淺談提高機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)材料工程專業(yè)課程興趣的幾點(diǎn)思考

王躍明　朱娟

摘 要：《機(jī)械工程材料》、《金屬工藝學(xué)》等專業(yè)課程概念多、術(shù)語(yǔ)多且實(shí)踐性較強(qiáng)，材料性能與其成分配比、微觀組織結(jié)構(gòu)、加工制備工藝路線密切相關(guān)，需要學(xué)生對(duì)材料宏觀世界及微觀世界加以理解，學(xué)習(xí)起來(lái)較抽象，對(duì)于缺乏材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的機(jī)械專業(yè)學(xué)生而言，這些專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)較難掌握，學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥無(wú)味，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。筆者在長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)反復(fù)專研教學(xué)技巧與手段，采取有效措施激發(fā)機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)材料工程專業(yè)課程興趣，有效改善了課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程;材料工程;專業(yè)課程;學(xué)習(xí)興趣;思考

師昌緒院士在論述材料在機(jī)械制造中的重要性和地位時(shí)提出：“機(jī)械設(shè)計(jì)四要素為設(shè)計(jì)、材料、制造與檢測(cè)，設(shè)計(jì)是靈魂，材料是基礎(chǔ)，制造是關(guān)鍵，檢測(cè)是保證。機(jī)械制造的發(fā)展依賴材料的不斷進(jìn)步，同時(shí)材料科學(xué)技術(shù)也有賴于機(jī)械設(shè)計(jì)人員提出新要求和大膽使用新材料”。因此，國(guó)內(nèi)多數(shù)高校在專業(yè)和課程體系設(shè)置時(shí)充分考慮了機(jī)械工程與材料工程關(guān)系密切，例如材料成型及控制工程這類機(jī)械工程與材料科學(xué)與工程的交叉學(xué)科，根據(jù)高校自身特色，既可開(kāi)設(shè)在機(jī)械工程學(xué)院，又可開(kāi)設(shè)在材料科學(xué)與工程學(xué)院;大多數(shù)高等學(xué)校課程體系設(shè)置中，也充分體現(xiàn)了機(jī)械工程與材料工程的學(xué)科和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)交叉性和關(guān)聯(lián)性，為機(jī)械專業(yè)學(xué)生設(shè)置《機(jī)械工程材料》、《金屬工藝學(xué)》等材料專業(yè)基礎(chǔ)課程，也為材料專業(yè)學(xué)生設(shè)置《機(jī)械制圖》、《材料成型機(jī)械設(shè)備》等機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程。

《機(jī)械工程材料》、《金屬工藝學(xué)》等專業(yè)課程概念多、術(shù)語(yǔ)多且實(shí)踐性較強(qiáng)，材料性能與其成分配比、微觀組織結(jié)構(gòu)、加工制備工藝路線密切相關(guān)，需要學(xué)生對(duì)材料宏觀世界及微觀世界加以理解，學(xué)習(xí)起來(lái)較抽象，對(duì)于缺乏材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的機(jī)械專業(yè)學(xué)生而言，這些專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)較難掌握，學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥無(wú)味，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。筆者為材料工程專業(yè)老師，長(zhǎng)期為機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生講授《機(jī)械工程材料》、《金屬工藝學(xué)》等專業(yè)課程，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，筆者做了以下幾點(diǎn)探索：

