《材料工程基礎》課程理論與實踐教學探討

胡標　徐子芳

摘要：《材料工程基礎》課程是材料工程專業由基礎課向專業課轉變的一門重要的專業基礎課。作者結合該課程教學及實踐的體會，從課程現狀、教學內容及特點、理論與實踐教學的方法和手段等方面進行了初步的探討，并提出了提高教學質量的幾點建議。

關鍵詞：材料工程基礎；理論教學；實踐教學；探討

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）52-0171-02

我校無機非金屬材料工程專業自1996年建設以來，為建材及相關行業輸送了大量高素質工程技術人才，特別在傳統建材如玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等行業深受歡迎，取得了良好的社會效應。我校為適應社會人才發展的需要，近年來采取了專業學位碩士、卓越工程師計劃、高等教育振興計劃、專業綜合改革試點等眾多舉措來培養工程技術人才。與此相適應，材料類工程技術人才在具有扎實的基礎理論知識和較強的思維能力的同時還應具有突出的工程開發、研究及應用實踐能力。《材料工程基礎》是教育部21世紀初高等教育教學改革項目“材料科學與工程專業人才培養方案及教學內容體系改革的研究”中的主干專業基礎課程，也是我校無機非金屬材料工程專業的核心課程。本文結合《材料工程基礎》課程在教學及科研中的實踐體會，從課程現狀、課程教學內容及特點、課程理論與實踐教學的方法和手段等方面進行了初步的探討，并對課程的建設提出了幾點建議，以期進一步提高課程的教學質量。

一、《材料工程基礎》課程現狀

由于材料的綜合性、多樣性和跨學科性，使得材料工程基礎的內容具有多樣性，很難對其進行界定。目前全國各高校的材料工程專業均開設了《材料工程基礎》或類似課程。然而同樣是《材料工程基礎》課程，全國各高校根據自身的辦學特點及培養目標在教材選用授課內容等方面卻迥然不同。對教材而言，《材料工程基礎》課程或相似名稱課程的教材較多而且不同教材的側重點有所不同；對授課內容而言，不同高校具有不同的特點。四川大學偏向于講授金屬材料的物理冶金，闡明金屬和合金材料的化學組成、微觀結構、加工過程及性能之間的基本規律；浙江大學雖沒有開設《材料工程基礎》，但開設了《材料工藝基礎》，講授了各種材料的性能及制備方法。

近年來，隨著各種新材料的快速發展，在基本理論、工程研究方法、工程測試技術等方面均取得了顯著的成績，而《材料工程基礎》課程的教材內容更新較慢，跟不上企業技術的發展，呈現相對滯后的現象。當今工業生產的過程大部分通過商業軟件進行設計，并進行先進的自動化控制，因此《材料工程基礎》課程還應介紹工業最新的技術和先進設備，同時應包括計算機輔助設計的基本原理、應用軟件和基本方法。

二、課程教學內容及特點

針對我校無機非金屬材料工程專業的專業特點和培養計劃，《材料工程基礎》課程選用武漢理工大學孫晉濤教授編寫的《硅酸鹽工業熱工基礎》作為教材。本書有六章內容，包括氣體力學在窯爐中的應用、傳熱原理、傳質原理、燃料及其燃燒、固體燃料氣化過程及設備、干燥過程與設備。由于該書是按76～94學時編寫的，而分配給《材料工程基礎》課程的學時數只有40學時，因此根據無機非金屬材料生產過程中所涉及的工程理論基礎和工程實踐，在講授該課程時對教材中的內容進行了適當的刪減，使教學內容詳略得當。此外還選擇了武漢理工大學徐德龍和謝俊林教授編寫的《材料工程基礎》、陳卓如編寫的《工程流體力學（第2版）》、楊世銘和陶文銓編寫的《傳熱學（第4版）》以及孫學信和陳建原編寫的《煤粉燃燒物理化學基礎》作為主要參考書。《材料工程基礎》課程的教學內容和學時安排簡要介紹如下。

1.氣體力學在窯爐中的應用（12學時）：本章主要介紹氣體流動的質量方程、能量方程、動量方程、兩流體伯努利方程、分散垂直氣流法則、煙囪的工作原理及煙囪的熱工計算等，讓學生們掌握氣體在硅酸鹽工業生產中的流動規律。

2.傳熱原理（16學時）：本章主要介紹了三種基本傳熱方式（即導熱、對流和熱輻射）的基本概念、基本定律和相關的傳熱計算等，學習本章的主要目的是讓學生們掌握傳熱的客觀規律，能夠通過本章的學習提出強化有益傳熱、削弱有害傳熱的途徑和措施，以達到高產優質低消耗的目的。

3.燃料及其燃燒（6學時）：本章主要介紹了燃料的種類和組成、燃料的熱工性質及選用原則、燃燒計算、燃燒過程及燃燒設備等，讓學生了解各類燃料的熱工性質、燃燒過程及燃燒設備的特點，掌握燃燒計算的方法，以便合理地選用燃燒設備及組織燃燒過程。

4.干燥過程與設備（6學時）：干燥的方法、濕空氣的性質、濕空氣的I～X圖及其應用、干燥過程的物料平衡及熱平衡、干燥的物理過程、干燥設備等，讓學生了解物料或制品干燥的基本規律，為其后續的加工提供保障。

