材料工程基礎課程教學改革探索

摘要：材料工程基礎是集理論與應用于一體的綜合性課程，將課堂理論教學與實際生產相結合，實施線上線下相融合的模式教學，并采用形成性評價機制，提高學生在課程學習中的參與度。結合實際，實施課程思政激發(fā)學生的愛國意識、專業(yè)信心和學習熱情。

關鍵詞：材料工程基礎；線上教學；形成性評價；課程思政

材料工程基礎是金屬材料工程專業(yè)的重要基礎課程，是理論與實踐相結合的紐帶。本課程主要介紹有關鑄造、壓力加工、焊接和粉末冶金等熱加工方法的基本原理、基本方法、工藝技術以及相關材料、設備及其應用。通過本課程的教學，使學生掌握鑄造、壓力加工、焊接和粉末冶金等熱加工方法的基本原理、工藝技術和影響產品質量的因素。了解常用金屬材料的成分、組織、性能及熱加工工藝之間的關系，獲得初步選擇毛坯成型方法以及分析零件結構工藝性的能力，為學習其它課程和從事生產技術工作打好基礎。材料工程基礎集成了金屬材料在工程中應用的知識[1]。學生對課程內容掌握的熟練程度直接影響其將來走向崗位后的工作能力。現(xiàn)階段課程教學中存在教學內容更新不及時、教學模式單一及課程思政教學不完善等問題。本文就上述問題，提出改革措施。

一、教學目標及教學內容的優(yōu)化

（一）課程教學目標優(yōu)化

安徽工業(yè)大學金屬材料工程專業(yè)根據工程專業(yè)認證及新工科建設等要求，于2019年對專業(yè)的培養(yǎng)目標進行了優(yōu)化。修訂后的培養(yǎng)目標包括三個方面：一是能夠獨立從事金屬材料有關的產品開發(fā)與設計、組織性能調控、使役分析與評估、管理等工作，具備金屬材料工程師的素質和能力；二是能夠以可持續(xù)發(fā)展的理念，結合相關法律、社會和經濟等因素分析和解決環(huán)境金屬材料工程領域的復雜工程問題；三是能夠通過終身學習適應職業(yè)發(fā)展，在金屬材料工程相關生產和科研領域擔任重要職務，具有職場競爭力?；谛薷暮蟮膶I(yè)培養(yǎng)目標，對材料工程基礎課程教學目標進行了優(yōu)化，主要體現(xiàn)在對復雜工程問題的解決能力培養(yǎng)及實施課程思政等方面，優(yōu)化后的教學目標包括：（1）掌握金屬材料凝固理論及凝固過程中的物理問題，并能夠將其靈活應用于金屬材料的鑄造工藝中；掌握冷加工過程中，金屬材料的組織結構變化過程及機理，并靈活應用于金屬的壓力加工工藝中；掌握焊接過程金屬材料的熔融與凝固理論，靈活應用于焊接工藝；掌握粉末冶金的基本理論，并能夠應用于粉末冶金工藝。通過本課程教學，培養(yǎng)學生解決科學問題的基本素養(yǎng)。（2）掌握鑄造、壓力加工、焊接及粉末冶金的工藝參數(shù)，并能夠分析不同參數(shù)對加工工藝的影響，通過講解各類熱加工工藝的應用，讓學生了解我國熱加工行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，激發(fā)學生的愛國熱情與責任感。（3）了解各類鑄造、壓力加工、焊接及粉末冶金所應用到的機械設備，了解其適用范圍及應用的局限性；培養(yǎng)學生以辯證的方法看待并解決工程問題的能力。上述3個課程目標分別對應了本專業(yè)畢業(yè)要求指標點1.4、4.3和5.1，見表1。