一、以“愛(ài)國(guó)主義情懷”激勵(lì)青年大學(xué)生

一直以來(lái)，我會(huì)有針對(duì)性的在授課過(guò)程中以“愛(ài)國(guó)主義情懷”激勵(lì)在座的青年學(xué)生。當(dāng)學(xué)生們?cè)谡n堂上精神不夠集中時(shí)，我便適時(shí)在所講解的知識(shí)點(diǎn)中引入殲20戰(zhàn)斗機(jī)、遼寧艦航母、神舟飛船、“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室、“嫦娥號(hào)”月球探測(cè)器、“蛟龍?zhí)枴鄙詈Ｌ綔y(cè)器等當(dāng)前最先進(jìn)的科研成果，告訴他們這些“中國(guó)智造”，有著“中國(guó)芯”的成果均是機(jī)械制造、材料設(shè)計(jì)、信息控制等學(xué)科的集成，是國(guó)人智慧的結(jié)晶。這些偉大科研成果的出現(xiàn)，既是國(guó)防科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，也是中國(guó)人和平利用太空及深海資源的進(jìn)步，向世界展現(xiàn)了中國(guó)國(guó)力的強(qiáng)大，在座學(xué)生都應(yīng)為之自豪，都應(yīng)更加努力學(xué)習(xí)，為建設(shè)社會(huì)主義強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)而努力奮斗。每當(dāng)談到這些的時(shí)候，課堂上的學(xué)生們頓時(shí)精神振奮，全身心投入到后續(xù)的課堂教學(xué)中，在某些環(huán)節(jié)同學(xué)們還與我交流一些難以理解的抽象概念知識(shí)，課堂上師生互動(dòng)也加強(qiáng)了。

二、以“榜樣的力量”引領(lǐng)學(xué)生努力前行

歷史燭照時(shí)代，榜樣傳承精神。先進(jìn)典型是有形的正能量，也是鮮活的價(jià)值觀。筆者在每堂課授課過(guò)程中，會(huì)觀察學(xué)生們的學(xué)習(xí)狀態(tài)，根據(jù)學(xué)生狀態(tài)調(diào)整教學(xué)方式。當(dāng)看到學(xué)生們?cè)谡n堂上開(kāi)小差、講小話的時(shí)候，會(huì)調(diào)出一個(gè)事先準(zhǔn)備的PPT演示，該P(yáng)PT簡(jiǎn)要介紹一些本人求學(xué)或工作過(guò)程中所遇到過(guò)的為教學(xué)或科研事業(yè)無(wú)私奉獻(xiàn)的人，如鐘掘院士、黃伯云院士、金展鵬院士等等。我會(huì)向?qū)W生們介紹中南大學(xué)鐘掘院士數(shù)十年潛心于科研，長(zhǎng)期從事鋁合金型材的軋制、拉拔、擠壓成型研究，成為了機(jī)械與材料交叉學(xué)科-材料加工領(lǐng)域的知名女科學(xué)家，激勵(lì)機(jī)械專業(yè)的女生更加熱愛(ài)自己的專業(yè)，堅(jiān)持學(xué)習(xí)下去。還會(huì)向?qū)W生們介紹全國(guó)教書(shū)育人楷模中南大學(xué)金展鵬院士，金院士全身只有脖子以上能動(dòng)，被譽(yù)為“中國(guó)的霍金”。他說(shuō)的“輪椅禁錮了我的手腳，卻禁錮不了我的思想”，深刻感染了教室里的所有學(xué)生，也感染了我本人。金院士身患重疾仍時(shí)刻關(guān)愛(ài)學(xué)生、仍堅(jiān)持不懈工作，課堂上的健康年輕人有什么理由懈怠呢？鐘掘院士、金展鵬院士等人的事跡深刻震撼了在座的所有學(xué)生，“榜樣的力量”引領(lǐng)學(xué)生們努力學(xué)習(xí)，成為學(xué)生們學(xué)習(xí)中的航標(biāo)。

