研究生工程材料課程教學內(nèi)容與模式
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摘要：目前，動力工程類、機械工程類研究生工程材料課程教學中存在教學內(nèi)容、教學模式不適應研究生科學研究、技術(shù)開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)等方面的不足。以河北科技大學為例，針對目前研究生工程材料課程存在的主要問題開展分析，提出了一系列改進措施，對于提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量具有一定的參考意義。
關(guān)鍵詞：工程材料；教學方法；教學內(nèi)容；動力工程
工程材料課程是機械工程類、動力工程類專業(yè)的重要學科基礎(chǔ)課程，其目的主要是幫助學生認識和了解工程中常用材料的力學性能、加工工藝性能、耐腐蝕性能以及常用的成型工藝，如鍛造工藝、鑄造工藝、焊接工藝等[1]。在本科生教育階段，工程材料課程的教學目的主要在于幫助學生掌握常用材料的性能，以便在工程設(shè)計中正確選用材料[2]。然而，在研究生教育階段，對學生的培養(yǎng)目標發(fā)生了明顯的變化。研究生教育階段的教學任務主要在于培養(yǎng)學生的科學研究、工藝開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計等方面的知識和能力[3]。因此，研究生階段工程材料課程的教學內(nèi)容除了涉及材料的常規(guī)性能之外，還要求學生掌握各類材料性能的測試方法，具備完成材料性能實驗測試的動手能力。除了常規(guī)的性能測試之外，研究生還需要掌握一些現(xiàn)代測試技術(shù)，比如金屬在機加工或熱成型過程中的殘余應力測試等，以及一些新材料方面的知識，如納米材料、儲氫材料等[4]。這就對常規(guī)工程材料課程的教學內(nèi)容和教學方法提出了新的要求，研究生階段的工程材料教學必須更加重視學生在動手能力方面的訓練，實踐教學是研究生工程材料教學的重要組成部分。目前，一些培養(yǎng)單位研究生階段工程材料課程的教學內(nèi)容和教學方法都是照搬本科教學階段的模式，難以適應對研究生科學科研、技術(shù)開發(fā)以及創(chuàng)新設(shè)計等方面的能力培養(yǎng)。本文主要以我校動力工程及工程熱物理一級學科碩士研究課程“現(xiàn)代工程材料”為例，介紹在研究生工程材料課程教學中存在的主要問題以及主要的教學改革措施，對于提高研究生工程材料類課程的教學效果具有一定的參考意義。
一、當前課程的主要教學內(nèi)容和教學模式
目前，我校的現(xiàn)代工程材料課程以課堂教學內(nèi)容為主，講述內(nèi)容主要包括7個方面。1.金屬材料的性能。主要講述常見金屬材料的種類和性能，包括材料的力學性能、物理化學性能和主要工藝加工性能，如焊接、鍛造、鑄造、機加工等。教學方法以課堂教學為主，輔助進行案例教學，實踐教學占比重很小。2.金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶。主要講述金屬的晶體結(jié)構(gòu)、真實金屬的晶體結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)晶過程、合金結(jié)構(gòu)、二元合金相圖等。3.鐵碳合金。主要講述純鐵及其同素異晶轉(zhuǎn)變、鐵碳相圖的基礎(chǔ)知識、Fe-Fe3C相圖組元和基本組織的結(jié)構(gòu)與性能、Fe-Fe3C相圖的建立與分析、含碳量對鐵碳合金組織性能的影響、Fe-Fe3C相圖的應用等內(nèi)容。4.工業(yè)用鋼。講授工業(yè)常用鋼材的種類、化學成分、機械性能、物理化學性能等，介紹不同類型鋼的應用環(huán)境、條件等。5.有色金屬及非金屬材料。主要講授銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等常用有色金屬材料，常用的高分子材料、陶瓷、石墨等非金屬材料的性能、特點、應用等。6.材料選用方法。針對動力工程領(lǐng)域的工況環(huán)境、行業(yè)特點，講授在設(shè)計過程中材料選擇的原則、方法、措施等方面的內(nèi)容。7.新材料研究技術(shù)及研究進展。簡要介紹新材料發(fā)展、應用等方面的相關(guān)內(nèi)容。
二、課程教學內(nèi)容與教學模式中存在的主要不足
