動(dòng)力工程類研究生工程材料課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式研究

劉慶剛，于新奇，朱海榮

摘要：目前，動(dòng)力工程類、機(jī)械工程類研究生工程材料課程教學(xué)中存在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式不適應(yīng)研究生科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)等方面的不足。以河北科技大學(xué)為例，針對(duì)目前研究生工程材料課程存在的主要問題開展分析，提出了一系列改進(jìn)措施，對(duì)于提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：工程材料;教學(xué)方法;教學(xué)內(nèi)容;動(dòng)力工程

中圖分類號(hào)：G643 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2020）01-0248-02

工程材料課程是機(jī)械工程類、動(dòng)力工程類專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課程，其目的主要是幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解工程中常用材料的力學(xué)性能、加工工藝性能、耐腐蝕性能以及常用的成型工藝，如鍛造工藝、鑄造工藝、焊接工藝等[1]。在本科生教育階段，工程材料課程的教學(xué)目的主要在于幫助學(xué)生掌握常用材料的性能，以便在工程設(shè)計(jì)中正確選用材料[2]。然而，在研究生教育階段，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)發(fā)生了明顯的變化。研究生教育階段的教學(xué)任務(wù)主要在于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究、工藝開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)和能力[3]。因此，研究生階段工程材料課程的教學(xué)內(nèi)容除了涉及材料的常規(guī)性能之外，還要求學(xué)生掌握各類材料性能的測(cè)試方法，具備完成材料性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試的動(dòng)手能力。除了常規(guī)的性能測(cè)試之外，研究生還需要掌握一些現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，比如金屬在機(jī)加工或熱成型過程中的殘余應(yīng)力測(cè)試等，以及一些新材料方面的知識(shí)，如納米材料、儲(chǔ)氫材料等[4]。這就對(duì)常規(guī)工程材料課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法提出了新的要求，研究生階段的工程材料教學(xué)必須更加重視學(xué)生在動(dòng)手能力方面的訓(xùn)練，實(shí)踐教學(xué)是研究生工程材料教學(xué)的重要組成部分。目前，一些培養(yǎng)單位研究生階段工程材料課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都是照搬本科教學(xué)階段的模式，難以適應(yīng)對(duì)研究生科學(xué)科研、技術(shù)開發(fā)以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面的能力培養(yǎng)。本文主要以我校動(dòng)力工程及工程熱物理一級(jí)學(xué)科碩士研究課程“現(xiàn)代工程材料”為例，介紹在研究生工程材料課程教學(xué)中存在的主要問題以及主要的教學(xué)改革措施，對(duì)于提高研究生工程材料類課程的教學(xué)效果具有一定的參考意義。

一、當(dāng)前課程的主要教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式

目前，我校的現(xiàn)代工程材料課程以課堂教學(xué)內(nèi)容為主，講述內(nèi)容主要包括7個(gè)方面。

1.金屬材料的性能。主要講述常見金屬材料的種類和性能，包括材料的力學(xué)性能、物理化學(xué)性能和主要工藝加工性能，如焊接、鍛造、鑄造、機(jī)加工等。教學(xué)方法以課堂教學(xué)為主，輔助進(jìn)行案例教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)占比重很小。

2.金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶。主要講述金屬的晶體結(jié)構(gòu)、真實(shí)金屬的晶體結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)晶過程、合金結(jié)構(gòu)、二元合金相圖等。

3.鐵碳合金。主要講述純鐵及其同素異晶轉(zhuǎn)變、鐵碳相圖的基礎(chǔ)知識(shí)、Fe-Fe3C相圖組元和基本組織的結(jié)構(gòu)與性能、Fe-Fe3C相圖的建立與分析、含碳量對(duì)鐵碳合金組織性能的影響、Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用等內(nèi)容。

4.工業(yè)用鋼。講授工業(yè)常用鋼材的種類、化學(xué)成分、機(jī)械性能、物理化學(xué)性能等，介紹不同類型鋼的應(yīng)用環(huán)境、條件等。

5.有色金屬及非金屬材料。主要講授銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等常用有色金屬材料，常用的高分子材料、陶瓷、石墨等非金屬材料的性能、特點(diǎn)、應(yīng)用等。

6.材料選用方法。針對(duì)動(dòng)力工程領(lǐng)域的工況環(huán)境、行業(yè)特點(diǎn)，講授在設(shè)計(jì)過程中材料選擇的原則、方法、措施等方面的內(nèi)容。

7.新材料研究技術(shù)及研究進(jìn)展。簡(jiǎn)要介紹新材料發(fā)展、應(yīng)用等方面的相關(guān)內(nèi)容。

二、課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式中存在的主要不足

目前，工程材料的教學(xué)內(nèi)容主要是對(duì)本科教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展和延伸，與本科教學(xué)內(nèi)容相比主要增加了新材料研究技術(shù)和研究進(jìn)展的相關(guān)介紹，不適應(yīng)研究生的培養(yǎng)需求，總結(jié)起來(lái)包括以下方面。