三、以恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和手段改進(jìn)教學(xué)效果

適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和手段對(duì)提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量起著舉足輕重的作用，經(jīng)過(guò)在教學(xué)中不斷摸索，根據(jù)《機(jī)械工程材料》、《金屬工藝學(xué)》課程的特點(diǎn)，我體會(huì)到PPT文字結(jié)合視頻教學(xué)適合于概念偏多、內(nèi)容抽象的課程教學(xué)。在給學(xué)生們講解晶體塑性變形及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，由于位錯(cuò)存在于微觀世界，看不見(jiàn)、摸不著，學(xué)生難于理解，我借助于專業(yè)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)及晶體塑性變形動(dòng)畫(huà)視頻，讓微觀世界的事物鮮活生動(dòng)的呈現(xiàn)在學(xué)生們的眼前，有效加深了學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解。當(dāng)視頻在演示位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)時(shí)，做了一個(gè)生動(dòng)形象的比喻，人們打算移動(dòng)地毯時(shí)，拉地毯一端使其整體沿地板滑移需較大的力，而先使地毯產(chǎn)生一橫向折皺，然后推動(dòng)該折皺依次前進(jìn)橫過(guò)地板，則可用較小的力即可使地毯移過(guò)一定距離。因此，晶體中的位錯(cuò)即相當(dāng)于地毯上的折皺，位錯(cuò)滑移類似于地毯折皺運(yùn)動(dòng)，只需要較小的力即可使晶體產(chǎn)生塑性變形。通過(guò)PPT演示和現(xiàn)實(shí)生活情境再現(xiàn)，學(xué)生對(duì)抽象概念的理解立刻生動(dòng)起來(lái)，從而有效加深了對(duì)該類知識(shí)點(diǎn)的掌握。

此外，對(duì)于易混淆的概念，采用對(duì)比教學(xué)法的教學(xué)效果也比較好。如“結(jié)晶”與“再結(jié)晶”兩個(gè)概念僅一字之差，兩者間肯定即有密切聯(lián)系，又存在一定差異，筆者采用對(duì)比教學(xué)的方法來(lái)加深學(xué)生對(duì)抽象概念的理解。首先介紹“結(jié)晶”與“再結(jié)晶”的相同之處。（1）結(jié)晶：結(jié)晶過(guò)程是晶核形成（均質(zhì)形核、異質(zhì)形核）與長(zhǎng)大過(guò)程;對(duì)單個(gè)晶粒來(lái)說(shuō)，先形核后長(zhǎng)大;對(duì)整體金屬來(lái)說(shuō)，結(jié)晶形核與長(zhǎng)大同步進(jìn)行;結(jié)晶需要驅(qū)動(dòng)力。（2）再結(jié)晶：再結(jié)晶過(guò)程也是晶核形成與長(zhǎng)大過(guò)程;對(duì)單個(gè)再結(jié)晶晶粒來(lái)說(shuō)，也先形核后長(zhǎng)大;對(duì)整體金屬來(lái)說(shuō)，再結(jié)晶形核與長(zhǎng)大同步進(jìn)行;再結(jié)晶也需要驅(qū)動(dòng)力。然后再來(lái)比較“結(jié)晶”與“再結(jié)晶”的不同之處。（1）結(jié)晶：結(jié)晶過(guò)程為相變過(guò)程，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài);結(jié)晶從非晶體或晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榫w;結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力為過(guò)冷度ΔT;結(jié)晶過(guò)程中可通過(guò)增大過(guò)冷度、變質(zhì)處理、振動(dòng)及攪拌等措施細(xì)化晶粒。（2）再結(jié)晶：再結(jié)晶由固態(tài)轉(zhuǎn)變固態(tài)，無(wú)相變過(guò)程;再結(jié)晶由晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榫w;再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力為點(diǎn)陣畸變能;再結(jié)晶過(guò)程可通過(guò)控制預(yù)先變形度、再結(jié)晶溫度及再結(jié)晶保溫時(shí)間細(xì)化晶粒。經(jīng)過(guò)全方位對(duì)比，學(xué)生們徹底了解了“結(jié)晶”與“再結(jié)晶”之間的差異及相同之處，進(jìn)而掌握了兩個(gè)極易混淆的概念知識(shí)。

