué)生掌握它們之間的關(guān)聯(lián)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)時經(jīng)常出現(xiàn)“學(xué)此忘彼”的現(xiàn)象，更不利于學(xué)生對所學(xué)理論知識的實際運用。

（3）該課程的實踐性和應(yīng)用性較強，課程教學(xué)目標(biāo)中要求學(xué)生能夠根據(jù)零件的實際工況進行零件的選材和加工工藝路線的制定，從以往的教學(xué)效果看，學(xué)生對所學(xué)知識的實際應(yīng)用能力不足，碰到機械工程的實際問題時往往無從下手，且傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容多是驗證性 （比如硬度、抗拉強度的測量，鐵碳平衡組織觀察等），不足以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)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。

通過上述分析可知，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法在提高學(xué)生對所學(xué)知識的掌握能力和應(yīng)用轉(zhuǎn)化能力方面尚有欠缺，為適應(yīng)應(yīng)用型本科教學(xué)的宗旨，結(jié)合本校機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，擬從理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩個方面，提出如下課程改革和優(yōu)化措施。

2 理論教學(xué)改革措施

2.1 注重各章節(jié)知識點的總結(jié)歸納

為增強學(xué)生對知識點的理解和掌握，增強課程內(nèi)容的邏輯性和關(guān)聯(lián)性，圍繞“材料的成分→工藝→組織結(jié)構(gòu)→性能→應(yīng)用”這一主線，在課堂講解中，總結(jié)歸納各個知識點之間的相互聯(lián)系，通過對比分析、總結(jié)歸納等形式將各章節(jié)內(nèi)部、章節(jié)與章節(jié)之間的有相互關(guān)聯(lián)的知識點整合到一起，并重點分析它們之間的相互關(guān)系，以增強學(xué)生對所學(xué)知識點的理解和對該課程各個知識點的記憶，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

例如，在講解常用金屬材料中的滲碳鋼時，為增強學(xué)生對滲碳鋼的的成分、加工工藝、性能及用途等有更清晰的認識，可將其滲碳前后的組織對比，含碳量的變化對比，性能的變化等內(nèi)容以表格的形式進行總結(jié)歸納，進而自然而然地由其成分、工藝、和性能等特點引入其應(yīng)用場合，對滲碳鋼的總結(jié)對比如表1所示。這樣不僅可以使學(xué)生對滲碳鋼的認識更透徹，也對前面學(xué)習(xí)過的知識點，鐵碳合金相圖、鋼的熱處理、合金元素在鋼中的作用等內(nèi)容作了一次簡短的回顧，加深了學(xué)生對知識點的掌握。

表1 滲碳鋼在滲碳處理、淬火+低溫回火前后對比

2.2 增強專業(yè)課間的橫向關(guān)聯(lián)

該課程是聯(lián)系設(shè)計類課程和制造類課程的紐帶，是從基礎(chǔ)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)的橋梁[4]，在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中對其與設(shè)計類課程和制造類課程的關(guān)聯(lián)較少，不足以使學(xué)生系統(tǒng)地掌握專業(yè)知識。為增強該課程與其它設(shè)計類專業(yè)課程和制造類專業(yè)課程的橫向關(guān)聯(lián)，使學(xué)生能夠充分把握其在各專業(yè)知識中的作用，在教學(xué)過程中對于與其它專業(yè)課程有重要關(guān)聯(lián)的知識點，著重闡述其相互關(guān)系及應(yīng)用。比如在講解金屬材料的性能時，將其與機械設(shè)計中的關(guān)于材料選擇及強度計算等方面的內(nèi)容聯(lián)系起來，并可通過機械設(shè)計實例來輔助講解常用材料在機械設(shè)計中的應(yīng)用；再比如，在講解典型零件的加工工藝路線的確定時，可適當(dāng)加入機械制造類課程中有關(guān)工藝規(guī)程的制定和工藝過程的確定方面的知識，以加深學(xué)生對工藝路線的確定原則的理解。

通過在教學(xué)過程中增強該課程與其它專業(yè)課程之間的關(guān)聯(lián)，可以幫助學(xué)生從系統(tǒng)的角度出發(fā)理解所學(xué)知識、運用所學(xué)知識，并能幫助學(xué)生深入理解該課程在整個專業(yè)課程中的作用，從而將該課程和其它重要專業(yè)課程有機地結(jié)合起來，形成層次分明、邏輯清晰的專業(yè)知識體系。

2.3 加強理論知識與工程實際的聯(lián)系

本課程內(nèi)容的理論性較強，對于學(xué)生來說，脫離工程實際的理論知識教學(xué)枯燥乏味，而生活中見到的材料又只能看到其表象，無法了解其性能，難以做到理論與工程實際應(yīng)用聯(lián)系記憶。為將理論知識簡單化和直觀化，可以通過引用工程實例的方式來輔助教學(xué)。以我國機械零件編碼系統(tǒng)[5]中粗分類或細分類給出的零件作為基本單元，分析不同類型零件的使用場合以及性能要求，總結(jié)不同零件選用的材料類型和熱處理工藝類型，最終落腳于教材中的理論知識點，通過此種逆向?qū)嵺`過程，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合具體零件了解與記憶理論知識，提高學(xué)生的應(yīng)用能力。

