機(jī)械大類專業(yè)《工程材料及熱成型工藝》課程教改研究?

戴曉元，華熳煜　羅奕兵　龍春光　寇莉莉

摘 要：分析了機(jī)械大類專業(yè)對《工程材料及熱成型工藝》課程的要求和課程教學(xué)效果不理想的原因，提出了課程教學(xué)內(nèi)容、方法、考核形式的有關(guān)改革措施，以著重提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)生的工程技術(shù)應(yīng)用能力為目的，使課程的教學(xué)更適合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對高質(zhì)量機(jī)械大類專業(yè)人才的要求。

關(guān)鍵詞：工程材料；熱成型工藝；教學(xué)改革

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0000-00

《工程材料及熱成型工藝》是高等院校機(jī)械大類專業(yè)的主干課程之一，是一門闡述工程材料科學(xué)及材料成形方法的技術(shù)基礎(chǔ)課。我校機(jī)械大類設(shè)置有機(jī)械制造及自動化、車輛工程、汽車服務(wù)工程、材料成型及控制工程4個專業(yè)，該課程是這前3個專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，材料成型及控制專業(yè)對工程材料及其成型方法的要求更高。針對前3個專業(yè)，本課程的任務(wù)是從工程材料的應(yīng)用角度出發(fā)，闡明工程材料的基本理論，了解材料的成分、加工工藝（塑性變形、熱鍛、焊接等加工、熱處理）、組織與性能之間的關(guān)系，介紹金屬零件熱加工工藝方法（鑄造、鍛造和焊接）等基本知識 [1-2]。使學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，在掌握工程材料的基本理論、常用工程材料及零件熱加工工藝的基本知識的基礎(chǔ)上，具備根據(jù)零部件的服役條件合理選擇材料、正確制定其成形工藝方法和妥善安排工藝路線的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和今后從事機(jī)械（包括車輛）設(shè)計與制造相關(guān)行業(yè)工作奠定必要的基礎(chǔ)，同時對拓寬專業(yè)面、培養(yǎng)復(fù)合型人才，適合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對高質(zhì)量機(jī)械大類專業(yè)人才的要求，是不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

然而，該課程的教學(xué)效果一直不理想，其原因主要是：⑴ 《工程材料及熱成型工藝》課程本身具有理論概念多、理論體系復(fù)雜、內(nèi)容廣泛、綜合實踐性強(qiáng)的特點；⑵ 現(xiàn)有的教學(xué)安排中，課程的教學(xué)課時少；⑶ 學(xué)生缺乏工業(yè)背景知識、感性認(rèn)知少，學(xué)習(xí)興趣不大。因此，有必要針對這些問題，從課程體系安排、課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核形式等方面進(jìn)行一系列的改革，提高課程的教學(xué)效果，滿足社會對機(jī)械大類專業(yè)學(xué)生工程材料及其成形工藝方面的要求。

一、 教學(xué)內(nèi)容與課程體系

《工程材料及熱成型工藝》課程涉及的基本概念、基本知識點和基本理論繁多，針對機(jī)械大類專業(yè)對課程的要求特點，合理安排教學(xué)內(nèi)容。⑴ 以能使本課程各部分內(nèi)容能銜接為目的，來取舍基本概念、基本理論及其比重。比如我們選用的北京大學(xué)出版、申榮華主編的教材中，基本理論中晶面、晶向都沒有涉及，但不講解這部分內(nèi)容，無法解釋不同晶體結(jié)構(gòu)金屬材料塑性變形性能的優(yōu)劣，所以在課程進(jìn)行當(dāng)中，有意加入了這部分內(nèi)容，以方便學(xué)生理解。再如，由于機(jī)械工程設(shè)備、車輛等加工與使用的零部件材料主要是鋼鐵材料，在授課過程中，盡量詳細(xì)講解與鋼鐵材料有關(guān)的部分，而高分子材料、工程陶瓷、復(fù)合材料相關(guān)內(nèi)容只進(jìn)行簡略介紹或?qū)W生自學(xué)；⑵ 與課程相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，不論教材中介紹的是新標(biāo)準(zhǔn)還是舊標(biāo)準(zhǔn)，課堂上新舊標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)變動規(guī)律和查取最新標(biāo)準(zhǔn)的方法都要進(jìn)行介紹，以提高學(xué)生在后續(xù)課程、及工作后的適用能力。國家標(biāo)準(zhǔn)一般會定期地進(jìn)行修訂，而教材的編寫和使用因其自身周期的原因，使用的標(biāo)準(zhǔn)普遍滯后；企業(yè)之間的技術(shù)合同，更多使用新標(biāo)準(zhǔn)，而企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)員工，往往更熟悉老標(biāo)準(zhǔn) [3-5]。基于這種矛盾，必須講授變動大的標(biāo)準(zhǔn)、國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的修訂規(guī)律、最新規(guī)律的查找方法；⑶ 從課程體系安排上，最好是本課程與金工實習(xí)同時進(jìn)行，或交叉進(jìn)行，使學(xué)生能同時加深感性認(rèn)識和理性認(rèn)識，增進(jìn)對理論的理解，二者的教學(xué)效果都可以得到提高 [6-7]。

