安全工程專業(yè)機械工程材料課程教學(xué)

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摘要：機械工程材料課程的開設(shè)對安全工程專業(yè)本科生而言很有必要，課程中零件工作條件及失效方式、材料性能特點與改進手段等知識內(nèi)容在該專業(yè)的就業(yè)領(lǐng)域和研究領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用。為提高學(xué)生學(xué)習本門課程的興趣和主觀能動性，使學(xué)生能夠深入理解掌握課程知識并能在實際工程中活學(xué)活用，本文針對安全工程專業(yè)特點對機械工程材料課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進行了探討。

關(guān)鍵詞：安全工程專業(yè)；機械工程材料；教學(xué)改革

安全工程專業(yè)屬于涉及面極廣的綜合交叉專業(yè)，注重培養(yǎng)能夠從事安全技術(shù)及工程、安全科學(xué)與研究、安全監(jiān)察與管理、安全設(shè)計與生產(chǎn)、工作場所危險有害因素識別與檢測等方面工作的復(fù)合型高級工程技術(shù)人才[1]。隨著國家、企業(yè)和個人對安全工作的日益重視以及全國300人以上高危企業(yè)的日益增多，安全工程專業(yè)人才的需求市場巨大，即使近年來畢業(yè)生數(shù)量已大幅度增加，也仍處于供不應(yīng)求的狀況。開辦安全工程專業(yè)的高校類型很多，但主要為理工類院校，而且各個院校的安全工程專業(yè)都有其自身的特色，例如：中國礦業(yè)大學(xué)安全工程專業(yè)在煤礦安全領(lǐng)域擁有多個國家級重點實驗室；中國科技大學(xué)安全工程專業(yè)在火災(zāi)科學(xué)和城市公共安全研究領(lǐng)域居于國際先進水平；河南理工大學(xué)安全工程專業(yè)在瓦斯地質(zhì)與瓦斯突出防治、通風理論與技術(shù)等領(lǐng)域有著鮮明的優(yōu)勢；中南大學(xué)安全工程專業(yè)主要聚焦于安全工程方面的設(shè)計、研究、檢測、評價、監(jiān)察與管理等方面；西安科技大學(xué)安全工程專業(yè)形成了煤火科學(xué)與防控、礦山設(shè)備安全與救援、智慧消防等特色鮮明的研究方向。作為河南省一級重點學(xué)科和高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點，鄭州大學(xué)安全工程專業(yè)面向機械、材料、土木、交通等工程領(lǐng)域，培養(yǎng)具有扎實的力學(xué)基礎(chǔ)理論、安全科學(xué)與工程基礎(chǔ)知識、工程結(jié)構(gòu)與設(shè)備方面的專業(yè)技術(shù)知識的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才，在提高工程結(jié)構(gòu)和設(shè)備及其零部件的壽命等方面具有明顯的優(yōu)勢和特色[2]。鄭州大學(xué)安全工程專業(yè)已與宇通集團有限公司、衛(wèi)華集團有限公司、中信重工機械股份有限公司、中國建筑第七工程局有限公司等河南省知名制造建筑企業(yè)聯(lián)合共建了多個穩(wěn)定的教學(xué)實習基地，致力于服務(wù)本省的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)并與之相輔相成、共同發(fā)展。機械設(shè)備在采礦業(yè)、制造業(yè)、建筑業(yè)、航空航天以及人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用非常普遍，是人類探索和利用大自然并使之更好地為人類服務(wù)的重要工具[3,4]。然而人類的血肉之軀在冰冷的鋼鐵之體面前卻是非常的脆弱，一個小小的機械事故常會造成巨大的經(jīng)濟損失和難以挽回的人員傷亡。許多高校的尤其是以設(shè)備安全為特色的安全工程專業(yè)，都開設(shè)有機械類基礎(chǔ)課程，如：機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械安全工程、機械工程材料和設(shè)備結(jié)構(gòu)安全分析等，而這些課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)針對安全工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和專業(yè)特色進行適當?shù)恼{(diào)整[5,6]。下面就以機械工程材料課程為例，探討其面向安全工程專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容和方式。

一機械工程材料課程介紹

（一）機械工程材料材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進步的標志，人類社會依據(jù)制造生產(chǎn)工具的材料可劃分舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代和新材料時代。機械工程材料是用于制造各類機械零件、構(gòu)件的材料和在機械制造過程中所應(yīng)用的工藝材料，相關(guān)研究跨越機械和材料兩個學(xué)科：一方面從機械工業(yè)的需求出發(fā)，推動材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；另一方面借助材料科學(xué)的新進展，推動機械工程技術(shù)的革新。

