《工程材料及成型技術(shù)》課程教學改革探討

劉昊+董光明

摘要：《工程材料及成型技術(shù)》是高等教育機械類專業(yè)的一門重要的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課程。本文分析和總結(jié)了課程的特點以及教學現(xiàn)狀，基于課程特點從教學主線與重點、教學方法和教學實驗三個方面探討了課程改革方案，以期激發(fā)學生學習動機和自主性，提高教學效果。

關(guān)鍵詞：課程特點；學習動機；教學主線；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）11-0089-02

《工程材料及成型技術(shù)》是高等教育機械類專業(yè)的一門重要的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課程[1]，肩負著為國家制造業(yè)戰(zhàn)略的實施培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的專業(yè)人才與技術(shù)人才的任務。課程內(nèi)容由工程材料和成型技術(shù)兩大部分組成。通過本課程的學習，在給出一般機械產(chǎn)品或其零部件的功能、工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提下，學生能獨立完成選材、編制加工工藝等整個制造過程，并能對產(chǎn)品及零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計給出指導性建議。

一、課程特點與教學現(xiàn)狀

1.教學內(nèi)容涵蓋廣，教學重點不夠突出。根據(jù)大學通識教育的指導思想，本課程實際上由原先的《工程材料》、《金屬工藝學》和《材料成型技術(shù)基礎(chǔ)》三門課程的內(nèi)容合并而成。本課程教學內(nèi)容多而繁雜，包含材料學、熱處理工藝、工藝設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等。近些年，專業(yè)基礎(chǔ)課程的課時被縮減，在客觀上造成了教學內(nèi)容與教學課時不成比例，導致在教學中教師不得不一味地趕進度來完成教學內(nèi)容。這就容易造成課堂氣氛沉悶，學生學習興趣低，教學效果堪憂。

2.課程綜合性強、涉及基礎(chǔ)知識多。本課程的教學內(nèi)容建立在材料科學、材料力學、機械設(shè)計、機械制圖等課程的基礎(chǔ)知識上，具有基本概念多、記憶性強、邏輯性較差的特點。例如，課程中介紹了大量常用的金屬材料、非金屬材料和復合材料，需要識記眾多的牌號、性能特點、熱處理工藝、適用場合等等，對于機械類專業(yè)的工科學生，材料科學基本知識儲備較為薄弱，對出現(xiàn)的相近概念容易混淆，很難進行理解記憶，導致學生在考試前突擊記憶，即使考試順利通過，在考試后這些知識迅速被遺忘，達不到理想的教學目的。

3.課程理論性與實踐性強，與金工實習或工程訓練結(jié)合緊密。課程具有較強的理論性，尤其在工程材料部分，涉及大量晶體學、金屬學、凝固學的基本概念和原理。同時課程也具有實踐性強的特點，例如，在材料性能上就包括靜載拉伸實驗、沖擊實驗等；在成型技術(shù)上更包含了以鑄造、鍛造、焊接為代表的各種成型方法。而實踐性比較強的教學內(nèi)容，如果只是通過傳統(tǒng)的課堂講解灌輸知識，往往老師教得枯燥而費力、學生學得吃力而乏味。許多院校認識到必須開展相關(guān)實驗教學，以增強教學效果。但由于實驗設(shè)置單調(diào)，引導性差等原因，導致學生機械化地、按部就班地進行實驗，沒有達到設(shè)置實驗教學的預期目的。

二、教學內(nèi)容與方法的探索與思考

1.明確教學主線，緊扣教學重點。課程教學內(nèi)容繁多，但應該充分挖掘各部分教學內(nèi)容中內(nèi)在的邏輯關(guān)系，明確教學主線，形成合理的知識網(wǎng)絡(luò)。在教學中，首先向?qū)W生強調(diào)表明教學主線，結(jié)構(gòu)知識體系，隨后逐步細化。這樣，一方面有助于學生從較高的視角把握課程的總體內(nèi)容，另一方面也能幫助學生從邏輯上理解各部分教學內(nèi)容，深化記憶。例如，在工程材料部分，前三章內(nèi)容分別是：材料的主要性能、金屬材料的組織結(jié)構(gòu)、熱處理即表面處理，章節(jié)內(nèi)容看似相對獨立。但在教學中要注意貫穿“微觀組織結(jié)構(gòu)——宏觀性能表現(xiàn)”這條教學主線，這樣，第一章內(nèi)容是材料宏觀性能表現(xiàn)，具體細化為強度、塑性、韌性、硬度為代表的力學性能和材料的工藝性能；第二章內(nèi)容解析材料的微觀組織結(jié)構(gòu)，根據(jù)教學主線，講授相關(guān)微觀組織結(jié)構(gòu)特點時，回顧并建立與宏觀性能的關(guān)聯(lián)，如點、線、面的晶體缺陷與力學性能的關(guān)聯(lián)；第三章的內(nèi)涵是通過熱處理改變微觀組織結(jié)構(gòu)而調(diào)控力學性能。

為適應學時的縮減，在教學中不能多點開花，一定要注意突出重點。根據(jù)學生反饋，鐵碳合金相圖抽象難以理解。但鐵碳相圖同時也是教學重點，是關(guān)聯(lián)后續(xù)選材、熱處理、成型工藝的主線。如果學生不能學會鐵碳合金相圖，本課程后續(xù)大部分內(nèi)容的學習，學生都很難真正理解，必然落入碎片化的簡單機械記憶，導致學習動力和學習興趣下降。在僅有32個學時的條件下，材料學基礎(chǔ)部分的教學內(nèi)容僅針對金屬材料展開，再考慮到針對機械工程方面的實際應用，對于后續(xù)非金屬材料和復合材料、非金屬材料成型章節(jié)，應該留給學有余力的學生課后自學。