（二）課程教學內容優(yōu)化

本課程教學內容的優(yōu)化包括以下幾個方面：第一，學時分配。材料工程基礎課程（共40學時）的四章內容中，第一章鑄造為12學時、第二章壓力加工為8學時、第三章焊接為8學時、第四章粉末冶金為4學時；剩余的8學時包括討論課4學時、隨堂測試2學時及實踐課2學時。課程中各章內容中都包括了基礎理論、工藝方法及常用設備三大部分。課程中的基礎理論部分不僅包括了材料科學基礎、金屬材料熱處理等課程中的基本內容，還擴展了與工程應用相關的理論基礎。例如，鑄造章節(jié)中，需要掌握合金的凝固理論、合金相圖等基礎理論，除此之外，還要掌握合金流動性、合金收縮原理等多個方面的內容。因此，在教學中既要引領學生復習原有的基礎知識，還要將鑄造工藝中所需要理解的擴展內容加以清晰闡述?；诨A理論部分的重要性，其所占課時不應過少；但由于課程的目的主要是培養(yǎng)學生對工藝及設備的理解，理論所占比例也不應過多。根據以往的經驗，理論部分所占課時應該為總課時的25%左右，其中，鑄造、壓力加工兩章節(jié)對理論的理解較為重要，因此，理論講解需要更為詳細。工藝方法部分是本課程中的重點，是聯(lián)系理論與工程應用的重要紐帶，因此，工藝方法部分需要詳細闡述。材料工程中的工藝方法包括了非常多的加工工藝，如壓力加工章節(jié)中包括了自由鍛造、模鍛、沖壓、軋制、拉拔、擠壓等多種方法，其中的沖壓工藝包括分離工序和變形工序，分離工序包括沖孔和落料，變形工序分為拉深成形、彎曲成形、脹形成形和翻邊成形等，其中的脹形成形又包括平板胚料脹形、管胚脹形、球體脹形和拉形等，由此可見本課程中工藝的繁雜程度。因此，對工藝的闡述應理論聯(lián)系實際，通過動畫、示意圖等直觀展示幫助學生理解?；诠に嚪椒ú糠值闹匾院蛷碗s程度，其所占課時應該為總課時的60%左右。其中，壓力加工、焊接兩章節(jié)對工藝的理解更為重要，因此，工藝講解需要更為詳細。常用設備部分是本課程中更接近生產實際的內容，講解中應聯(lián)系工廠中的生產環(huán)節(jié)。由于認識實習在本課程之前，因此，可以聯(lián)系認識實習中學生所看到的相關設備來講解。

第二，主次分明。在課程講解中，通常采用分解關鍵詞的方法幫助學生理解概念。例如，鑄造的概念是將液態(tài)金屬澆注到鑄型的型腔中，依靠自重或壓力填充鑄型，經冷卻并凝固后獲得具有一定形狀的毛坯或零件的工藝方法。這個概念中關鍵詞有兩個，即填充鑄型和冷卻凝固，而這兩個關鍵詞分別對應了后面要介紹的兩部分內容：液態(tài)合金的充型、鑄件的凝固和收縮。因此，在講解中教師要有針對性地指出概念與后續(xù)內容的關系，可以增強學生對概念的理解。除了概念外，在加工工藝的講解中，也要分清主要內容及次要部分。例如，在焊接章節(jié)里熔化焊與壓力焊在工業(yè)中的應用尤為廣泛，因此，熔化焊、壓力焊需要重點介紹，而釬焊則簡要介紹即可。

第三，內容更新。在材料工程基礎課程中，除課本中的基本內容外，還應及時更新教學內容，讓學生接觸到最前沿的相關知識。材料工程基礎課程中大多是工業(yè)化生產中應用到的加工工藝，而隨著科學技術的發(fā)展，各工藝的更新速度很快。因此，在課堂中應適當引入與課程相關的前沿技術，做到教學內容的與時俱進。例如，在常用的鑄造合金的內容中，引入近年來發(fā)展的鎂合金，可有效地吸引學生的注意力，提升學生對本課程的學習興趣。

二、調整教學模式

（一）教學方式的改進

隨著工程教育專業(yè)認證、新工科建設的推進，工程教育領域正發(fā)生深刻變革，人才培養(yǎng)正在從“以教師為中心”的知識灌輸模式向“以學生為中心”的產出導向模式轉變[2]。隨著OBE教學理念的深化，指向非技術因素的能力、素質方面的教學模式、教學內容、考核方式需要持續(xù)關注。隨著教學改革的深化與教學模式的轉變，教師數(shù)量在滿足小班或小組為單位的項目式、研討式教學方面的支撐存在弱化趨向[3-4]。在這樣的背景下，本課程依托質量工程項目建立了以線下教學為主體、線上教學為輔助的線上線下混合式教學模式。線下教學中，將應用案例與理論基礎及工藝方法有機結合在一起；線上教學中，通過討論、線上作業(yè)、問答、線上隨堂考試等方式提高學生的參與度。通過線上與線下教學的融合，借助信息化手段推動課程教學方式的改革。