四、讓專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)貼近日常生活

在給機(jī)械專業(yè)學(xué)生上課期間，課間休息時(shí)我時(shí)常與學(xué)生們交流，學(xué)生會(huì)向我袒露他們的心境、對(duì)所學(xué)專業(yè)的看法以及對(duì)未來(lái)工作的憧憬。在雙方交流過(guò)程中，筆者了解到機(jī)械專業(yè)學(xué)生對(duì)材料重要性意識(shí)淡薄，他們認(rèn)為未來(lái)的工作就是跟機(jī)械裝備打交道。每遇到這種問(wèn)題，我就會(huì)適時(shí)跟學(xué)生傳播一下材料科學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生的重要性，尤其是那些貼近學(xué)生日常生活的材料，越能引起學(xué)生的重視。例如，學(xué)生吃飯用的飯盆、洗臉用的臉盆、出行用的自行車(chē)、睡覺(jué)用的床鋪等日常生活必須品都是用金屬材料、高分子材料或陶瓷材料等制成的，大家日常生活中的衣食住行都離不開(kāi)材料。在介紹常見(jiàn)鋼材、鋁合金、鈦合金等材料牌號(hào)、成份及性能時(shí)，由于上述材料均牌號(hào)繁多，成份、性能及用途各異，學(xué)生學(xué)習(xí)很枯燥吃力，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣普遍不高。這時(shí)我就會(huì)從生活角度講解學(xué)習(xí)上述材料基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，現(xiàn)在我們每個(gè)家庭生活質(zhì)量提高了，家庭裝修均需要購(gòu)買(mǎi)數(shù)量較多的鋼材、鋁合金、鈦合金等建材。只有當(dāng)我們認(rèn)真學(xué)習(xí)并掌握建材基礎(chǔ)知識(shí)后，在個(gè)人家庭裝修時(shí)便可根據(jù)需要選擇并購(gòu)買(mǎi)合適的建材，而且也可用專業(yè)知識(shí)辨別材料品質(zhì)，避免商家違法銷(xiāo)售假冒偽劣產(chǎn)品。當(dāng)學(xué)生們了解到認(rèn)真學(xué)習(xí)材料科學(xué)知識(shí)即有助于未來(lái)工作，也涉及到個(gè)人家庭生活，他們才會(huì)真正意識(shí)到材料科學(xué)知識(shí)的重要性，學(xué)習(xí)積極性便會(huì)大幅提高。

五、以非強(qiáng)制性“無(wú)手機(jī)課堂”助推課堂教學(xué)

智能手機(jī)的推廣應(yīng)用，給人們的溝通帶來(lái)了極大的方便，也給高校課堂管理增加了難度。不同于中小學(xué)的強(qiáng)制性手機(jī)管理制度，大學(xué)生是擁有更大獨(dú)立自主性的成年人群體，包括課堂在內(nèi)的很多場(chǎng)合均可隨身攜帶手機(jī)。根據(jù)筆者多年課堂觀察經(jīng)驗(yàn)，課堂上80%以上的埋頭族均在瀏覽手機(jī)網(wǎng)頁(yè)或在玩手機(jī)游戲。本人曾在課堂上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，大部分學(xué)生傾向于坐在教室靠窗位置。我與學(xué)生們交流該現(xiàn)象產(chǎn)生原因，學(xué)生給我的回答竟然是靠窗位置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)更佳，一時(shí)間讓我沉默無(wú)語(yǔ)。為了最大程度消除智能手機(jī)在課堂上的負(fù)面影響，年輕老師們建議學(xué)院訂制了一批手機(jī)袋，也就是在一塊大布上縫制幾十個(gè)布兜，每個(gè)布兜均可放置一個(gè)手機(jī)。上課前，任課老師便將手機(jī)袋掛在教室前方的墻壁上，鼓勵(lì)學(xué)生將自己的手機(jī)關(guān)機(jī)或調(diào)成靜音模式，并帶頭將自己的手機(jī)放到專用手機(jī)袋中。剛開(kāi)始，學(xué)生對(duì)非強(qiáng)制性“無(wú)手機(jī)課堂”興致不高，響應(yīng)學(xué)生寥寥無(wú)幾。究其原因，較多年輕人都患上了手機(jī)依賴癥，手機(jī)不在身邊就會(huì)有患得患失的感覺(jué)。于是，我從各個(gè)方面鼓勵(lì)學(xué)生，讓學(xué)生意識(shí)到每個(gè)人在每個(gè)階段都有自己的使命，學(xué)生的使命之一為好好學(xué)習(xí)，練就一身本領(lǐng)，將來(lái)為國(guó)家建設(shè)做貢獻(xiàn)。反之，便是對(duì)自己不負(fù)責(zé)任，也會(huì)辜負(fù)父母的殷切希望。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的思想教育工作，學(xué)生們漸漸意思到了“無(wú)手機(jī)課堂”的重要性，越來(lái)越多的學(xué)生上課前便自覺(jué)將手機(jī)關(guān)機(jī)并放置在專用手機(jī)袋中。這樣，更多的學(xué)生在課堂上能集中精神認(rèn)真聽(tīng)講了，學(xué)習(xí)效率自然提高了，期末考試及格率及優(yōu)秀率也隨之而提高。