（二）課程內(nèi)容及特點機械工程材料課程主要講授零（構(gòu)）件和器件在不同服役條件下的失效方式及其對性能的要求，以及機械設(shè)計者和制造者必須具備的材料基礎(chǔ)知識和基本理論；介紹各類工程材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與冷、熱加工（或合成）工藝、性能特點和應(yīng)用范圍，并以實例說明如何根據(jù)零（構(gòu)）件或器件的不同服役條件和性能要求進行合理選材。該課程在講授方面概念多且較為抽象，前后內(nèi)容邏輯聯(lián)系少，沒有數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)；在考試方面記憶點多，文字作答多，數(shù)學(xué)計算少；在實驗方面由于金相實驗對實驗設(shè)備要求高，熱處理實驗對實驗場合和操作要求特殊，因而不便讓學(xué)生動手操作。以上特點使本科生在學(xué)習機械工程材料課程時容易感到枯燥而不夠重視，尤其是非機械類的學(xué)生會對這門課程的學(xué)習目的感到迷茫，從而喪失興趣和主動性。

（三）學(xué)習本課程的必要性對于畢業(yè)后直接就業(yè)的安全工程專業(yè)本科生而言，他們的就業(yè)領(lǐng)域大都為建筑和制造行業(yè)，而碳鋼、鑄鐵、合金鋼、鋁合金等材料在這些行業(yè)中使用普遍。從事這類行業(yè)的本科生若要評判建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備是否用材合理和安全，就要熟悉這門課程。機械工程材料是聯(lián)系其它理論知識與工程實際的必不可少的橋梁，該課程的內(nèi)容是工程人員經(jīng)過大量實驗總結(jié)而成的，具有很強的實踐指導(dǎo)意義，在安全評估和提出改進設(shè)計時可作為工具書進行參考。對于畢業(yè)后繼續(xù)深造的安全工程專業(yè)本科生而言，他們在將來的研究生階段大都從事力學(xué)、材料、機械、土木方面的研究。在此類研究領(lǐng)域中常要對材料或結(jié)構(gòu)進行力學(xué)試驗以及進一步改進，因此需要熟悉常用工程材料的使用性能、工藝性能、顯微組織以及性能改進方式等，這些正是機械工程材料課程的教授內(nèi)容。該課程能夠有效指導(dǎo)研究人員在工程結(jié)構(gòu)/材料的設(shè)計和試驗中如何選用和改進材料，使結(jié)構(gòu)和設(shè)備更加安全可靠。

二重點講授內(nèi)容及教學(xué)方法探討

（一）針對安全工程專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容基于從“問題”和以“問題”為歸的思想，在給安全工程專業(yè)本科生講授機械工程材料課程時，要從設(shè)備零件失效著手，重點講解零件過量變形、斷裂、磨損、腐蝕和蠕變等的具體失效形式、失效原因和相應(yīng)的材料抗力指標，使學(xué)生能夠根據(jù)零件工作條件和失效方式合理選材與使用材料。為進一步使學(xué)生能夠合理制定冷、熱加工工藝路線以改進材料，需重點講授鐵碳合金相圖、壓力加工的影響、奧氏體轉(zhuǎn)變圖和鋼的普通熱處理等內(nèi)容。最后從實際案例出發(fā)對機械設(shè)備關(guān)鍵零部件的工作條件、常見失效形式以及選材及改進材料的方式進行系統(tǒng)講解，使學(xué)生能夠?qū)⒅匾R點串聯(lián)起來，以加深印象并能活學(xué)活用。除了上述重點講授內(nèi)容，還需使安全工程專業(yè)本科生熟悉了解合金鋼、鑄鐵、有色金屬及其合金等工程中常用金屬材料的基本概念、性能特點和適用場合。通過講解合金元素的作用、鑄鐵的石墨化、鋁合金的時效強化等理論知識，使學(xué)生在以后工作研究中遇到此類材料時能夠有目的地查詢和學(xué)習相關(guān)專業(yè)書籍，以進一步深入掌握相應(yīng)的知識體系。

