工程材料课程中的可持续发展观

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摘要：可持续发展是未来经济、社会、环境发展的方向，培养未来工程师和决策领导者的可持续发展观和可持续发展能力是大学今后人才培养的一项新的内容。本文将可持续发展的理念应用到苏州大学工程材料课程的本科教学中，提出融合可持续发展观的教育方法、学生培养及知识应用的新模式，为改善本科工程材料课程教学提供一种新的借鉴。

关键词：工程材料课程；可持续发展；实践创新；自主学习

一工程材料课程的可持续发展观

可持续发展观是当代人对社会、经济、环境三方面发展追求的最高境界。其目标是能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展，一般归结为经济的可持续发展、社会的可持续发展和环境的可持续发展。可持续发展的概念具体到工程材料课程，其要旨就是培养具有创新的人才，其能为社会提供具有竞争力的产品，同时对环境和社会的破坏和和影响小。对环境的影响要从产品全生命周期评估，既要考虑从指导产品的材料的矿石开始，到产品的设计、产品的制造、使用、回收等产品的各个生命周期阶段对环境的影响。可持续发展不仅仅是发展理念的变革，更需要一系列的使用技术，理解掌握和应用这些技术就要具备可持续发展的知识。可见，工程材料课程的可持续发展观主要是采用可持续发展的教学理念，培养具有可持续发展能力的人才，实现工程材料设计、制造工艺、生产技术的可持续发展。

二工程材料课程可持续发展观的教学实践

高等教育是一个知识传授和综合能力培养的过程。教学过程中的每一门课程都是一个专业学习的知识点，知识点具有相互依赖的关系，前一知识点是后一知识点的基础和支撑，一个知识点可能需要多个知识点的支持，最终多个知识点为后续的应用提供了保障。根据可持续发展的知识特征并结合工程材料课程特点，提出如下的融合可持续发展的教学、培养及知识应用的新模式。

（一）教学方法的可持续性

“工程材料”作为机械类的专业基础课，其目标是使学生具备对机械零件合理选材、提出热处理技术要求即制定冷热加工工艺路线的能力。目前苏州大学使用的教材是高等教育出版社的《工程材料》第三版，主要包含工程材料的性能、晶体结构与结晶、金属的塑性变形、二元合金、铁碳合金、钢的热处理、合金钢等多个章节的内容，该课程涉及的概念、专业名词比较多、内容抽象枯燥，课程不易理解。其中每章的内容尤其晶体结构与结晶、工程材料的性能及钢热处理等需要开设专门的专业课进行详细讲述的内容。例如工程材料的性能章节，该章节概念多如拉伸强度、弹性、硬度、疲劳度、屈服度等，而且其理论繁琐其涉及材料力学、物理化学及传热学等；在晶体结构与结晶章节中，晶体结构理论比较抽象，其一直是材料学中的一个难点，也是重点，其需要结构化学、量子理论及空间点群模型等知识积累，因此对教学方法也提出很大的挑战。另外，面对机械工程材料课程改革中课时不断被压缩，而教学内容并没减少，反而随着知识的更新有所增加，如何在有限的课时内达到预期目标也迫使每一位老师寻找新的教学方法。结合工程材料课程的特点及课程的目标，优化传统教学中每个知识点满堂灌的作风，在教学过程中添加可持续发展的“知识元”概念，即不可再分割的具有完整知识表达的知识单位作为一个整体来讲述，以增强不同知识点的连贯性，便于学生记忆和掌握。工程材料课程包括的知识元主要有金属材料的性能与成分、组织结构与技工工艺之间的关系；钢铁的热处理基本原理及工艺；机械工程采用的金属材料、非金属材料、高分子材料的成分、组织、性能及用途等。在教学过程中不仅仅讲清楚每一个知识元，更重要的将不同知识元关联起来，譬如金属塑性变形特征，不仅仅要讲授金属塑性变形的方式、实质，更应该讲明从晶体结构的理论分析清楚滑移面的移动方向、滑移数，从而讲授不同金属塑性变形能力差别的原因，使学生深入理解材料性能与微观组织之间的关联，在材料的性能与材料的内部组织结构相关性之间架设一座桥梁。进而实现知识点的从点到线，再从线到面，进而融会贯通各个知识点。

