工程案例下的工程材料教学改革

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【摘要】围绕学校的发展规划和专业建设目标，结合工程材料课程的特点和教学中存在的问题，构建基于工程案例的教学模式、改革教学方法，目的在于通过基于工程案例的工程材料教学模式的改革提高学生的工程应用能力和创新实践能力。

【关键词】工程材料；工程案例；教学改革

工程材料是机械类专业的一门必修的专业技术基础课程，是一门在实际工程应用中发展起来的以工程实际应用背景为基础的课程[1]，是一门连接科学和技术、理论和实践的桥梁课程，是一门介于专业理论和工程实际应用之间的课程[2]。

1工程材料教学中存在的问题

工程材料实际上是材料科学与工程专业多门课程（如金属学、热处理原理、热处理工艺、材料等）的一个压缩删减版课程[3]。因而使该课程的基本概念众多且貌似分散，前后章节如果脱离工程实际应用的话则关联性不强。这就需要学生对实际的机械工程、材料学及相关工程应用等比较了解的情况下才能对这门课程的知识完全融会贯通。但目前面临的实际情况是，对与机械类专业来讲，首先是学时有限，不能把该课程所包含的知识点系统化、关联性地详细讲解;再者是机械类专业的学生的本科教学中与工程材料相关课程开设实在太少，学生对工程材料的认知缺乏，对于感官无差异的钢铁材料，其成分、性能和应用的千差万别让学生接受不了。在对机械类专业学生讲授该课程的时候，很多学生由于理论知识的工程实践应用能力，即工程上的理论联系实际的能力近乎为零，导致他们认为该课程离其实际生活太远，没有数理化那么具体，可以通过理论计算产生量化的结果，而该课程主要讲授的工程材料成分-组织-性能间关系的知识及其在选材中的应用完全令人摸不着头脑。强调工程实践能力培养是当今立足于应用型人才培养的工科类专业本科教学的一大特点，为此就必须改变传统的强调理论教学而忽视工程实践能力培养的教学模式，解决理论教学和工程实践能力培养在教学时间上的分配问题。即在学生有限的本科学习时间内，通过合理地改革教学模式，既能满足学术界要求的用更多的学时传授更多、更新的理论知识又能满足工程界希望的用更多的学时使学生得到更多的工程训练、更多的工程经验和能力。

