基于核心素養(yǎng)的工程材料課程教學(xué)實(shí)踐

羅 蓉

(廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶526100)

0 前言

學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)主要是指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的總體框架分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會(huì)參與三個(gè)方面，綜合表現(xiàn)為六大素養(yǎng)和十八個(gè)基本點(diǎn)。《教育部關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人任務(wù)的意見》中，明確指出“各級(jí)各類學(xué)校要從實(shí)際情況和學(xué)生特點(diǎn)出發(fā)，把核心素養(yǎng)和學(xué)業(yè)質(zhì)量要求落實(shí)到各學(xué)科教學(xué)中?！?/p>

1 工程材料課程核心素養(yǎng)的思考

工程材料課程是高等院校機(jī)類專業(yè)的一門十分重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，由于能源、材料和信息是現(xiàn)代化社會(huì)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱，學(xué)習(xí)并掌握工程材料的基本知識(shí)，對(duì)于工科院校機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生是十分必要的。在教育部提出的“核心素養(yǎng)體系”下，培養(yǎng)學(xué)生的工程材料學(xué)科核心素養(yǎng)，具有重要性和緊迫性。在滿足學(xué)生的發(fā)展需求的前提下，結(jié)合具體的教學(xué)實(shí)例進(jìn)行了學(xué)科核心素養(yǎng)的思考。教師在教學(xué)中應(yīng)緊密聯(lián)系學(xué)生生活創(chuàng)設(shè)生活化的學(xué)習(xí)情境；在體現(xiàn)“興趣導(dǎo)向”的基礎(chǔ)上推廣自主探究的學(xué)習(xí)方式和討論參與的教學(xué)方式；提煉和精選課程內(nèi)容；綜合實(shí)驗(yàn)加深宏觀認(rèn)識(shí)和微觀辨析；提高綜合素質(zhì)培養(yǎng)創(chuàng)新人才；利用社會(huì)公共資源拓展實(shí)踐教學(xué)。

2 工程材料課程教學(xué)實(shí)踐

2.1 緊密聯(lián)系學(xué)生生活創(chuàng)設(shè)生活化的學(xué)習(xí)情境

在硬度的學(xué)習(xí)中，引入生活中的“軟硬”概念，提問學(xué)生如何判斷物體的軟和硬。學(xué)生通過積極思考，提出手捏、腳踩、牙咬、頭撞、指甲掐、榔頭敲、拳頭打等很多方法，教師積極引導(dǎo)：當(dāng)使用這些方法后，得到了什么樣的結(jié)果? 循循善誘后最終探討出硬度的概念和判斷方法。因?yàn)閯?chuàng)設(shè)了生活化的學(xué)習(xí)情境，知識(shí)點(diǎn)淺顯易懂，學(xué)生記憶深刻。

硬度有不同的測(cè)試方法，直接給出不同材料的硬度值，知識(shí)點(diǎn)顯得生硬，學(xué)生們覺得無所適從，如果聯(lián)系學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)給出不同零件材料的硬度，效果就不同了。例如給出硬度值：車床主軸整體硬度240HBS，模具鋼 Cr12MoV 硬度 82.8HRA，變速齒輪齒面硬度60HRC，變速齒輪心部硬度377HV，要求對(duì)零件材料的硬度排序，先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析比較，然后給出“硬度表”讓學(xué)生自己找尋答案，事先不講解查表方法，考察學(xué)生的查表能力。有了聯(lián)系生活經(jīng)驗(yàn)的例題，學(xué)生們?cè)俑鶕?jù)以往的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)自己摸索出查表方法，經(jīng)過判斷分析找到了問題的答案，學(xué)習(xí)的收獲感和滿足感大大提高。

注重學(xué)生的認(rèn)知水平，把握學(xué)生認(rèn)知規(guī)律是一切教學(xué)活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)，緊密聯(lián)系學(xué)生生活創(chuàng)設(shè)生活化的學(xué)習(xí)情景最直觀體現(xiàn)了這個(gè)出發(fā)點(diǎn)。教師在日常教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)把此教學(xué)方法貫穿始終。

2.2 以“興趣導(dǎo)向”推廣自主探究教學(xué)方式

《工程材料》課程中，“有色金屬及其合金”的“銅及銅合金”的學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)了青銅的化學(xué)成分、力學(xué)性能和用途。本地的鼎湖山上有寶鼎園，園中設(shè)有九龍寶鼎、獸面紋方鼎、大禾方鼎、龍紋鼎、秦公鼎、四聯(lián)鼎、世紀(jì)寶鼎、澳門寶鼎、香港寶鼎?；诖?，布置體現(xiàn)“興趣導(dǎo)向”的教學(xué)項(xiàng)目，讓學(xué)生們?nèi)ヅ辣镜氐亩?，搜集關(guān)于鼎的知識(shí)并寫一篇以鼎的材料為主要內(nèi)容的文章。經(jīng)過自主探究，學(xué)生們搜集到了很多關(guān)于鼎的材料-青銅的知識(shí)。再通過分組討論，全班參與的方式，學(xué)生們對(duì)青銅材料的認(rèn)識(shí)更加深刻了。通過自主探究學(xué)習(xí)和討論參與教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生除了掌握了青銅的成分、性能、工藝及用途，還對(duì)鼎文化、 青銅文化有了更深刻的認(rèn)識(shí)，激發(fā)愛國(guó)主義情懷，堅(jiān)定愛國(guó)信念。

