關(guān)于《工程材料》課程教學(xué)的使命探討

郭娜娜，殷鳳仕，孫金釗，尹文紅，王洪濤，姜學(xué)波，王兆君，于文強(qiáng)，朱建

(山東理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 淄博)

一 引言

《工程材料》課程是以機(jī)械工程、交通運(yùn)輸工程以及農(nóng)業(yè)工程等裝備設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域?yàn)閼?yīng)用背景，面向機(jī)械、交通和農(nóng)機(jī)等機(jī)械類本科專業(yè)所開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課程。該課程內(nèi)容包含了材料類專業(yè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》《金屬熱處理原理》《金屬材料學(xué)》等多門專業(yè)課知識(shí)，是一門理論性很強(qiáng)的課程。對(duì)非材料類的專業(yè)學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)《工程材料》課程時(shí)，普遍感覺內(nèi)容抽象、概念多、不容易理解，尤其是對(duì)《工程材料》課程的學(xué)習(xí)目的不明確，學(xué)習(xí)的動(dòng)力不足。我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)為提高教學(xué)質(zhì)量，在課堂教學(xué)過程中融入思政內(nèi)容[1]，開展綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2]等方法，并在智慧樹平臺(tái)完成了在線課程的建設(shè)情況，取得了較好的效果，目前已經(jīng)有江蘇大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)等19 所學(xué)校學(xué)生選擇該課程進(jìn)行教學(xué)，如圖1 所示。為進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)《工程材料》課程學(xué)什么和為什么學(xué)的理解和認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和趣味性，從而提高教學(xué)質(zhì)量，本文根據(jù)《工程材料》課程的教學(xué)內(nèi)容和目的，探討了該課程的教學(xué)使命，以最簡練的語言來描述，并通過課程內(nèi)容、教學(xué)方法及評(píng)價(jià)方式的設(shè)計(jì)等完成三個(gè)教學(xué)使命。

二 課程教學(xué)的使命

《工程材料》課程的主要內(nèi)容包括材料的結(jié)構(gòu)、材料的性能、材料的凝固與相圖、金屬塑性變形與再結(jié)晶、材料中的相變與熱處理技術(shù)、表面技術(shù)、合金化原理以及常用工程材料的成分、組織和性能特點(diǎn)及應(yīng)用[3,4]。材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系規(guī)律，是貫穿在《工程材料》課程的一條主線，是隱藏在工程材料中的科學(xué)原理，是工程材料中的奧妙之所在，是認(rèn)識(shí)材料、選擇材料和用好材料的理論基礎(chǔ)，重要但不容易掌握，需要學(xué)生在學(xué)校過程中不斷地總結(jié)、歸納。因此，《工程材料》課程教學(xué)的第一個(gè)使命就是讓學(xué)生探索工程材料中的這些科學(xué)原理，用“探索工程材料奧妙”來描述。

圖1 智慧樹平臺(tái)工程材料課程選課情況

《工程材料》課程教學(xué)內(nèi)容中的熱處理技術(shù)、合金化技術(shù)、表面技術(shù)以及常用工程材料是根據(jù)工程材料中的科學(xué)原理發(fā)展出的用于解決工程實(shí)際問題的各種應(yīng)用技術(shù)。通過這些技術(shù)的應(yīng)用，可以控制工程材料的性能，滿足不同使用環(huán)境的需要。因此，通過學(xué)習(xí)工程材料，不僅可以掌握工程材料中的科學(xué)原理，還可以利用這些科學(xué)原理進(jìn)一步控制工程材料的性能。因此，《工程材料》課程教學(xué)的第二個(gè)使命是讓學(xué)生掌握這些材料的改性技術(shù)，用“掌控工程材料性能”來描述。

裝備制造業(yè)以機(jī)械、汽車、船舶、航空航天為主，同時(shí)涉及冶金、能源、化工、信息等多種國民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)[5,6]。在裝備設(shè)計(jì)與制造過程中，材料的選擇與應(yīng)用是需要考慮的基礎(chǔ)和重要因素，特別是在高端裝備制造領(lǐng)域，材料的性能往往是整個(gè)裝備實(shí)現(xiàn)高性能化的限制性環(huán)節(jié)。因此，作為裝備設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域的大學(xué)生，未來能否選好、用好材料是決定高端裝備制造水平的關(guān)鍵因素。因此，學(xué)好《工程材料》課程可以“助力高端裝備制造”，這是《工程材料》課程教學(xué)的第三個(gè)使命。

