工程案例下的工程材料教學改革

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【摘要】圍繞學校的發(fā)展規(guī)劃和專業(yè)建設(shè)目標，結(jié)合工程材料課程的特點和教學中存在的問題，構(gòu)建基于工程案例的教學模式、改革教學方法，目的在于通過基于工程案例的工程材料教學模式的改革提高學生的工程應用能力和創(chuàng)新實踐能力。

【關(guān)鍵詞】工程材料；工程案例；教學改革

工程材料是機械類專業(yè)的一門必修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是一門在實際工程應用中發(fā)展起來的以工程實際應用背景為基礎(chǔ)的課程[1]，是一門連接科學和技術(shù)、理論和實踐的橋梁課程，是一門介于專業(yè)理論和工程實際應用之間的課程[2]。

1工程材料教學中存在的問題

工程材料實際上是材料科學與工程專業(yè)多門課程（如金屬學、熱處理原理、熱處理工藝、材料等）的一個壓縮刪減版課程[3]。因而使該課程的基本概念眾多且貌似分散，前后章節(jié)如果脫離工程實際應用的話則關(guān)聯(lián)性不強。這就需要學生對實際的機械工程、材料學及相關(guān)工程應用等比較了解的情況下才能對這門課程的知識完全融會貫通。但目前面臨的實際情況是，對與機械類專業(yè)來講，首先是學時有限，不能把該課程所包含的知識點系統(tǒng)化、關(guān)聯(lián)性地詳細講解;再者是機械類專業(yè)的學生的本科教學中與工程材料相關(guān)課程開設(shè)實在太少，學生對工程材料的認知缺乏，對于感官無差異的鋼鐵材料，其成分、性能和應用的千差萬別讓學生接受不了。在對機械類專業(yè)學生講授該課程的時候，很多學生由于理論知識的工程實踐應用能力，即工程上的理論聯(lián)系實際的能力近乎為零，導致他們認為該課程離其實際生活太遠，沒有數(shù)理化那么具體，可以通過理論計算產(chǎn)生量化的結(jié)果，而該課程主要講授的工程材料成分-組織-性能間關(guān)系的知識及其在選材中的應用完全令人摸不著頭腦。強調(diào)工程實踐能力培養(yǎng)是當今立足于應用型人才培養(yǎng)的工科類專業(yè)本科教學的一大特點，為此就必須改變傳統(tǒng)的強調(diào)理論教學而忽視工程實踐能力培養(yǎng)的教學模式，解決理論教學和工程實踐能力培養(yǎng)在教學時間上的分配問題。即在學生有限的本科學習時間內(nèi)，通過合理地改革教學模式，既能滿足學術(shù)界要求的用更多的學時傳授更多、更新的理論知識又能滿足工程界希望的用更多的學時使學生得到更多的工程訓練、更多的工程經(jīng)驗和能力。