在講解普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的用途時(shí)，提到很多方面的用途，例如，工程結(jié)構(gòu)方面：橋梁、高壓線塔、金屬構(gòu)件、建筑構(gòu)架等；機(jī)器零件方面：鉚釘、軸套、鏈輪、拉桿、小軸活塞銷、輕軌?mèng)~尾板、板帶、鏈條的滾子、摩擦片等。用途范圍非常廣，沒有實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生對(duì)很多工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件很陌生，不知道其結(jié)構(gòu)和功能，以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)是教師采取圖文并茂的方式講解。基于發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的理念，教師采取預(yù)先布置體現(xiàn)“興趣導(dǎo)向”的教學(xué)項(xiàng)目的形式，讓學(xué)生自主探究各結(jié)構(gòu)件和機(jī)器零件的特點(diǎn)和用途，在課堂教學(xué)中，基于本階段教學(xué)內(nèi)容廣而淺顯的特點(diǎn)，邀請(qǐng)學(xué)生參與到課堂講解中，把課堂交給學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)科興趣，增強(qiáng)專業(yè)自豪感。并以此教學(xué)實(shí)踐為學(xué)科考核內(nèi)容之一，實(shí)現(xiàn)學(xué)科考核方式多元化。

“興趣導(dǎo)向”是本教學(xué)實(shí)踐的特色，立足工程材料課程特點(diǎn)，激勵(lì)學(xué)生對(duì)本學(xué)科產(chǎn)生興趣和熱愛。

2.3 提煉和精選課程內(nèi)容

在講解金屬材料的力學(xué)性能-強(qiáng)度時(shí)，低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有典型意義，學(xué)生們需要掌握彈性極限、 屈服極限和強(qiáng)度極限這三個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)。屈服階段載荷基本保持不變，變形持續(xù)，屈服階段是波動(dòng)變化的，在處理屈服極限數(shù)據(jù)的時(shí)候就涉及到了上屈服極限和下屈服極限，這屬于屈服極限的細(xì)化內(nèi)容。這部分知識(shí)對(duì)于學(xué)生來講偏多了。

在講解鐵碳合金相圖時(shí)，需理解記憶的知識(shí)點(diǎn)較多，其中的滲碳體相是重要的金屬化合物相，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根據(jù)生成條件不同形態(tài)多樣，對(duì)鐵碳合金的力學(xué)性能有很大的影響，認(rèn)識(shí)掌握滲碳體相具有一定的難度。在鐵碳合金相圖中，滲碳體根據(jù)來源不同分為三類，一次滲碳體Fe3CⅠ、二次滲碳體Fe3CⅡ、三次滲碳體Fe3CⅢ，分別為從液態(tài)中析出、從奧氏體中析出、從鐵素體中析出。這部分知識(shí)對(duì)于學(xué)生來講偏深了。

針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)，提煉精選知識(shí)內(nèi)容，做到難易適度，避免內(nèi)容偏多、偏深。在教學(xué)實(shí)踐中可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)這兩部分內(nèi)容作簡(jiǎn)化或刪減處理。教學(xué)中的教，在這部分教學(xué)實(shí)踐中占主導(dǎo)地位，通過老師的引導(dǎo)，學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)易懂易記，學(xué)生極大地增強(qiáng)了學(xué)習(xí)信心。

2.4 綜合實(shí)驗(yàn)加深宏觀認(rèn)識(shí)和微觀辨析

工程材料的組織、 結(jié)構(gòu)和性能以及它們之間的關(guān)系是本課程學(xué)習(xí)的主線，所以掌握材料的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是基本要求。教材中有很多深入淺出的講解，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，開展緊密結(jié)合教材的綜合實(shí)驗(yàn)可以提高對(duì)工程材料的組織結(jié)構(gòu)的理解和掌握。學(xué)科特點(diǎn)決定了材料的宏觀認(rèn)識(shí)和微觀辨析缺一不可。

低碳鋼的拉伸實(shí)驗(yàn)中，低碳鋼在拉伸載荷作用下有明顯的變形過程：塑性伸長(zhǎng)、頸縮出現(xiàn)、斷口形成，通過參與實(shí)驗(yàn)過程、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、琢磨實(shí)驗(yàn)樣品，對(duì)典型工程材料低碳鋼的宏觀認(rèn)識(shí)形成了牢固的記憶。