（二）面向安全工程專業(yè)的教學(xué)方法首先，在結(jié)合安全工程專業(yè)特點的基礎(chǔ)上要充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢。為了提高該專業(yè)本科生的學(xué)習興趣，要從機械零件（或器件）的失效分析開始講解，建議采用西安交通大學(xué)沈蓮主編的《機械工程材料》教材[7]。在首次課上先播放典型設(shè)備零件的失效視頻，并展示一些由零件失效造成的安全事故案例，使學(xué)生直觀認識到起這門課與安全工程專業(yè)之間的聯(lián)系。在具體講解不同的失效類型時，可通過播放視頻動畫和講述相應(yīng)案例等手段提高學(xué)生的學(xué)習興趣并加深他們對知識理論的理解，比如：在講解沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度這類重要知識點時，先播放一段泰坦尼克號撞擊冰山而快速沉沒的電影橋段，然后通過提問的方式讓學(xué)生判斷這個事故歸咎于材料的韌性斷裂還是脆性斷裂并進行解釋，最后給出答案和詳細分析，并進一步引導(dǎo)學(xué)生對一些難以預(yù)料的安全事故進行思考。其次，對于重點核心內(nèi)容要采用靈活的教學(xué)方法并激發(fā)學(xué)生主動獲取知識的能力。教學(xué)方法的選擇因內(nèi)容而異：對于馬氏體、奧氏體和鐵素體這類相近的概念，要采用異同比較法找出它們的共性和區(qū)別；對于“熱加工”和“冷加工”這類正好相反的概念，要采用相反相成比較法對它們的定義進行界定；對于鐵碳合金相圖這類知識點多而難以記憶的概念，要采用口訣記憶法并反復(fù)進行訓(xùn)練。此外要讓學(xué)生在課下做好溫習和預(yù)習工作，并定期進行檢查、答疑和總結(jié)，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習的積極性和主觀能動性。最后，引導(dǎo)學(xué)生綜合運用本門課所學(xué)知識對真實案例進行設(shè)計和分析，以提高他們對知識理論的掌握程度和運用能力。一個典型的案例就是火箭發(fā)動機殼體的選材，工程師在初始設(shè)計時為了減輕自重而選擇了超高強度鋼，但在實際打壓試驗中，殼體在遠低于工作應(yīng)力的情況下發(fā)生爆裂。于是人們依照經(jīng)典設(shè)計思想選用了強度更高的鋼，結(jié)果爆裂發(fā)生在更低的應(yīng)力下。這個案例可作為課堂討論題目組織學(xué)生分組進行討論和分析，加深他們對斷裂韌度等指標的認識。類似話題還有飛機機翼為何采用剛度不高的鋁合金，汽車板簧為何不采用彈性模量較低的橡膠等。在案例分析討論的基礎(chǔ)上，再系統(tǒng)講解材料強度、塑性和韌性的合理配合，以及如何根據(jù)材料的使用性能、工藝性能和經(jīng)濟性進行選材等知識點。

三結(jié)語

鋼鐵、有色金屬等機械工程材料在航空航天、土木建筑、車輛船舶、機械化工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。作為與機械設(shè)備和建筑結(jié)構(gòu)關(guān)系緊密的安全工程專業(yè)，很有必要開設(shè)機械工程材料課程并針對專業(yè)特點對這門課程進行教學(xué)改革。本文從激發(fā)學(xué)習興趣和加強應(yīng)用能力等方面對面向安全工程專業(yè)本科生的機械工程材料課程進行了教學(xué)探討，未來將結(jié)合教學(xué)實踐和課堂反饋對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式進行系統(tǒng)深入的思考和改革，以期全面提高教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻

[1]王珂.安全工程專業(yè)實施多學(xué)科交叉集成教學(xué)的探討[J].中國電力教育,2013(25):79–80.

[2]劉闖,龐文博,陳金剛.安全工程專業(yè)特色建設(shè)的研究與實踐[J].科技展望,2016,26(19):23+50.

[3]鄭太雄,祿盛,趙雙.面向《中國制造2025》的機械工程專業(yè)核心能力培養(yǎng)[J].教育現(xiàn)代化,2016,3(27):109–110.

[4]劉波,廖華麗,丁坤,等.卓越機械工程人才培養(yǎng)的五點舉措[J].教育現(xiàn)代化,2018,5(39):10–12.

[5]張學(xué)博,尤越.安全工程專業(yè)實驗課程體系構(gòu)建[J].教育現(xiàn)代化,2018,5(22):104–105.

[6]倪冠華,程衛(wèi)民,劉偉韜,等.教學(xué)案例庫在安全工程專業(yè)課程中的探討與實踐[J].教育現(xiàn)代化,2018,5(13):128–129.

[7]沈蓮.機械工程材料(第4版)[M].北京:機械工程出版社,2018.

作者：蔡守宇 侯玉亮 榮彥 張?zhí)m 單位：鄭州大學(xué)