2.合理運用教學方法，激發(fā)學習動機。教學手段與方法的合理運用，能幫助學生深入淺出地理解知識點，也能激發(fā)學習動機。工程材料及成型技術(shù)的課程內(nèi)容實際上與日常生活息息相關(guān)，教師可以充分利用學生身邊感興趣的事物，引入知識點的學習。例如，向?qū)W生播放彎曲勺子的魔術(shù)視頻，激發(fā)學生學習金屬材料的興趣，也對形狀記憶合金有深刻的認識。

組織生動有趣的教學語言，可以有效提升教學效果，加深學生印象。比如，講述到鋼的熱處理時，學生通常容易混淆退火、正火、淬火、回火之間的區(qū)別和關(guān)系。若根據(jù)四種熱處理工藝的關(guān)系，講授中稱“退火和正火是一對雙胞胎，淬火和回火是一對好兄弟”，使學生深化理解退火和正火工藝目的的相似性和工藝特點的區(qū)別，淬火和回火熱處理之間的關(guān)系。在各教學單元或知識點之間，利用其內(nèi)在的邏輯關(guān)系，設(shè)置合理的過渡性語言或者問題，幫助學生內(nèi)化理解。比如，在金屬材料的組織結(jié)構(gòu)中，學習了合金的晶體結(jié)構(gòu)和基本概念后，提出問題“合金的結(jié)晶過程是怎么樣的呢”，進而引出合金相圖的教學內(nèi)容，這樣既表示了所學知識點之間的邏輯關(guān)系，又通過設(shè)問導入新的教學內(nèi)容。

對于抽象難懂的概念及理論，要善于運用圖片、動畫、視頻等多媒體教學手段，將抽象的知識點感性化、具體化、形象化，使學生更易理解，也更能加強記憶。比如，通過真實的金相組織顯微圖片配合相應的示意圖，引導學生理解和區(qū)分珠光體、萊氏體、貝氏體等組織的分布特點。

在金屬材料的教學中，要羅列學習介紹碳素結(jié)構(gòu)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼以及不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等特殊性能鋼等常用金屬材料。如果采用以教師為主體進行講解的傳統(tǒng)教學方法，學生被動接受，嚴重挫傷學生學習的主動性，教學效果很不理想。組織討論環(huán)節(jié)，分小組，每個小組負責一類材料，引導學生主動搜集資料，然后小組之間討論學習。這樣改變了學生簡單接受講授知識的學習方式，調(diào)動了學生積極性，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

3.注重實驗，鞏固課堂教學效果。本課程實踐性強的特點意味著在教學中必須強調(diào)實驗教學和課堂教學的結(jié)合，以實驗教學鞏固強化課堂教學，才能達到理想的教學效果。這一點基本是本課程教育教學的共識。針對這門課程，各院校也開設(shè)了“碳鋼的力學性能”、“金相組織觀察”、“冷變形強化”等綜合實驗[2]，目的在于鞏固課堂所學基本理論與概念，培養(yǎng)學生綜合分析能力和動手實踐能力。但目前實驗課教學，多采用教師制定實驗計劃，學生按照實驗計劃中的步驟一步一步執(zhí)行的方式來進行。這種方式學生缺乏自主思考過程，在整個實驗進程中處于被動接受狀態(tài)，甚至在完全沒有理解實驗性質(zhì)的情況機械地執(zhí)行完了實驗過程。這背離了與實驗開設(shè)的初衷和目的，無法激活學生的積極性和創(chuàng)造力。

在實驗教學中，探索出新的實驗教學方案：設(shè)置分組競賽，由教師明確實驗要求和目標，學生獨立設(shè)計實驗方法，通過教師確定實驗可行性，最終在小組間評價實驗效果。例如，開設(shè)“鋼的熱處理”實驗，實驗要求和目標是采用熱處理提高鋼的硬度，給學生提供幾種不同的鋼材以及可使用的熱處理設(shè)備，由學生根據(jù)課堂知識自主選擇鋼材、獨立設(shè)計熱處理工藝，在教師審核可行性后執(zhí)行實驗，以硬度提升幅度等指標評價各小組的實驗效果。這樣，以實驗的自主性激發(fā)學生創(chuàng)造力，以競爭機制刺激學生的學習動機。

三、結(jié)語

通過總結(jié)《工程材料及成型技術(shù)》的課程特點以及在目前教學中面臨的共性問題，從明確教學主線與重點、合理運用教學方法、提升實驗教學三個方面，對本課程的教學改革進行了初步的探討。所提出措施旨在通過激發(fā)學生學習動機和自主性，鞏固教學成果和提高教學效果。

參考文獻：

[1]林建榕.工程材料及成形技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]曹宇.《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》課程的案例教學方法探討[J].科技教育，2015，（31）.

Discussion on the Teaching Reform of Engineering Materials and Molding Technology

LIU Hao，DONG Guang-ming

（School of Mechanical Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

Abstract："Engineering materials and forming technology of mechanical specialty of higher education" is an important basic course of comprehensive technology. This paper analyzes and summarizes the course characteristics and teaching situation，based on the characteristics of the course from the teaching and focus on the three aspects of teaching methods and teaching experiment of curriculum reform plan，in order to to stimulate students' learning motivation and autonomy，improve the teaching effect.

Key words：curriculum characteristics；learning motivation；teaching main line；teaching method