鐵碳合金平衡組織分析實(shí)驗(yàn)中，使用金相顯微鏡，觀察工業(yè)純鐵、45# 鋼、T8 鋼、T12 鋼、亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵的顯微組織，研究組織特征，并聯(lián)系鐵碳合金相圖分析其組織形成過程，通過對(duì)鐵碳合金的平衡組織的微觀辨析，牢牢地掌握鐵碳合金平衡組織特點(diǎn)。

理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合是現(xiàn)代教育的必備教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐教學(xué)的最突出呈現(xiàn)方式。要牢固掌握工程材料“成分-組織-性能”的學(xué)習(xí)主線，開展綜合實(shí)驗(yàn)是最直接高效的教學(xué)實(shí)踐。

2.5 提高綜合素質(zhì)培養(yǎng)創(chuàng)新人才

工程材料的選擇是一項(xiàng)比較復(fù)雜的技術(shù)工作，在學(xué)習(xí)完工程材料課程后，學(xué)生掌握了必要理論知識(shí)，但是由于缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以需要對(duì)選材進(jìn)行初步練習(xí)，培養(yǎng)綜合分析和判斷的能力。例如制造高速切削刀具，有三種材料可供選擇：W6Mo5Cr4V、T8、P20。在考慮材料選擇時(shí)，需要考慮刃具的工作條件，刃具的失效形式，刃具材料的性能要求，已知材料的性能要求。同時(shí)還要遵循機(jī)械零件選材的基本原則［1］：使用性能原則，工藝性能原則，經(jīng)濟(jì)性原則，環(huán)境協(xié)調(diào)性原則。本例題的選材難度不大，學(xué)生們完全可以通過所學(xué)的知識(shí)作出正確的分析和選擇。通過大量的選材實(shí)例練習(xí)，培養(yǎng)了全面考慮問題的能力，提高了綜合素質(zhì)，朝著培養(yǎng)創(chuàng)新人才的育人目標(biāo)不斷前進(jìn)。

2.6 利用社會(huì)公共資源拓展實(shí)踐教學(xué)

充分利用社會(huì)公共資源—市科技館進(jìn)行課程教學(xué)實(shí)踐是具有拓展性意義的。在本學(xué)科的基礎(chǔ)上布置教學(xué)實(shí)踐任務(wù)時(shí)，要針對(duì)工程材料課程特點(diǎn)明確任務(wù)的方向和內(nèi)容。

例如，雙錐體上滾現(xiàn)象，教學(xué)實(shí)踐的內(nèi)容是思考雙錐體和軌道的材料和結(jié)構(gòu)，科技館里雙錐體外表面采用高分子材料，內(nèi)部采用金屬材料；軌道采用不銹鋼。學(xué)生通過觀察和思考，結(jié)合物理知識(shí)，分析出材料采用的原因，進(jìn)一步思考替代材料的選擇。雙錐體和軌道不是工程材料應(yīng)用范圍內(nèi)的典型結(jié)構(gòu)，但作為學(xué)科外延性知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考并且以教學(xué)任務(wù)的形式明確布置下來是必要的。

教學(xué)實(shí)踐的主要完成地點(diǎn)雖然是在市科技館，但不拘泥于此，鼓勵(lì)學(xué)生們利用規(guī)模更大的社會(huì)公共資源開展學(xué)科教學(xué)實(shí)踐，拓展學(xué)科視野。

3 教學(xué)實(shí)踐實(shí)施效果

把對(duì)學(xué)生進(jìn)行核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中，起到了顯著的效果。教師在日常教學(xué)活動(dòng)中緊密聯(lián)系學(xué)生生活創(chuàng)設(shè)生活化的學(xué)習(xí)情境，因?yàn)楹蜕钕⑾⑾嚓P(guān)，學(xué)科重要性深深扎根在學(xué)生的心里，學(xué)生建立起“要學(xué)，更要學(xué)好”的牢固學(xué)科觀念。豐富多彩的以“興趣導(dǎo)向”為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方式和教學(xué)方式，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。提煉和精選課程內(nèi)容，幫助學(xué)生規(guī)避高難度系數(shù)知識(shí)點(diǎn)，在學(xué)習(xí)的漸進(jìn)過程中，保證了學(xué)生的持久學(xué)習(xí)能力。工程材料課的綜合實(shí)驗(yàn)具有獨(dú)特的學(xué)科特點(diǎn)，強(qiáng)化了學(xué)生的學(xué)科視角。課程的選材練習(xí)，難度高綜合性強(qiáng)，大大增強(qiáng)了學(xué)生的綜合能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新性。社會(huì)公共資源被引入到教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)活動(dòng)在空間和時(shí)間上得以擴(kuò)展，學(xué)生的學(xué)科視野更加廣闊。

4 結(jié)束語

在素質(zhì)教育持續(xù)深化背景下，進(jìn)行了工程材料課程教學(xué)實(shí)踐。教師在教學(xué)中應(yīng)遵循德育為先、能力為重、全面發(fā)展的教育理念，要注重課程教學(xué)實(shí)踐，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程材料學(xué)科核心素養(yǎng)，發(fā)揮學(xué)科獨(dú)特的育人優(yōu)勢(shì)，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。