六、以“主流媒體報(bào)道”融合課程教學(xué)

在“機(jī)械工程材料”、“金屬工藝學(xué)”授課過(guò)程中，筆者還曾嘗試花幾分鐘時(shí)間簡(jiǎn)要介紹與新材料研究進(jìn)展相關(guān)的新聞報(bào)道，并介紹新聞背景，從而讓學(xué)生深刻感受到材料科學(xué)時(shí)刻在生活中并且與國(guó)計(jì)民生密切聯(lián)系。例如，2018年4月，央視《新聞直播間》、《第一時(shí)間》等國(guó)內(nèi)主流媒體輪番報(bào)道創(chuàng)新材料館，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到新材料是我國(guó)七大戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)和《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一。據(jù)工信部數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值年均增長(zhǎng)率高達(dá)20%，預(yù)計(jì)到2025年新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到10萬(wàn)億元。另一個(gè)典型例子，2017年新華網(wǎng)、搜狐網(wǎng)、新浪財(cái)經(jīng)、中時(shí)電子報(bào)、天山網(wǎng)等國(guó)內(nèi)主流媒體均大幅報(bào)道了中南大學(xué)熊翔教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的耐3000℃燒蝕的的新型陶瓷涂層及其復(fù)合材料，該發(fā)現(xiàn)為我國(guó)高超聲速飛行器的研制鋪平了道路。2017年6月15日，國(guó)際知名刊物《自然·通訊》（NATURE COMMUNICATIONS）發(fā)表了熊翔教授團(tuán)隊(duì)該研發(fā)成果，俄羅斯的《衛(wèi)星通訊社》，美國(guó)的《雅虎》、《大眾機(jī)械》，英國(guó)的《每日郵報(bào)》、《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》等國(guó)外數(shù)十家主流媒體和權(quán)威學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)此研究成果給予了廣泛關(guān)注和報(bào)道。這種教學(xué)新措施的實(shí)施有助于提高學(xué)生的國(guó)情意識(shí)及知識(shí)運(yùn)用能力，也有助于青年學(xué)子早日樹(shù)立為“中華之崛起而讀書(shū)”的志向。

當(dāng)然，與之類似的有效措施在本科教學(xué)工作中還有許多，借助于這些舉措可以使《機(jī)械工程材料》、《金屬工藝學(xué)》等專業(yè)課程變抽象為具體、變空洞為形象，讓專業(yè)課程學(xué)習(xí)更貼近于學(xué)生未來(lái)的工作和生活，讓愛(ài)國(guó)主義熱情時(shí)刻激勵(lì)學(xué)生牢記使命、勤奮學(xué)習(xí)。久而久之，機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生對(duì)材料工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣日漸濃厚，從而有效改善了課堂教學(xué)效果。

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