工程材料課程教學(xué)的初步探索
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摘要：結(jié)合應(yīng)用型本科的人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對“工程材料”課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題和不足，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及實驗教學(xué)等進(jìn)行了初步探索，旨在全面提高學(xué)生的實際工程應(yīng)用能力，拓寬學(xué)生視野，提高教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：課程教學(xué)；能力培養(yǎng)；工程應(yīng)用；創(chuàng)新意識
制造業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本、興國之器、強國之基[1]?！肮こ滩牧稀弊鳛闄C械和材料基礎(chǔ)系列課程，是一個傾向于敘述性質(zhì)的課程體系，通過該課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠了解和掌握與材料相關(guān)的基本理論，同時具有較強的分析和解決問題能力[2]。該課程的特點是內(nèi)容繁多、術(shù)語概念較多、課程乏味，同時又與工程應(yīng)用緊密相關(guān)。因此，在有限的學(xué)時范圍內(nèi)，組織和協(xié)調(diào)好課堂理論教學(xué)與實踐教學(xué)，使學(xué)生盡可能多的掌握課程內(nèi)容，同時拓寬學(xué)生的專業(yè)視野以及培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題的能力是擺在工程材料課程教師面前亟待解決的課題之一[3]。為此，筆者結(jié)合南京工程學(xué)院的應(yīng)用型本科定位，對“工程材料”課程教學(xué)進(jìn)行了初步探索。
一本課程在教學(xué)體系中的現(xiàn)狀
應(yīng)用型本科教育是一種以強調(diào)應(yīng)用為目的的教育，重點是培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力?！肮こ滩牧稀钡慕虒W(xué)對象以機械類和材料類專業(yè)學(xué)生為主，目的是培養(yǎng)滿足社會需求的機械工程師和材料工程師，側(cè)重點是使學(xué)生能夠根據(jù)實際工程需求進(jìn)行正確地選材，并合理地選擇加工方法以及制訂工藝路線[4]。因此，為實現(xiàn)應(yīng)用型本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)，該課程教學(xué)需圍繞工程應(yīng)用展開，要學(xué)以致用。該課程的教學(xué)活動主要安排在第二、三學(xué)期，授課對象剛剛開始專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，缺乏實踐經(jīng)驗和機械加工制造工藝的感性知識，而課程術(shù)語概念多，實踐性強，造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果不明顯。此外，現(xiàn)有的理論課程內(nèi)容體系是建立在知識系統(tǒng)性和完整性之上，在知識點選擇和安排上仍以傳統(tǒng)的金屬材料為主，而與新材料、新技術(shù)以及新工藝等密切相關(guān)的知識點較少，所用教材的知識內(nèi)容體系創(chuàng)新性不足，造成學(xué)生的專業(yè)視野較為局限。實踐教學(xué)作為工程材料理論教學(xué)的重要補充，在學(xué)生能力和綜合素質(zhì)提高方面有其獨特的作用。但目前工程材料課程的實驗大多屬于驗證性實驗，即學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書機械地完成實驗，對邏輯思維和分析問題能力的鍛煉和培養(yǎng)不足，造成學(xué)生缺乏創(chuàng)新和獨立思考能力。
二教學(xué)過程的初步探索
（一）課程理論教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整
早期的“工程材料”教學(xué)主要側(cè)重于對不同種類材料組織和性能的介紹，內(nèi)容之間無緊密的聯(lián)系，同時內(nèi)容比較陳舊，缺少新材料、新技術(shù)以及新工藝在工程材料中的應(yīng)用實例。根據(jù)這種情況，我們首先在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了補充，加入的“大數(shù)據(jù)”、“智能制造”以及“材料基因組”等新技術(shù)和手段在工程材料中的應(yīng)用實例，使學(xué)生了解當(dāng)下工程材料的發(fā)展變革，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野。其次，我們調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，重新分配教學(xué)學(xué)時。以往的“工程材料”教學(xué)知識點以金屬為主，對高分子、陶瓷以及復(fù)合材料等教學(xué)內(nèi)容較少。結(jié)合當(dāng)下工程應(yīng)用中對新材料和新工藝的需求，我們在教學(xué)過程中增加“材料結(jié)構(gòu)和性能”以及“工程材料的選擇與應(yīng)用”的教學(xué)時長，并結(jié)合國家重點工程中新材料應(yīng)用實例，通過對比學(xué)習(xí)使學(xué)生深入掌握不同材料間的共性和異性特征。最后，要求學(xué)生結(jié)合國家重點工程中的新材料和新工藝問題開展自主學(xué)習(xí)和文獻(xiàn)閱讀，對材料的發(fā)展方向和趨勢有感性的認(rèn)識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。