1.教學(xué)內(nèi)容缺乏對(duì)學(xué)生研究能力、開發(fā)能力以及創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。目前，工程材料的研究?jī)?nèi)容主要集中在特基合金、有色金屬方面，對(duì)于非金屬材料、特種材料的性能、試驗(yàn)方法、應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)容較少，不利于學(xué)生在科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)中對(duì)新材料的選用。雖然增加了新材料研究技術(shù)及研究進(jìn)展的相關(guān)內(nèi)容，但由于新材料技術(shù)發(fā)展很快，課程教學(xué)無(wú)法面面俱到，不適應(yīng)新形勢(shì)的發(fā)展。

2.教學(xué)方法不利于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。教學(xué)方法以課堂教學(xué)為主，注重基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)，缺乏對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)踐問題或完成新產(chǎn)品、新工藝開發(fā)、開展科學(xué)研究等方面的培養(yǎng)手段。另外，課程教學(xué)中實(shí)踐環(huán)節(jié)較少，不利于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

3.教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式?jīng)]能做到與時(shí)俱進(jìn)。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，知識(shí)生產(chǎn)的速度呈現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)增加。因此，課程內(nèi)容和教學(xué)模式的更新往往難以適應(yīng)知識(shí)更新的發(fā)展。因此，在現(xiàn)在的研究生教學(xué)中一定要設(shè)置開放性教學(xué)環(huán)節(jié)，以提高課程教學(xué)效果。

4.缺乏對(duì)學(xué)生自學(xué)能力培養(yǎng)的有效手段。自學(xué)能力的大幅度提高是研究生區(qū)別于本科畢業(yè)生的一個(gè)重要特征。由于研究生的主要學(xué)習(xí)模式是在教師的指導(dǎo)下，通過查閱文獻(xiàn)、開展理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究獲取所需知識(shí)，并運(yùn)用這些知識(shí)解釋自然現(xiàn)象或解決工程問題，因此自學(xué)能力的培養(yǎng)是研究生培養(yǎng)過程中最重要的能力之一。

三、教學(xué)研究現(xiàn)狀及主要應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)工程材料教學(xué)中存在的主要問題，在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)得到一些教學(xué)改革措施，主要包括以下幾個(gè)方面。

1.教學(xué)內(nèi)容要兼顧經(jīng)典工程材料知識(shí)體系構(gòu)建和新材料、新工藝方面拓展。傳統(tǒng)的金屬材料、非金屬材料性能、晶體學(xué)相關(guān)知識(shí)的教授必不可少，這有助于構(gòu)建學(xué)生完整的知識(shí)體系，對(duì)于學(xué)生思維方式的訓(xùn)練大有裨益。另外，在教學(xué)過程中，要不斷對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新，及時(shí)向?qū)W生傳遞在新材料開發(fā)、先進(jìn)材料檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向。這就要求任課教師始終活躍在科研第一線，準(zhǔn)確把握行業(yè)發(fā)展新動(dòng)態(tài)。

2.教學(xué)模式以培養(yǎng)科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為主。在課程教學(xué)中，注重學(xué)生新知識(shí)的獲取、分析、總結(jié)、判斷能力的培養(yǎng)。要求學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，針對(duì)特定工程材料領(lǐng)域的選題進(jìn)行文獻(xiàn)綜述;學(xué)生通過對(duì)特定新材料工藝開發(fā)、測(cè)試方法設(shè)計(jì)等制定方案，并在方案制定的過程中通過各種手段獲取知識(shí)，并將知識(shí)應(yīng)用于新材料、新方法的研究與開發(fā)中。

3.教學(xué)環(huán)節(jié)要更加注重實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)。教學(xué)模式方面，應(yīng)該逐步減少課堂講授的學(xué)時(shí)。加強(qiáng)案例教學(xué)、開放式教學(xué)、交流式教學(xué)等，讓學(xué)生深度參與到教學(xué)實(shí)踐中來(lái)。通過現(xiàn)場(chǎng)參觀、專家講座等方式，引導(dǎo)學(xué)生了解、掌握新材料和先進(jìn)材料測(cè)試技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。

4.注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力和意識(shí)的培養(yǎng)。在教學(xué)過程中，注重學(xué)生知識(shí)獲取渠道、方法的培養(yǎng)。增加學(xué)生文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)分析能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)獲取新知識(shí)、新方案的能力。

四、結(jié)語(yǔ)

通過實(shí)施工程材料教學(xué)實(shí)踐的改革與創(chuàng)新，進(jìn)一步提高了學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。提高了學(xué)生的科學(xué)研究能力、產(chǎn)品工藝開發(fā)能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的意識(shí)和能力。對(duì)于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)意識(shí)和能力的培養(yǎng)也具有明顯的促進(jìn)作用，收到了良好的效果。

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Study of the Content and Teaching Methods of the Course Engineering Material in the Postgraduate Education of Power Engineering Specialty

LIU Qing-gang，YU Xin-qi，ZHU Hai-rong

（School of Mechanical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang，Hebei 050018，China）

Abstract：At present，there are some shortcomings in the teaching method and content of the course engineering material for the postgraduate education of power engineering specialty and mechanical engineering，and it can't meet the needs for the training of the abilities of the scientific research，technology development and the creative designing for postgraduate students.In this paper，the engineering material course set by the Hebei university of science and technology is taken as an example，the problems in the course engineering material are analyzed，and a series of methods are proposed and will be of benefits for improving the educating quality of the postgraduate students.

Key words：engineering material;teaching method;teaching content;power engineering