二、 教學(xué)方法

1、 教學(xué)過程中貫穿材料四面體概念

從緒論講授開始，提出并強(qiáng)調(diào)材料四面體的概念，即材料的成分、加工方法、組織、性能四者的關(guān)系，成分決定了材料的冷熱塑形加工可以選擇的方法，加工方法和成分一起決定了材料的組織，而材料的組織與材料的各種性能（剛性除外）幾乎是一一對應(yīng)的關(guān)系，即有什么樣的組織就有什么樣的性能。機(jī)械大類專業(yè)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)期間，每一章節(jié)結(jié)束，在總結(jié)復(fù)習(xí)時，都可以對應(yīng)材料四面體歸納本章節(jié)中所涉及的成分、加工、組織、性能四者中具體的關(guān)系及其影響規(guī)律，起到提綱挈領(lǐng)的效果，使學(xué)生的思維能從每章節(jié)具體的細(xì)節(jié)之中跳出來，去對應(yīng)材料四面體中本章節(jié)所涉及的材料四面體中哪幾類之間的相互關(guān)系，有利于學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中站在較高的位置，對課程有整體觀，有利于對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)并反向細(xì)化。

2、課堂上采用多媒體與黑板板書相結(jié)合

多媒體教學(xué)可以把聲音、動畫、視頻有機(jī)的結(jié)合起來，信息量大、更直觀，也能通過示意表達(dá)諸如結(jié)晶過程中金屬內(nèi)部組織的變化。能吸引學(xué)生的眼球，提高他們對工程材料及其加工方法的學(xué)習(xí)興趣。如晶體、晶格、晶胞、三種常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)等基本概念非常抽象，采用多媒體手段，可以準(zhǔn)確呈現(xiàn)三維的空間結(jié)構(gòu)，也可以避免在黑板上畫圖費(fèi)時，更有助干學(xué)生理解，教學(xué)效果更好。

黑板板書教學(xué)比較費(fèi)時，對三維空間問題表達(dá)不如多媒體清晰，但是教師書寫過程的同時，學(xué)生可以跟上講解老師的思維，也有足夠的時間去消化、理解、吸收。

在采用多媒體教學(xué)的過程中教師必須控制幻燈片播放的進(jìn)度，針對不同教學(xué)內(nèi)容，幻燈片講解、停留的時間不一。如緒論部分，圖片多，速度可以很快，主要目的是引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；鋼熱處理原理，則應(yīng)結(jié)合Fe-Fe3C相圖，盡量講透徹的前提下，幻燈片應(yīng)當(dāng)慢放，甚至長時間停留。而在講解合Fe- Fe3C相圖，碳含量為0.45%亞共析鋼的平衡結(jié)晶過程和計算室溫下其組織組成物和組成相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，就需充分發(fā)揮多媒體教學(xué)和板書教學(xué)相結(jié)合的優(yōu)勢，多媒體演示45鋼的平衡結(jié)晶過程中相、組織的轉(zhuǎn)變，黑板板書相變反應(yīng)及相關(guān)杠桿定律的計算，兩者的結(jié)合，更利于學(xué)生理解學(xué)習(xí) [8]。

3、課堂上多種教學(xué)方法相結(jié)合

《工程材料及熱成型工藝》課程的概念多、內(nèi)容多、雜，教師在授課過程中，要充分利用各種教學(xué)方法，活躍課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)中來。例如，可以圍繞一個主題，讓同學(xué)們分組討論，最后派代表發(fā)言，或一小組形式寫一報告、總結(jié)；采用啟發(fā)式教學(xué)，多提問，讓同學(xué)們多思考；對于重點內(nèi)容，在講述后的下一次課，以提問的形式復(fù)習(xí)、提醒、總結(jié)。