（二）培养学生可持续发展能力

在工程材料课程中，传统的学生培养模式就是老师在课堂上的知识授课，然后进入实践环节，使用现有的工艺或产品，指导学生实验，上述过程仅仅是对学生一个知识的积累与认知，而对其动手能力、创新能力和综合应用知识解决问题的能力收效甚微。上述过程仅仅教会学生“是什么？”，而没有教会学生“为什么？”。作为教学主体的教师，在教学中应该注重学生可持续发展能力如创新能力、发明创造能力、自主探究能力等的培养。为此，教学活动中可以引入开放式的“项目式”的培养方法。一方面可以将传统的学科体系中的知识内容化为若干个教学项目，围绕项目组织和展开教学，是学生直接参与项目过程，通过项目的实施达到培养学生知识应用及解决问题的能力。譬如材料的力学性能章节中，根据知识点设计两个小项目，一个静拉伸实验，学生自己测定材料的水平方向力学性能，让学生理解不同拉伸阶段力学性能的变化，并解释弹性形变的原理及对材料加工性能的影响，培养学生将来设计及选择材料的能力。另一个学生测试产品的硬度。通过产品硬度的测试，让学生理解硬度测试常用方法及其适用对象，掌握了常用的三种硬度测试计的使用方法。另外，将教材中的某些内容结合当前技术发展引导学生进行设计、思考，例如塑性变形的知识，让学生思考做一个塑性变形小的螺丝帽，应该选用哪种铁，如何得到这种铁！进而让学生真正理解不同铁的形成过程，及不同类型的铁的塑性变形能力的不同。通过开放式项目的培养方式，让学生从知识理解、方法的应用、动手操作及问题的解决，形成一个从知识掌握到能力的开发的一个可持续发展培养模式，最终培养学生的自主学习、探究、创新能力。

（三）材料设计、制造的可持续性

机械工程材料是影响可持续发展的重要因素，选择材料不仅仅要满足产品的功能要求，而且其全生命周期评估是绿色的、环境友好的。因此在工程材料设计的过程中，绿色材料基元的概念，其包括工程材料的可持续发展特性如材料可再生性、可回收性和可制造性等特性。同时，工程材料生产过程中不仅仅考虑性能的实现，考虑制造成本，而且也要关注生产过程对环境的影响。以不同硬度钢铁的制备为例，在设计和生产过程中，一方面利用所学工程材料基础知识来考虑炉温、淬火速度、淬火范围及掺杂剂含量对钢铁性能的影响，同时也要考虑新的工艺过程中的废弃物的排放及处理，考虑其排放方式对环境和生态的影响；还要考虑设计的不同路线对能耗的需求，进而实现源头的可须持发展。材料制造技术，面向优化环境制造的设计，对设计方案需要的制造方法进行环境评估，选择实现环境最友好的设计。因此，工程材料中绿色材料知识元的引入可以与工程材料的物理、化学、和机械性能及零件的加工工艺相融合，从工程材料的设计、制造等源头实现可持续发展。

三结语

本文结合苏州大学工程材料课程的特点及目前教学现状，将可持续发展的思想融合到工程材料课程的教学过程中。作者提出了基于知识元可持续发展的教育理念及基于“项目式”教学方法，通过教学过程实施培养出具有创造发明、自主探究等可持续发展能力的人才，最终实现工程材料设计、制造工艺、生产技术的可持续发展的新技术、新方法的应用，为提高目前工程材料的本科教学提供一种新的借鉴。

参考文献

[1]樊湘芳,叶江,吴炜,等.机械工程材料课程建设的探索与实践[J].中国教育技术装备,2016,(6):87-88.

[2]王永红,张春晨,苏勇,等.材料类学科平台课程的教学改革与实践[J].合肥工业大学学报,2018,32(5):123-127.

[3]张毅,柳东明,裴立宅,等.材料工程新技术新工艺教学改革探索[J].安徽工业大学学报,2017,34(6):89-90.[4]

作者：王凤霞 单位：苏州大学机电工程学院机器人与微系统研究中心