2教学模式的改革

但无论人才培养目标定位在何处，最终目标都是：（1）学生必须具备一定的理论知识；（2）学生必须具备一定的工程能力。这里说的工程能力是指理论知识的工程实际应用能力。遵循高等教育的规律,结合我校机械类专业的应用型人才培养的办学特色及相关课程的特点,以工程实际应用能力培养为目标,研究确定本课程的理论知识体系构架,改革教学模式,探索引入新的理论教学方法与实践教学环节新的关联方式-案例式教学,以适应教学改革及人才培养的需要,成了本课程改革的指导思想及最终目标。在总学时越来越少、新材料、新工艺等要学习的内容越来越多的条件下,怎样使学生学好课程,完成教学任务，是摆在我们面前的一个重要课题。要从根本上解决这个问题,必须改变以往的教学思想,调整教学体系,教学手段上大力改革[4]。案例教学是运用与课程内容相关联的典型的实际案例进行课堂教学的一种形式，在高校教学中的应用由来已久，尤其是经济类、管理类和法律类的教学中上应用广泛、效果显著，但在工科类的专业基础课程教学中的应用的报道比较少。应用型人才培养的核心目标之一即是工程应用能力的培养，这种能力的培养需要一个循序渐进的过程，它不可能仅仅依靠课本学习即可得来，它是在理论课的学习过程中有目的求引导学生参与到实际工程问题的分析讨论和解决之中，通过了解分析实际工程案例，将理论知识融入实际应用之中。这样做即可逐步提升学生的工程素养，又可使学生认识到学习的理论知识的作用，激发学生的学习热情，取得良好的教学效果。为了达到这个目的，我们在工程材料的教学改革中借鉴了案例教学，即教师在工程材料的理论教学中合理地嵌入学生熟悉的工程案例，从学生的真实感知入手，来帮助和引导学生理解思考问题，引导学生如何将书本上的理论知识应用到实际的工业生产之中，从而逐步提升学生的工程应用能力。在案例教学过程中，根据课程的进展需要还适当应用课外专题讨论式教学-专题论文写作，组织和引导学生利用图书馆和网络查找资料，积极参与课外的专题讨论，实现教与学的良性互动。通过这些改革来改善以往的工程材料教学中存在的抽象性和学生学习的被动性问题，将原先对学生而言抽象的工程材料选择及热处理工艺的制定变为可看见和触摸的事物，激发学生的学习兴趣。我们通过引入工程案例的方式来改革工程材料的教学体系，主要是：（1）针对学生工程概念差的特点，在课程教学的第一节课上就在课程的教学中引入学生熟悉的齿轮减速箱（制图课作业），车床、铣床及钻台（金工实习已经学会操作）和小轿车这些学生们熟悉的工程实际设备为案例。通过设备中不同零件的选材及加工工艺过程的分析，逐步引入该门课程的学习主线：材料的成分-热处理工艺-组织结构与性能之间的关系，以此来缩小学生的理论知识和工程实际应用之间的距离。通过车刀、机床主轴的加工过程来介绍热处理工艺，同时引导学生积极参与课堂讨论来达到学生对这门课程的学习掌握。（2）利用工程案例“贯穿主线”。一个工程实践项目的训练需要一定的工程应用实例，但是学生不会自主地将工程应用实例与理论知识相关联。因而，在本课程的教学过程中，以学生金工实习中使用过的设备-台式钻床作为工程案例的主线，以车床、减速箱、低碳钢板、锯条、小轿车、变速齿轮箱等学生熟知的设备或工具为辅线，用材料成分-热处理工艺-组织和性能之间关系的理论知识体系将其贯穿起来。根据不同章节的讲解需要，拆分出不同零件作为实际工程案例来描述，例如外壳、载物台、钻头、主轴等这些学生已经使用过的设备上的零部件为例，变抽象的成分、组织和性能间的关系为学生具体学生已经熟知的零部件和工具，使学生在课程的学习过程中逐步认识到在机械设计中选材及制定热处理工艺的作用。这可以激发学生进一步学习探索本课程的兴趣并利用实验来鼓励学生独立思考，从而逐步提升学生自身的工程应用能力。这样，课堂教学的分合相济,变分散为集中,变模糊为清晰,有利于学生建立完整的设备的结构设计、零件结构设计和选择合理材料、制定该零件加工工艺路线的整体概念,以此来保证教学内容的基础性和系统性。（3）采用多媒体授课,讲授内容合理划分主干和分枝中，注重重点主干内容的讲解，对于非重点的分枝内容采用列表式或提纲式的方法讲授，达到教学内容进行适当的整合的目的，合理利用有限的学时,促进学生对重点内容的掌握。通过实际工程案例的引入，力求做到简单、生动、形象。例如,以学生熟知的玻璃和水晶的差别引入晶体和非晶体的概念和性能差异，以石墨、钻石、纳米炭、石墨烯间的关系和区别来讲解晶体结构研究的重要性及其材料研究新成果的在生产实际过程中的应用，在讲授晶体结晶基本过程时,通过形象的动画使整个结晶过程中的形核和长大过程一目了然,避免抽象的理论叙述。（4）利用工程实际案例，加强理论联系实际。在课堂上讲授理论时,有针对性地结合金工实习中相关的实际案例，将抽象的理论与学生的工程认知结合起来，使学生容易理解和掌握这些知识，也使学生感受到学习本课程的作用。例如,在介绍钢为何必须进行热处理时,以T10钢制造钻头为例，详细讲解钻头的选材依据和它完整的加工制造工艺路线,说明预先热处理和最终热处理工艺的选择依据,不同热处理工艺对组织与性能方面的影响,从而使学生了解和掌握了热处理在零件生产加工过程中的作用。在学完金属材料这一章过后，安排总结性的钻台设计中各个零件的选材及工艺路线制定的课堂讨论，是学生初步认识到同一设备中，不同零件需要根据各自的使用条件来选择适合自己的金属材料，并且根据加工工序的不同，选择不同的热处理工艺，为其后续课程学习打下良好的基础。总之，社会的发展变化从客观上对高等教育提出了改革的要求，也决定了高等教育改革教学方法和调整教学结构的与时俱进的必然。本着培养现代应用型人才的原则，结合当今学生知识结构的特点，基于工程实际案例工程材料的课程教学改革，将理论学习与实践学习、技术原理和技术应用相结合，有效地提高学生学习、掌握和应用所学知识的能力。

【参考文献】

［1］邵洋,吴运新,姚可夫.工程材料课程英文教学实践[J].中国现代教育装备,2013(19):44-46.

［2］朱荣华,柯俊.建立大工程观念下的新型课程体系[J].高等工程教育研究,1998(4):19-26.

［3］王章忠.现代工业产品的价值选材[J].金属热处理,2002(9):56-58.

［4］高道祥.“工程材料及成形技术”课程教学改革探讨[J].中国林业教育，2009，27（S1）：60-62.

作者:胡一丹 李爱社 江帆 单位:广州大学机电学院