2教學模式的改革

但無論人才培養(yǎng)目標定位在何處，最終目標都是：（1）學生必須具備一定的理論知識；（2）學生必須具備一定的工程能力。這里說的工程能力是指理論知識的工程實際應用能力。遵循高等教育的規(guī)律,結(jié)合我校機械類專業(yè)的應用型人才培養(yǎng)的辦學特色及相關(guān)課程的特點,以工程實際應用能力培養(yǎng)為目標,研究確定本課程的理論知識體系構(gòu)架,改革教學模式,探索引入新的理論教學方法與實踐教學環(huán)節(jié)新的關(guān)聯(lián)方式-案例式教學,以適應教學改革及人才培養(yǎng)的需要,成了本課程改革的指導思想及最終目標。在總學時越來越少、新材料、新工藝等要學習的內(nèi)容越來越多的條件下,怎樣使學生學好課程,完成教學任務，是擺在我們面前的一個重要課題。要從根本上解決這個問題,必須改變以往的教學思想,調(diào)整教學體系,教學手段上大力改革[4]。案例教學是運用與課程內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的典型的實際案例進行課堂教學的一種形式，在高校教學中的應用由來已久，尤其是經(jīng)濟類、管理類和法律類的教學中上應用廣泛、效果顯著，但在工科類的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學中的應用的報道比較少。應用型人才培養(yǎng)的核心目標之一即是工程應用能力的培養(yǎng)，這種能力的培養(yǎng)需要一個循序漸進的過程，它不可能僅僅依靠課本學習即可得來，它是在理論課的學習過程中有目的求引導學生參與到實際工程問題的分析討論和解決之中，通過了解分析實際工程案例，將理論知識融入實際應用之中。這樣做即可逐步提升學生的工程素養(yǎng)，又可使學生認識到學習的理論知識的作用，激發(fā)學生的學習熱情，取得良好的教學效果。為了達到這個目的，我們在工程材料的教學改革中借鑒了案例教學，即教師在工程材料的理論教學中合理地嵌入學生熟悉的工程案例，從學生的真實感知入手，來幫助和引導學生理解思考問題，引導學生如何將書本上的理論知識應用到實際的工業(yè)生產(chǎn)之中，從而逐步提升學生的工程應用能力。在案例教學過程中，根據(jù)課程的進展需要還適當應用課外專題討論式教學-專題論文寫作，組織和引導學生利用圖書館和網(wǎng)絡查找資料，積極參與課外的專題討論，實現(xiàn)教與學的良性互動。通過這些改革來改善以往的工程材料教學中存在的抽象性和學生學習的被動性問題，將原先對學生而言抽象的工程材料選擇及熱處理工藝的制定變?yōu)榭煽匆姾陀|摸的事物，激發(fā)學生的學習興趣。我們通過引入工程案例的方式來改革工程材料的教學體系，主要是：（1）針對學生工程概念差的特點，在課程教學的第一節(jié)課上就在課程的教學中引入學生熟悉的齒輪減速箱（制圖課作業(yè)），車床、銑床及鉆臺（金工實習已經(jīng)學會操作）和小轎車這些學生們熟悉的工程實際設(shè)備為案例。通過設(shè)備中不同零件的選材及加工工藝過程的分析，逐步引入該門課程的學習主線：材料的成分-熱處理工藝-組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，以此來縮小學生的理論知識和工程實際應用之間的距離。通過車刀、機床主軸的加工過程來介紹熱處理工藝，同時引導學生積極參與課堂討論來達到學生對這門課程的學習掌握。（2）利用工程案例“貫穿主線”。一個工程實踐項目的訓練需要一定的工程應用實例，但是學生不會自主地將工程應用實例與理論知識相關(guān)聯(lián)。因而，在本課程的教學過程中，以學生金工實習中使用過的設(shè)備-臺式鉆床作為工程案例的主線，以車床、減速箱、低碳鋼板、鋸條、小轎車、變速齒輪箱等學生熟知的設(shè)備或工具為輔線，用材料成分-熱處理工藝-組織和性能之間關(guān)系的理論知識體系將其貫穿起來。根據(jù)不同章節(jié)的講解需要，拆分出不同零件作為實際工程案例來描述，例如外殼、載物臺、鉆頭、主軸等這些學生已經(jīng)使用過的設(shè)備上的零部件為例，變抽象的成分、組織和性能間的關(guān)系為學生具體學生已經(jīng)熟知的零部件和工具，使學生在課程的學習過程中逐步認識到在機械設(shè)計中選材及制定熱處理工藝的作用。這可以激發(fā)學生進一步學習探索本課程的興趣并利用實驗來鼓勵學生獨立思考，從而逐步提升學生自身的工程應用能力。這樣，課堂教學的分合相濟,變分散為集中,變模糊為清晰,有利于學生建立完整的設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計和選擇合理材料、制定該零件加工工藝路線的整體概念,以此來保證教學內(nèi)容的基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性。（3）采用多媒體授課,講授內(nèi)容合理劃分主干和分枝中，注重重點主干內(nèi)容的講解，對于非重點的分枝內(nèi)容采用列表式或提綱式的方法講授，達到教學內(nèi)容進行適當?shù)恼系哪康模侠砝糜邢薜膶W時,促進學生對重點內(nèi)容的掌握。通過實際工程案例的引入，力求做到簡單、生動、形象。例如,以學生熟知的玻璃和水晶的差別引入晶體和非晶體的概念和性能差異，以石墨、鉆石、納米炭、石墨烯間的關(guān)系和區(qū)別來講解晶體結(jié)構(gòu)研究的重要性及其材料研究新成果的在生產(chǎn)實際過程中的應用，在講授晶體結(jié)晶基本過程時,通過形象的動畫使整個結(jié)晶過程中的形核和長大過程一目了然,避免抽象的理論敘述。（4）利用工程實際案例，加強理論聯(lián)系實際。在課堂上講授理論時,有針對性地結(jié)合金工實習中相關(guān)的實際案例，將抽象的理論與學生的工程認知結(jié)合起來，使學生容易理解和掌握這些知識，也使學生感受到學習本課程的作用。例如,在介紹鋼為何必須進行熱處理時,以T10鋼制造鉆頭為例，詳細講解鉆頭的選材依據(jù)和它完整的加工制造工藝路線,說明預先熱處理和最終熱處理工藝的選擇依據(jù),不同熱處理工藝對組織與性能方面的影響,從而使學生了解和掌握了熱處理在零件生產(chǎn)加工過程中的作用。在學完金屬材料這一章過后，安排總結(jié)性的鉆臺設(shè)計中各個零件的選材及工藝路線制定的課堂討論，是學生初步認識到同一設(shè)備中，不同零件需要根據(jù)各自的使用條件來選擇適合自己的金屬材料，并且根據(jù)加工工序的不同，選擇不同的熱處理工藝，為其后續(xù)課程學習打下良好的基礎(chǔ)?？傊鐣陌l(fā)展變化從客觀上對高等教育提出了改革的要求，也決定了高等教育改革教學方法和調(diào)整教學結(jié)構(gòu)的與時俱進的必然。本著培養(yǎng)現(xiàn)代應用型人才的原則，結(jié)合當今學生知識結(jié)構(gòu)的特點，基于工程實際案例工程材料的課程教學改革，將理論學習與實踐學習、技術(shù)原理和技術(shù)應用相結(jié)合，有效地提高學生學習、掌握和應用所學知識的能力。

【參考文獻】

［1］邵洋,吳運新,姚可夫.工程材料課程英文教學實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2013(19):44-46.

［2］朱榮華,柯俊.建立大工程觀念下的新型課程體系[J].高等工程教育研究,1998(4):19-26.

［3］王章忠.現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的價值選材[J].金屬熱處理,2002(9):56-58.

［4］高道祥.“工程材料及成形技術(shù)”課程教學改革探討[J].中國林業(yè)教育，2009，27（S1）：60-62.

作者:胡一丹 李愛社 江帆 單位:廣州大學機電學院