三 課程教學(xué)使命之間的關(guān)系

“探索工程材料奧妙”就是探索材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系規(guī)律，即探索工程材料中隱藏的科學(xué)原理；“掌控工程材料性能”是利用工程材料中隱藏的科學(xué)原理發(fā)展的材料改性技術(shù)，即熱處理技術(shù)、合金化技術(shù)、表面技術(shù)等控制材料的性能，滿足不同環(huán)境條件下的服役要求；掌控了工程材料性能，有助于解決高端裝備制造中存在的材料問題。可見，“探索工程材料奧妙”是“掌控工程材料性能”的基礎(chǔ)，“助力高端裝備制造”是“掌控工程材料性能”的目的。

圖2 智慧樹平臺(tái)課程信息

四 課程教學(xué)使命符合《工程材料》課程教學(xué)的目的

《工程材料》課程教學(xué)的宗旨是使非材料類專業(yè)的本科生能在較少學(xué)時(shí)的教學(xué)過程中建立起材料科學(xué)與工程的總體思維方式，不僅要掌握有關(guān)材料性能的基本概念，更重要的是建立一種性能與成分、組織結(jié)構(gòu)以及加工工藝之間相互關(guān)聯(lián)的概念，強(qiáng)化宏觀與微觀相互關(guān)系的觀念，從而為其選擇材料并使用該材料達(dá)到最佳性能提供一個(gè)總體思路[3]。

工程材料課程是機(jī)械類和近機(jī)械類各專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，課程的目的是使學(xué)生獲得工程材料的基本理論知識(shí)，掌握材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系，了解常用材料的應(yīng)用范圍和加工工藝，初步具備合理選擇材料、正確確定加工方法、妥善安排工藝路線的能力[3]。

“探索工程材料奧妙”就是探索材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系規(guī)律，就是工程材料的基本理論知識(shí)；“掌控工程材料性能”不僅是掌握常用材料的性能，而且還提出控制材料性能，可以使學(xué)生進(jìn)一步具備合理選擇材料、正確確定加工方法、妥善安排工藝路線的能力?？梢?，本文提出的《工程材料》課程教學(xué)的使命，不僅符合《工程材料》課程教學(xué)的目的，還在原有基礎(chǔ)上有所提高。

表1 部分教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)方法和手段以及作業(yè)的詳細(xì)設(shè)計(jì)情況

五 課程教學(xué)的實(shí)施

如何進(jìn)行課程內(nèi)容、教學(xué)方法及評(píng)價(jià)方式的設(shè)計(jì)是完成工程材料課程三個(gè)教學(xué)使命的關(guān)鍵。該課程已在智慧樹平臺(tái)完成了在線開放課程的建設(shè)（https://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/2069141#teachTeam），如圖2 所示為工程材料課程在智慧樹平臺(tái)的課程信息。因此該課程采用“線上線下”相結(jié)合的教學(xué)模式進(jìn)行[7,8]。此外，明確各章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)并設(shè)計(jì)教學(xué)方法和手段，如表1 所示為部分教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)方法和手段以及作業(yè)的詳細(xì)設(shè)計(jì)情況。通過小組討論、PPT 講述、案例分析等多種方式讓學(xué)生更多的參與到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。同時(shí)課程講授中融合思政元素，將搜集到的課程思政素材如重大工程中出現(xiàn)的材料問題、生活生產(chǎn)中的先進(jìn)材料以及材料領(lǐng)域領(lǐng)軍人物等融入到相應(yīng)章節(jié)的講授中，促進(jìn)以上教學(xué)的實(shí)施設(shè)計(jì)合理的評(píng)價(jià)方式是極其關(guān)鍵的，在評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中更注重過程評(píng)價(jià)，因此增加平時(shí)成績占比，包含：作業(yè)、出勤和課堂參與度（30%）+小組PPT 講述（30%）+案例分析（30%）+（課前知識(shí)回顧10%）四個(gè)部分，并細(xì)化各個(gè)考核指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2 所示。其中PPT 講述部分的成績由其余小組同學(xué)互相打分獲得。

表2 案例分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

六 結(jié)語

本文根據(jù)《工程材料》課程教學(xué)的內(nèi)容和目的，提出了用“探索工程材料奧妙，掌控工程材料性能，助力高端裝備制造”三句話概括《工程材料》課程的教學(xué)使命，來加深學(xué)生對(duì)《工程材料》課程學(xué)什么和為什么學(xué)的理解和認(rèn)識(shí)，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和趣味性。我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)在建設(shè)在線開放課程時(shí)，將這三句話放在了教學(xué)視頻的片頭，進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)《工程材料》課程使命的認(rèn)識(shí)。