研究生工程材料课程教学内容与模式

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摘要：目前，动力工程类、机械工程类研究生工程材料课程教学中存在教学内容、教学模式不适应研究生科学研究、技术开发、创新设计能力培养等方面的不足。以河北科技大学为例，针对目前研究生工程材料课程存在的主要问题开展分析，提出了一系列改进措施，对于提高研究生培养质量具有一定的参考意义。

关键词：工程材料；教学方法；教学内容；动力工程

工程材料课程是机械工程类、动力工程类专业的重要学科基础课程，其目的主要是帮助学生认识和了解工程中常用材料的力学性能、加工工艺性能、耐腐蚀性能以及常用的成型工艺，如锻造工艺、铸造工艺、焊接工艺等[1]。在本科生教育阶段，工程材料课程的教学目的主要在于帮助学生掌握常用材料的性能，以便在工程设计中正确选用材料[2]。然而，在研究生教育阶段，对学生的培养目标发生了明显的变化。研究生教育阶段的教学任务主要在于培养学生的科学研究、工艺开发、创新设计等方面的知识和能力[3]。因此，研究生阶段工程材料课程的教学内容除了涉及材料的常规性能之外，还要求学生掌握各类材料性能的测试方法，具备完成材料性能实验测试的动手能力。除了常规的性能测试之外，研究生还需要掌握一些现代测试技术，比如金属在机加工或热成型过程中的残余应力测试等，以及一些新材料方面的知识，如纳米材料、储氢材料等[4]。这就对常规工程材料课程的教学内容和教学方法提出了新的要求，研究生阶段的工程材料教学必须更加重视学生在动手能力方面的训练，实践教学是研究生工程材料教学的重要组成部分。目前，一些培养单位研究生阶段工程材料课程的教学内容和教学方法都是照搬本科教学阶段的模式，难以适应对研究生科学科研、技术开发以及创新设计等方面的能力培养。本文主要以我校动力工程及工程热物理一级学科硕士研究课程“现代工程材料”为例，介绍在研究生工程材料课程教学中存在的主要问题以及主要的教学改革措施，对于提高研究生工程材料类课程的教学效果具有一定的参考意义。

一、当前课程的主要教学内容和教学模式

目前，我校的现代工程材料课程以课堂教学内容为主，讲述内容主要包括7个方面。1.金属材料的性能。主要讲述常见金属材料的种类和性能，包括材料的力学性能、物理化学性能和主要工艺加工性能，如焊接、锻造、铸造、机加工等。教学方法以课堂教学为主，辅助进行案例教学，实践教学占比重很小。2.金属和合金的晶体结构和结晶。主要讲述金属的晶体结构、真实金属的晶体结构、金属结晶过程、合金结构、二元合金相图等。3.铁碳合金。主要讲述纯铁及其同素异晶转变、铁碳相图的基础知识、Fe-Fe3C相图组元和基本组织的结构与性能、Fe-Fe3C相图的建立与分析、含碳量对铁碳合金组织性能的影响、Fe-Fe3C相图的应用等内容。4.工业用钢。讲授工业常用钢材的种类、化学成分、机械性能、物理化学性能等，介绍不同类型钢的应用环境、条件等。5.有色金属及非金属材料。主要讲授铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等常用有色金属材料，常用的高分子材料、陶瓷、石墨等非金属材料的性能、特点、应用等。6.材料选用方法。针对动力工程领域的工况环境、行业特点，讲授在设计过程中材料选择的原则、方法、措施等方面的内容。7.新材料研究技术及研究进展。简要介绍新材料发展、应用等方面的相关内容。