（二）實踐能力的培養(yǎng)

材料工程基礎課程涉及到的四方面主要內容傾向于生產工藝，可作為培養(yǎng)學生實踐能力的重要抓手。對實踐能力的培養(yǎng)不能只通過課堂講授來進行，現(xiàn)場的實際操作更為重要，教師可以充分利用學校的實驗設備、小型生產裝備等為學生提供動手操作的條件。例如，壓力加工中，拉拔和軋制所需要的設備是拉拔機和軋機，而金屬材料專業(yè)配備了小型拉拔設備和冷軋設備。再如，焊接章節(jié)中的熔化焊和釬焊等內容，均可聯(lián)合焊接專業(yè)共同進行實踐學習。因此，教師在具體教學過程中加入了相應的實踐內容，實現(xiàn)對學生從理論到實踐的全面培養(yǎng)。

（三）考核方式的改進

為適應工程專業(yè)認證及新工科建設要求，對本課程考核方式進行了優(yōu)化。傳統(tǒng)的以考試成績（80%）+平時成績（20%）為主的考核方式對學習過程關注不足，為提升學生平時學習的積極性，將考核方式修正為期末考試與過程性評價相結合。過程性評價內容包括平時作業(yè)、考勤、階段測試及翻轉課堂（學生講座）表現(xiàn)四個方面，各課程目標對應考核的權值分配見表2?？己朔绞降膬?yōu)化有效提高了學生在課程學習中的參與度。

三、實施課程思政

本課程實施課程思政教學主要包括以下三個方面：

第一，找準本課程中課程思政的切入點。工科課程的課堂中，課程思政的實施需找準切入點，使課程思政的融入更加自然。第二，人物事跡素材的講述。在課堂中引入行業(yè)中先進個人的事跡可以激發(fā)學生強烈的愛國意識和民族自豪感，并且人物事跡是更形象的表達，可以進一步提升學生學習材料專業(yè)的熱情。如在壓力加工章節(jié)中引入準晶的發(fā)展歷程介紹。中國科學院院士張澤通過相關科研工作發(fā)現(xiàn)了準晶的5次及11次對稱結構，該發(fā)現(xiàn)僅較諾貝爾獎獲得者以色列科學家達尼埃爾·謝赫特曼晚數(shù)月，可以說與諾貝爾獎擦肩而過。張澤院士在隨后多年的鉆研中，發(fā)現(xiàn)了多個重要現(xiàn)象，并開發(fā)了透射電子顯微鏡的原位觀察技術，為我國電子顯微學做出了重要貢獻。通過科學家事跡介紹激發(fā)學生的科研熱情。第三，提出問題供學生思考。在課堂中提出材料工程中的工藝問題供學生思考并要求提出相應的解決方案。在先進材料國產化中有很多工藝問題急需解決，例如，根據“我國現(xiàn)階段有哪些新材料亟需國產化”這一話題開展一節(jié)討論課。學生可以通過查閱相關資料，深入了解我國現(xiàn)階段的重大需求，從而確定學習方向，提高學生學習的目的性和積極性。教師從學生的反饋數(shù)據進行統(tǒng)計，分析學生對相關話題的認知情況，對重點部分進行總結。教師通過有針對性的引導，進一步加深學生對金屬材料行業(yè)的了解。這一過程可以為培養(yǎng)高水平技術型人才提供支撐。

四、結語

材料工程基礎是集理論和應用于一體的綜合性課程，通過教學目標和教學內容的優(yōu)化及教學模式調整，提高了學生在本課程學習中的參與度，學生學習主動性得以提升。

參考文獻：

[1]陳婷， 郭春顯， 谷雨， 等. 新工科背景下材料工程基礎課程改革研究[J]. 科教文匯（中旬刊），2021（26）：98-100.

[2]胡雪， 魏敏， 夏博， 等. 基于“互聯(lián)網+”的《工程材料》課程混合式教學實踐與改革探索[J]. 高教學刊，2021（2）：124-128.

[3]王鳳云， 聶利青， 蔡毅. 基于OBE 理念的線上線下混合教學模式設計探究[J]. 科技與創(chuàng)新，2022（13）：10-13.

[4]楊江， 黃朝文， 何杰軍. 新工科背景下《材料工程基礎》教學改革探索[J]. 學術與實踐，2022（1）：209-213.