從教學內容可以看出，本課程的理論性較強，基本概念、基本定律較多，計算量大，特別是流體力學、傳熱原理等章節，基本概念抽象，數學推導過程復雜，對高等數學基礎要求較高，而且各章節內的連貫性較大，一旦學生對前面講述的知識沒能很好地掌握，對后面理解新知識就很困難，容易失去對本課程的學習興趣。因此，針對本課程的特點以及學生學習的情況，在教學過程中應理論與實踐教學相結合，選擇合適的教學方法和手段調動學生學習的積極性，由教師的“教”轉變為學生主動的“學”。

三、理論教學方法與手段

在課程教學中，針對不同的教學內容選用不同的教學方法和手段，使理論基礎與工程實踐相結合，抽象的概念具體化，提高學生學習的積極性，同時任課教師應及時為同學答疑解惑，進一步提升教學效果。

1.板書教學與多媒體教學相結合。如前所述，《材料工程基礎》課程涉及了眾多的數學概念和數學公式推導，如果完全采用多媒體教學，學生很難在有限時間內掌握教學內容。因此采用傳統的板書教學模式控制講解速度，留給學生一定的思考時間，使學生的思路跟上講課的節奏，其教學效果明顯優于單純的多媒體教學。板書教學和多媒體教學若能有效地結合，能夠豐富教學內容，增強教學的生動性，加深學生對基本概念、基本定律、工程實踐等內容的理解與認識。

2.提問式教學。《材料工程基礎》課程雖然是專業基礎課，但其與工程實踐聯系的非常緊密，更傾向于解決工程實際問題。在教學過程中，針對基本概念、基本理論，結合實際，提出一些簡單具體的工程實際問題，讓學生帶著問題聽講，更能引起同學們的注意。

3.課后作業及答疑。《材料工程基礎》課程涉及大量抽象概念、數學方程煩瑣、計算多，使得同學們有時遇到一些實際的計算問題就束手無策，不知從何做起。因此，僅靠理解基本概念、基本定律還不夠，需要做一些相關的習題，進一步加深對基本概念、基本定律的理解。當某些章節講完后，會給同學們布置一些相關的習題，并進行批改，找出他們容易忽略或共性的問題，在上課時為同學們統一講解，提出要注意的問題。此外可以通過建立QQ群，同學們在群里交流討論、分享教育學資源；與此同時，還可采用電話、郵件、微信等多種方式為學生及時解惑，使學生盡快消化所學內容。

四、實踐教學方法與手段

1.實驗教學。實驗教學對本課程的學習無論是對學生基本概念、基本理論的掌握還是對工程實踐的培養都是至關重要的。在本課程的實驗教學中，安排了金屬和非金屬材料導熱系數和膨脹系數的測定、煤的工業分析、煤的發熱量測定、陶瓷粉末的制備、壓制、燒結及其性能等實驗項目。通過實驗教學，使學生進一步加深對相關理論內容的理解，提高學生的動手能力和自主思考能力。

2.企業參觀實習。僅僅通過課堂的教學很難和現場的實際生產工藝聯系在一起，因此非常有必要組織學生去企業參觀實習，將企業的實際生產環節與課程教學環節相聯系，使教學達到理論與實踐相結合的目的。通過參觀實習，讓同學們對工廠的生產過程有感性的認識，并能將實際的生產過程與相關的基礎理論相聯系，進一步鞏固和理解課本理論知識，增加學生學習的主動性。要求學生撰寫實習報告，將參觀實習的心得和發現的問題及時反饋給老師，使教師不斷地更新教學內容，改革教學方法，形成良性循環。

3.參與科研。我校為培養大學生的創新精神和實踐能力，引導和鼓勵大學生積極自主開展科研活動，提供了很多平臺，如大學生科研立項、大學生創新創業訓練計劃、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等，借此機會引導學生積極參與科研工作，指導學生申報科研項目。

五、對課程建設的幾點建議

1.《材料工程基礎》課程是我校針對無機非金屬材料工程專業在第四學期開設的一門專業基礎課，該課程具有理論性較強、基本概念抽象、基本定律較多、數學推導過程復雜、內容龐雜等特點。

2.實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的重要環節。目前我校非金屬專業實驗室相關實驗設備較少，場地小，不能同時開展多人實驗，而且由于實驗設備的缺乏，有些與專業課密切相關的實驗無法開展，因此建議我校能夠加大對實驗室建設力度，提高對現代技術的資金的投入。

3.師資隊伍是專業建設的重要保障。由于《材料工程基礎》課程體系的特點尤其需要發揚教師團隊精神，取長補短發揮群體優勢。完善師資隊伍建設，加強教師與企業之間的合作交流，形成一支熱愛教學專業、結構合理、年齡結構優化的師資隊伍，為優化教學內容、改善教學方法、提高教學水平而共同努力。

參考文獻：

[1]王昆林.材料工程基礎[M].北京：清華大學出版，2009.

[2]文進，謝俊林.《材料工程基礎》課程改革與實踐[J].理工高教研究，2002，21（5）：111-112.