目前，工程材料的教學內(nèi)容主要是對本科教學內(nèi)容的擴展和延伸，與本科教學內(nèi)容相比主要增加了新材料研究技術(shù)和研究進展的相關(guān)介紹，不適應研究生的培養(yǎng)需求，總結(jié)起來包括以下方面。1.教學內(nèi)容缺乏對學生研究能力、開發(fā)能力以及創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。目前，工程材料的研究內(nèi)容主要集中在特基合金、有色金屬方面，對于非金屬材料、特種材料的性能、試驗方法、應用領(lǐng)域的內(nèi)容較少，不利于學生在科學研究、技術(shù)開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計中對新材料的選用。雖然增加了新材料研究技術(shù)及研究進展的相關(guān)內(nèi)容，但由于新材料技術(shù)發(fā)展很快，課程教學無法面面俱到，不適應新形勢的發(fā)展。2.教學方法不利于提高學生分析問題、解決問題的能力。教學方法以課堂教學為主，注重基礎(chǔ)知識學習，缺乏對學生綜合運用所學知識解決工程實踐問題或完成新產(chǎn)品、新工藝開發(fā)、開展科學研究等方面的培養(yǎng)手段。另外，課程教學中實踐環(huán)節(jié)較少，不利于學生動手能力的培養(yǎng)。3.教學內(nèi)容和教學模式?jīng)]能做到與時俱進。隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，知識生產(chǎn)的速度呈現(xiàn)幾何級數(shù)增加。因此，課程內(nèi)容和教學模式的更新往往難以適應知識更新的發(fā)展。因此，在現(xiàn)在的研究生教學中一定要設(shè)置開放性教學環(huán)節(jié)，以提高課程教學效果。4.缺乏對學生自學能力培養(yǎng)的有效手段。自學能力的大幅度提高是研究生區(qū)別于本科畢業(yè)生的一個重要特征。由于研究生的主要學習模式是在教師的指導下，通過查閱文獻、開展理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究獲取所需知識，并運用這些知識解釋自然現(xiàn)象或解決工程問題，因此自學能力的培養(yǎng)是研究生培養(yǎng)過程中最重要的能力之一。
三、教學研究現(xiàn)狀及主要應對措施
針對工程材料教學中存在的主要問題，在長期的教學實踐中總結(jié)得到一些教學改革措施，主要包括以下幾個方面。1.教學內(nèi)容要兼顧經(jīng)典工程材料知識體系構(gòu)建和新材料、新工藝方面拓展。傳統(tǒng)的金屬材料、非金屬材料性能、晶體學相關(guān)知識的教授必不可少，這有助于構(gòu)建學生完整的知識體系，對于學生思維方式的訓練大有裨益。另外，在教學過程中，要不斷對教學內(nèi)容進行更新，及時向?qū)W生傳遞在新材料開發(fā)、先進材料檢測技術(shù)、檢測設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展動向。這就要求任課教師始終活躍在科研第一線，準確把握行業(yè)發(fā)展新動態(tài)。2.教學模式以培養(yǎng)科學研究、技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計能力為主。在課程教學中，注重學生新知識的獲取、分析、總結(jié)、判斷能力的培養(yǎng)。要求學生通過查閱文獻，針對特定工程材料領(lǐng)域的選題進行文獻綜述；學生通過對特定新材料工藝開發(fā)、測試方法設(shè)計等制定方案，并在方案制定的過程中通過各種手段獲取知識，并將知識應用于新材料、新方法的研究與開發(fā)中。3.教學環(huán)節(jié)要更加注重實踐教學培養(yǎng)。教學模式方面，應該逐步減少課堂講授的學時。加強案例教學、開放式教學、交流式教學等，讓學生深度參與到教學實踐中來。通過現(xiàn)場參觀、專家講座等方式，引導學生了解、掌握新材料和先進材料測試技術(shù)發(fā)展動態(tài)。4.注重學生自主學習和終身學習能力和意識的培養(yǎng)。在教學過程中，注重學生知識獲取渠道、方法的培養(yǎng)。增加學生文獻檢索、文獻分析能力的培養(yǎng)，增強學生通過網(wǎng)絡(luò)獲取新知識、新方案的能力。四、結(jié)語通過實施工程材料教學實踐的改革與創(chuàng)新，進一步提高了學生的培養(yǎng)質(zhì)量。提高了學生的科學研究能力、產(chǎn)品工藝開發(fā)能力以及創(chuàng)新設(shè)計的意識和能力。對于學生自主學習、終身學習意識和能力的培養(yǎng)也具有明顯的促進作用，收到了良好的效果。
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作者：劉慶剛 于新奇 朱海榮 單位：河北科技大學機械工程學院