（二）課程教學(xué)方法的改革
“工程材料”課程內(nèi)容分散，系統(tǒng)性不強而理論知識較多。學(xué)生普遍感到這門課程學(xué)習(xí)比較困難，枯燥乏味，難以聯(lián)系實際[5]。為此，我們從以下方面對課程教學(xué)方法進(jìn)行了改革：（1）從工程中來到工程中去。教學(xué)過程中以工程實例為切入點，提煉工程實例中的材料問題，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，最后再將掌握的知識應(yīng)用到實際工程中，實現(xiàn)從工程中來到工程中去。如“鋼的熱處理”這一章，我們以風(fēng)力發(fā)電機中高速齒輪的材料問題作為切入點，使學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)熱處理知識，然后再結(jié)合類似的熱處理問題，引導(dǎo)學(xué)生自主制定相應(yīng)的熱處理工藝，從而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及解決問題的能力。（2）“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺的應(yīng)用。傳統(tǒng)的教學(xué)以課堂為主，忽略了課后的討論和交流。為此，我們以“藍(lán)墨云班課”應(yīng)用作為平臺，針對某些材料問題，引導(dǎo)學(xué)生在平臺上進(jìn)行交流和研討，并對學(xué)生的參與情況進(jìn)行評價，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。（3）突出重點，強化應(yīng)用。教學(xué)過程中突出重點，刪減或淡化與核心理論無關(guān)的公式推導(dǎo)和內(nèi)容，強調(diào)重點內(nèi)容的物理意義及其在工程中的應(yīng)用，加強學(xué)生對重點內(nèi)容的掌握，培養(yǎng)學(xué)生對材料的選用和制定零件加工工藝的技能，鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行更深層次地學(xué)習(xí)。
（三）實驗教學(xué)的完善
“工程材料”是一門理論教學(xué)和實驗教學(xué)相結(jié)合的課程。理論課程教學(xué)過程中，老師發(fā)揮主導(dǎo)作用，學(xué)生往往處于被動學(xué)習(xí)的局面，而學(xué)生要在較短的時間內(nèi)掌握比較系統(tǒng)的理論知識，往往只能靠死記硬背的方法，因而知識不夠扎實。而實驗教學(xué)“以學(xué)生為中心”，可以培養(yǎng)學(xué)生在材料的加工成型、性能檢測分析和選用等方面的實驗技能，提高學(xué)生解決和分析問題的能力，從而最終提高工程應(yīng)用能力。鑒于實驗教學(xué)學(xué)時（6個學(xué)時）的限制，我們轉(zhuǎn)變觀念，以材料的成分、工藝、組織和性能之間的關(guān)系為主線貫穿始終，重點是培養(yǎng)學(xué)生在實驗教學(xué)過程中的科學(xué)思維和自我思考能力。為避免學(xué)生應(yīng)付式完成課程實驗，整門實驗課程的學(xué)習(xí)貫徹以設(shè)計性為主的原則，預(yù)先給學(xué)生提供任務(wù)書，要求學(xué)生根據(jù)任務(wù)書要求，自己查閱資料選擇合適的材料，設(shè)計加工流程以及熱處理工藝，制定實驗方案提交指導(dǎo)老師進(jìn)行審閱和修改。之后，依據(jù)實驗方案獨立完成實驗，在這過程中進(jìn)行原材料和經(jīng)過各種熱處理后的材料性能檢驗和金相組織觀察。后期撰寫實驗報告過程中，要求格式規(guī)范，邏輯思維嚴(yán)謹(jǐn)。最后，增添答辯環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生提交的實驗報告進(jìn)行問答，了解學(xué)生對知識的掌握程度以及解決問題的能力。
三課程教學(xué)中的不足
通過對教學(xué)過程的初步探索，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性有顯著提高，同時結(jié)合實踐教學(xué)，動手能力和分析問題能力也有明顯進(jìn)步，但仍暴露出一些問題亟需解決：（1）個體差異明顯。由于個體學(xué)習(xí)方法的差異，學(xué)生間學(xué)習(xí)效果差異明顯，部分學(xué)生學(xué)習(xí)情況雖有改善，但仍顯不足。（2）大班化教學(xué)效果較差。受制于教學(xué)條件和教學(xué)師資的顯著，部分學(xué)生采用大班化教學(xué)。對比發(fā)現(xiàn)，大班化教學(xué)的學(xué)生對知識的掌握程度明顯弱于小班化教學(xué)，在有限的教學(xué)條件下如何改善這一情況是需解決的一個重要問題。（3）工程應(yīng)用能力仍有待加強。通過實踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生實際工程應(yīng)用能力仍有所不足，表現(xiàn)為所提出的解決方法過于理論，對實際工程應(yīng)用中的可操作性和經(jīng)濟(jì)性缺乏合理的評價。
四結(jié)束語
應(yīng)用型本科教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實際工程應(yīng)用能力，為此，完善適應(yīng)該目標(biāo)的人才培養(yǎng)方案，推動課程教學(xué)改革和創(chuàng)新是廣大教師的一項重要任務(wù)。我們對“工程材料”課程教學(xué)進(jìn)行了初步探索，取得一定的效果，同時仍存在一些問題，必須在實踐中不斷修正和完善。
參考文獻(xiàn)
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作者：李旋 巨佳 李華冠 呂學(xué)鵬 王玨 巴志新 單位：南京工程學(xué)院 材料工程學(xué)院
