探索卓越工程師培養(yǎng)前提下機械制造與材料基礎(chǔ)的教學(xué)模式

肖蓓蓓+夏兆旺

摘要：為了適應(yīng)時代的發(fā)展，專業(yè)基礎(chǔ)課的《機械制造與材料基礎(chǔ)》的教學(xué)目標(biāo)不再僅僅是掌握經(jīng)典理論。隨著卓越工程師的提出，了解新興技術(shù)，有效解決生產(chǎn)實踐問題，成為培養(yǎng)適應(yīng)形勢變化的應(yīng)用型人才的必需。在此，為了提高教學(xué)效果，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，在講授經(jīng)典知識點時將教學(xué)可視化，在講授新興技術(shù)時將教學(xué)科研化，以期增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：機械制造與材料基礎(chǔ)；教學(xué)可視化；教學(xué)科研化

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）31-0130-02

2010年，教育部在天津大學(xué)召開“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”啟動會。為了適應(yīng)時代的進(jìn)步，我校于2014年開設(shè)能動專業(yè)“卓越班”試點，以實際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力增強學(xué)生的工程意識，提高工程素質(zhì)和工程實踐能力，力求培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需要的多種類型的優(yōu)秀工程師。在此前提下，作為專業(yè)基礎(chǔ)課，《機械制造與材料基礎(chǔ)》的教學(xué)目標(biāo)不僅僅從知識內(nèi)容方面，通過課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握工程材料基礎(chǔ)，掌握材料加工方法，了解機械裝配；更為重要的是，了解機械制造技術(shù)領(lǐng)域中的新理論、新技術(shù)、新知識，有效針對生產(chǎn)實踐問題，合理選用工程材料，正確選擇加工工藝路線，判斷工藝方案合理性，為培養(yǎng)適應(yīng)形勢變化的應(yīng)用型人才打下堅實基礎(chǔ)?；谝陨峡紤]，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗，在講授經(jīng)典知識點時將理論教學(xué)可視化，在講授新興技術(shù)時將教學(xué)內(nèi)容科研化，以期增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，提高學(xué)習(xí)效率。

《機械制造與材料基礎(chǔ)》的教學(xué)內(nèi)容著重點在于基本原理和主要的工藝方法，這些內(nèi)容都是實際應(yīng)用中最普通、適用面最廣的內(nèi)容，同時往往是比較抽象的概念，需要學(xué)生具有很強的基礎(chǔ)理論功底以及空間想象能力，這部分內(nèi)容往往難以消化。然而作為《機械制造與材料基礎(chǔ)》學(xué)習(xí)的基石，理解和掌握抽象定義成為必要，這就要求學(xué)生花費大量的時間對知識點進(jìn)行機械記憶，往往導(dǎo)致事倍功半。針對這一情況，將理論教學(xué)可視化，不再依賴于單純的課堂講解，開展多媒體素材庫的建設(shè)和積累，采用視頻、動畫、實物模型、虛擬實驗等教學(xué)手段，使原本枯燥、乏味的內(nèi)容變得生動、吸引人，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而收到事半功倍的效果。除此之外，抽象理論與實物教學(xué)相結(jié)合，加深學(xué)生對知識點的理解。在學(xué)習(xí)材料基礎(chǔ)部分中涉及晶體結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)晶等抽象定義的教學(xué)內(nèi)容時，可將Materials Studio軟件引入教學(xué)過程，采用三維電子圖像和動畫對象的方法，學(xué)生以模擬實驗的形式動手構(gòu)建面心立方、體心立方以及密排六方等三種常見晶體結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上模擬升溫融化以及降溫結(jié)晶過程，直接觀察形核與長大，進(jìn)而提高學(xué)生對金屬材料的理解以及相關(guān)本征性質(zhì)的分析能力。在學(xué)習(xí)切削加工中涉及刀具的幾何角度的教學(xué)內(nèi)容時，運用視頻并結(jié)合演示教具進(jìn)行知識點的講解，在學(xué)生理解車刀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，補充車刀測量實驗，將課本知識有效運用。理論教學(xué)與實習(xí)經(jīng)驗相結(jié)合，增強抽象內(nèi)容與實際應(yīng)用之間的聯(lián)系，進(jìn)而提高學(xué)生的主觀認(rèn)知。在學(xué)習(xí)切削方法時，緊密聯(lián)系學(xué)生的金工實習(xí)經(jīng)驗，圍繞切削加工，增加課堂討論時間。需要注意的是，純粹的視頻教學(xué)以及演示性試驗的缺點在于信息量過多，學(xué)生注意力分散。為了避免看完即忘，有選擇地運用基于問題的教學(xué)法，根據(jù)教學(xué)的知識點，設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生的關(guān)注點，進(jìn)而保證課堂教學(xué)的效率。如圖1所示，從課堂講解的抽象概念到視頻化的感官深入，從問題提出到問題的回答，從知識點出發(fā)到知識點回歸，進(jìn)而理解掌握基礎(chǔ)概念。

另外一方面，隨著科技的發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新工藝在不斷的增加，這就要求我們不能止步于課本知識，在教學(xué)的過程中，關(guān)注現(xiàn)代新興科研工作，應(yīng)注意吸收新成果，教學(xué)內(nèi)容科研化，開闊思路。在材料部分，強化其他過程材料以及新型材料的內(nèi)容?，F(xiàn)代機械制造的發(fā)展，在于高精密以及無人數(shù)控?；谏鲜鲈颍诓牧霞庸げ糠?，注重介紹高精密加工方法以及計算機輔助加工內(nèi)容。但是在以教師為主的講授式教學(xué)過程中，介紹這一部分內(nèi)容時，由于課時的限制，我們重點在于介紹科技的發(fā)展以及應(yīng)用，而不是關(guān)注基本原理。比如，傳統(tǒng)意義上，汽車車身為鋼板，沖壓成型；但是在全新BMW7系的車體框架中，碳纖維增強復(fù)合材料被用于加固車頂橫梁結(jié)構(gòu)以及B柱和C柱、底部側(cè)圍、中央通道和后部支撐。又比如，我國開發(fā)的多點成型技術(shù)，將傳統(tǒng)的整體模具離散化，柔性多點模具配以數(shù)控技術(shù)，成就了北京的鳥巢。這種針對特定應(yīng)用對象，介紹相應(yīng)科技發(fā)展的教學(xué)方法，有利于形成立體化的印象。在此，根據(jù)課程內(nèi)容有選擇地使用項目教學(xué)法，將學(xué)生從被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)者。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，我們給出四類參考項目，如圖2所示，建議以科技發(fā)展—實際應(yīng)用—優(yōu)勢劣勢—內(nèi)在原理為思路，進(jìn)行調(diào)研報告的整理與撰寫。學(xué)生也可按照自身興趣點，擬定項目，調(diào)整思路，對項目進(jìn)行詳細(xì)的闡述。在收集資料、理清思路、整理匯報的過程中，加深對所學(xué)知識的理解，有效鍛煉信息獲取能力、團隊協(xié)作精神以及自我學(xué)習(xí)的能力。