3 實驗教學(xué)內(nèi)容的整合和優(yōu)化

我校傳統(tǒng)的機械工程材料及其成形技術(shù)實驗項目較為陳舊，實驗內(nèi)容之間較為分散和獨立，實驗教學(xué)上缺乏系統(tǒng)性和連貫性；另外，該課程的實驗項目偏重于機械工程材料方面，而材料成形方面的實驗項目偏少。傳統(tǒng)的實驗項目和內(nèi)容如表2所示：

表2 原實驗項目和內(nèi)容

為在有限的實驗條件和實驗資源內(nèi)達到更好的實驗效果和實驗水平，提高學(xué)生的實驗認知能力和綜合實驗技能，使實驗項目和內(nèi)容的安排既有一定的廣度又有一定的深度，對實驗教學(xué)內(nèi)容作了如下整合和優(yōu)化。

3.1 實驗內(nèi)容的整合

為培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，綜合分析能力和解決實際問題的能力，對原實驗項目1至4作了整合，刪去了原實驗項目中單獨開設(shè)的硬度測量實驗和低碳鋼拉伸實驗，將基礎(chǔ)測量儀器的使用教學(xué)內(nèi)容放置到基礎(chǔ)認知實驗中；將鐵碳平衡組織觀察實驗和鋼的熱處理實驗合在一起，又補入了金相試樣的制備，及熱處理前后組織的對比觀察和性能對比分析內(nèi)容，整合成了4個學(xué)時的綜合設(shè)計實驗，這樣在擴充機械工程材料方面的實驗內(nèi)容的同時進一步減少了該部分的實驗課時數(shù)。另外，將機械工程材料部分縮減的實驗課時補入材料成形部分，結(jié)合我?，F(xiàn)有材料成形方面的實驗設(shè)備 （3D打印成形設(shè)備和擠出模具成形設(shè)備），將材料成形方面的實驗修改為3D打印成形工藝分析實驗和擠出模具成形工藝分析實驗，使得材料成形方面的實驗項目增至兩個，以提高學(xué)生對成形工藝的認識，整合后的實驗項目和內(nèi)容如表3所示：

表3 整合和優(yōu)化后的實驗項目和內(nèi)容

3.2 實驗教學(xué)方法的優(yōu)化

在作上述實驗內(nèi)容的整合的同時，將原來的驗證型的鐵碳平衡組織觀察實驗和鋼的熱處理實驗的教學(xué)方法優(yōu)化成了綜合型和設(shè)計型的綜合設(shè)計實驗，在有限的教學(xué)條件和教學(xué)資源內(nèi)將原本已知實驗結(jié)果的驗證型實驗轉(zhuǎn)變成了探索型實驗，學(xué)生做實驗不再是“依葫蘆畫瓢”，而是經(jīng)過獨立思考，獨立完成選材、工藝路線制定、制備金相式樣、顯微組織觀察及性能對比分析等一系列綜合設(shè)計實驗內(nèi)容，不僅提高了學(xué)生的獨立思考、分析和解決實際問題的能力，也提高了學(xué)生的實驗積極性。

通過上述實驗教學(xué)的整合和優(yōu)化，在保證總實驗課時不變的基礎(chǔ)上，對實驗教學(xué)的廣度和深度均作了擴充，使修改后的實驗項目和內(nèi)容更貼合實驗教學(xué)目標(biāo)的要求

4 總結(jié)

通過分析我校機械工程材料及其成形技術(shù)課程教學(xué)研究的現(xiàn)狀，從我校目前在該課程教學(xué)中存在的問題和不足出發(fā)，結(jié)合我校的教學(xué)條件和教學(xué)資源，從理論教學(xué)的改革和實驗教學(xué)的整合和優(yōu)化兩個方面著手提出了適應(yīng)應(yīng)用型本科教學(xué)宗旨及我校機械設(shè)計制造及其自動化培養(yǎng)目標(biāo)的課程改革和優(yōu)化措施。該措施旨在提高學(xué)生對所學(xué)知識的掌握能力和應(yīng)用轉(zhuǎn)化能力，取得了較好的教學(xué)效果。

[1]雷聲，吳躍波.《工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革初探[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報，2010，（3）：61-63.

[2]孫繼兵，丁賀偉，王清周，等.機械工程材料精品課程建設(shè)與教學(xué)改革的實踐與思考[J].中國輕工教育，2010，（1）：52-54.

[3]申榮華.工程材料及其成形技術(shù)基礎(chǔ)（第2版）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013.

[4]張有強，羅樹麗，周嶺.機械工程材料課程教學(xué)探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2013，（3）：56-58.

[5]于駿一，鄒青.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.