二、课程教学内容与教学模式中存在的主要不足

目前，工程材料的教学内容主要是对本科教学内容的扩展和延伸，与本科教学内容相比主要增加了新材料研究技术和研究进展的相关介绍，不适应研究生的培养需求，总结起来包括以下方面。1.教学内容缺乏对学生研究能力、开发能力以及创新意识的培养。目前，工程材料的研究内容主要集中在特基合金、有色金属方面，对于非金属材料、特种材料的性能、试验方法、应用领域的内容较少，不利于学生在科学研究、技术开发、创新设计中对新材料的选用。虽然增加了新材料研究技术及研究进展的相关内容，但由于新材料技术发展很快，课程教学无法面面俱到，不适应新形势的发展。2.教学方法不利于提高学生分析问题、解决问题的能力。教学方法以课堂教学为主，注重基础知识学习，缺乏对学生综合运用所学知识解决工程实践问题或完成新产品、新工艺开发、开展科学研究等方面的培养手段。另外，课程教学中实践环节较少，不利于学生动手能力的培养。3.教学内容和教学模式没能做到与时俱进。随着经济和科技的发展，知识生产的速度呈现几何级数增加。因此，课程内容和教学模式的更新往往难以适应知识更新的发展。因此，在现在的研究生教学中一定要设置开放性教学环节，以提高课程教学效果。4.缺乏对学生自学能力培养的有效手段。自学能力的大幅度提高是研究生区别于本科毕业生的一个重要特征。由于研究生的主要学习模式是在教师的指导下，通过查阅文献、开展理论分析、数值模拟和实验研究获取所需知识，并运用这些知识解释自然现象或解决工程问题，因此自学能力的培养是研究生培养过程中最重要的能力之一。

三、教学研究现状及主要应对措施

针对工程材料教学中存在的主要问题，在长期的教学实践中总结得到一些教学改革措施，主要包括以下几个方面。1.教学内容要兼顾经典工程材料知识体系构建和新材料、新工艺方面拓展。传统的金属材料、非金属材料性能、晶体学相关知识的教授必不可少，这有助于构建学生完整的知识体系，对于学生思维方式的训练大有裨益。另外，在教学过程中，要不断对教学内容进行更新，及时向学生传递在新材料开发、先进材料检测技术、检测设备领域的发展动向。这就要求任课教师始终活跃在科研第一线，准确把握行业发展新动态。2.教学模式以培养科学研究、技术开发和创新设计能力为主。在课程教学中，注重学生新知识的获取、分析、总结、判断能力的培养。要求学生通过查阅文献，针对特定工程材料领域的选题进行文献综述；学生通过对特定新材料工艺开发、测试方法设计等制定方案，并在方案制定的过程中通过各种手段获取知识，并将知识应用于新材料、新方法的研究与开发中。3.教学环节要更加注重实践教学培养。教学模式方面，应该逐步减少课堂讲授的学时。加强案例教学、开放式教学、交流式教学等，让学生深度参与到教学实践中来。通过现场参观、专家讲座等方式，引导学生了解、掌握新材料和先进材料测试技术发展动态。4.注重学生自主学习和终身学习能力和意识的培养。在教学过程中，注重学生知识获取渠道、方法的培养。增加学生文献检索、文献分析能力的培养，增强学生通过网络获取新知识、新方案的能力。四、结语通过实施工程材料教学实践的改革与创新，进一步提高了学生的培养质量。提高了学生的科学研究能力、产品工艺开发能力以及创新设计的意识和能力。对于学生自主学习、终身学习意识和能力的培养也具有明显的促进作用，收到了良好的效果。

参考文献：

[1]孙康宁,张景德,傅水根.“工程材料与机械制造基础”课程知识体系研究[J].中国大学教学,2015,(05):63-66.

[2]金南国,钱匡亮,孟涛.高校土木工程材料实验教学单独设课的探讨[J].实验室研究与探索,2009,28(09):111-112,116.

[3]李枫,翟婷.工科研究生创新能力的提升路径[J].中国高校科技,2018,(12):84-86.

[4]周超,王辉,欧阳柳章,等.高压复合储氢罐用储氢材料的研究进展[J].材料导报,2019,33(01):117-126.

作者：刘庆刚 于新奇 朱海荣 单位：河北科技大学机械工程学院