機械工程材料及其成形技術課程教學改革探討

張晴晴 代光輝 史良馬

（巢湖學院，安徽 巢湖 238000）

1 引言

機械工程材料及其成形技術是巢湖學院（以下簡稱本校）機械設計制造及其自動化專業的一門主干課程，也是一門兼有很強學科理論性和應用技能性的專業核心技術類課程。該課程的教學目標是使學生掌握有關工程結構和機械類零件常用金屬材料和非金屬材料的基本理論知識和性能特點，使其初步具備根據零件工作條件和失效形式，合理選材與使用材料，正確制定零件的冷熱加工工藝路線，并提出合理熱處理技術要求的能力，以及掌握常用的材料成形工藝的能力[1-2]。就本校機械工程材料及其成形技術課程教學現狀而言，存在以下問題和不足：

（1）本課程涵蓋的內容較多，既包含了機械工程材料的基礎內容部分，又包含了材料成形技術方面的內容[3]，整個課程的概念較多且抽象難懂，對于學生來說理解起來有一定困難。

（2）在該課程的教學活動中，對于“材料的成分→工藝→組織結構→性能→應用”這條主線之間的各個知識點之間的相互關系講解不夠突出，整個課程的知識點的教學較為分散，不利于學生掌握它們之間的關聯，使學生在學習時經常出現“學此忘彼”的現象，更不利于學生對所學理論知識的實際運用。

（3）該課程的實踐性和應用性較強，課程教學目標中要求學生能夠根據零件的實際工況進行零件的選材和加工工藝路線的制定，從以往的教學效果看，學生對所學知識的實際應用能力不足，碰到機械工程的實際問題時往往無從下手，且傳統的實驗教學內容多是驗證性 （比如硬度、抗拉強度的測量，鐵碳平衡組織觀察等），不足以培養學生的綜合素質和創新能力、實踐動手能力、綜合分析和解決實際問題的能力。

通過上述分析可知，傳統的教學模式和教學方法在提高學生對所學知識的掌握能力和應用轉化能力方面尚有欠缺，為適應應用型本科教學的宗旨，結合本校機械設計制造及其自動化專業的培養目標，擬從理論教學和實驗教學兩個方面，提出如下課程改革和優化措施。

2 理論教學改革措施

2.1 注重各章節知識點的總結歸納

為增強學生對知識點的理解和掌握，增強課程內容的邏輯性和關聯性，圍繞“材料的成分→工藝→組織結構→性能→應用”這一主線，在課堂講解中，總結歸納各個知識點之間的相互聯系，通過對比分析、總結歸納等形式將各章節內部、章節與章節之間的有相互關聯的知識點整合到一起，并重點分析它們之間的相互關系，以增強學生對所學知識點的理解和對該課程各個知識點的記憶，提高學生的學習效率。

例如，在講解常用金屬材料中的滲碳鋼時，為增強學生對滲碳鋼的的成分、加工工藝、性能及用途等有更清晰的認識，可將其滲碳前后的組織對比，含碳量的變化對比，性能的變化等內容以表格的形式進行總結歸納，進而自然而然地由其成分、工藝、和性能等特點引入其應用場合，對滲碳鋼的總結對比如表1所示。這樣不僅可以使學生對滲碳鋼的認識更透徹，也對前面學習過的知識點，鐵碳合金相圖、鋼的熱處理、合金元素在鋼中的作用等內容作了一次簡短的回顧，加深了學生對知識點的掌握。

表1 滲碳鋼在滲碳處理、淬火+低溫回火前后對比

2.2 增強專業課間的橫向關聯

該課程是聯系設計類課程和制造類課程的紐帶，是從基礎學習轉向專業課學習的橋梁[4]，在傳統的教學過程中對其與設計類課程和制造類課程的關聯較少，不足以使學生系統地掌握專業知識。為增強該課程與其它設計類專業課程和制造類專業課程的橫向關聯，使學生能夠充分把握其在各專業知識中的作用，在教學過程中對于與其它專業課程有重要關聯的知識點，著重闡述其相互關系及應用。比如在講解金屬材料的性能時，將其與機械設計中的關于材料選擇及強度計算等方面的內容聯系起來，并可通過機械設計實例來輔助講解常用材料在機械設計中的應用；再比如，在講解典型零件的加工工藝路線的確定時，可適當加入機械制造類課程中有關工藝規程的制定和工藝過程的確定方面的知識，以加深學生對工藝路線的確定原則的理解。

通過在教學過程中增強該課程與其它專業課程之間的關聯，可以幫助學生從系統的角度出發理解所學知識、運用所學知識，并能幫助學生深入理解該課程在整個專業課程中的作用，從而將該課程和其它重要專業課程有機地結合起來，形成層次分明、邏輯清晰的專業知識體系。

2.3 加強理論知識與工程實際的聯系

本課程內容的理論性較強，對于學生來說，脫離工程實際的理論知識教學枯燥乏味，而生活中見到的材料又只能看到其表象，無法了解其性能，難以做到理論與工程實際應用聯系記憶。為將理論知識簡單化和直觀化，可以通過引用工程實例的方式來輔助教學。以我國機械零件編碼系統[5]中粗分類或細分類給出的零件作為基本單元，分析不同類型零件的使用場合以及性能要求，總結不同零件選用的材料類型和熱處理工藝類型，最終落腳于教材中的理論知識點，通過此種逆向實踐過程，培養學生結合具體零件了解與記憶理論知識，提高學生的應用能力。

3 實驗教學內容的整合和優化

我校傳統的機械工程材料及其成形技術實驗項目較為陳舊，實驗內容之間較為分散和獨立，實驗教學上缺乏系統性和連貫性；另外，該課程的實驗項目偏重于機械工程材料方面，而材料成形方面的實驗項目偏少。傳統的實驗項目和內容如表2所示：

表2 原實驗項目和內容

為在有限的實驗條件和實驗資源內達到更好的實驗效果和實驗水平，提高學生的實驗認知能力和綜合實驗技能，使實驗項目和內容的安排既有一定的廣度又有一定的深度，對實驗教學內容作了如下整合和優化。

3.1 實驗內容的整合

為培養學生的綜合素質和創新能力，綜合分析能力和解決實際問題的能力，對原實驗項目1至4作了整合，刪去了原實驗項目中單獨開設的硬度測量實驗和低碳鋼拉伸實驗，將基礎測量儀器的使用教學內容放置到基礎認知實驗中；將鐵碳平衡組織觀察實驗和鋼的熱處理實驗合在一起，又補入了金相試樣的制備，及熱處理前后組織的對比觀察和性能對比分析內容，整合成了4個學時的綜合設計實驗，這樣在擴充機械工程材料方面的實驗內容的同時進一步減少了該部分的實驗課時數。另外，將機械工程材料部分縮減的實驗課時補入材料成形部分，結合我校現有材料成形方面的實驗設備 （3D打印成形設備和擠出模具成形設備），將材料成形方面的實驗修改為3D打印成形工藝分析實驗和擠出模具成形工藝分析實驗，使得材料成形方面的實驗項目增至兩個，以提高學生對成形工藝的認識，整合后的實驗項目和內容如表3所示：

表3 整合和優化后的實驗項目和內容

3.2 實驗教學方法的優化

在作上述實驗內容的整合的同時，將原來的驗證型的鐵碳平衡組織觀察實驗和鋼的熱處理實驗的教學方法優化成了綜合型和設計型的綜合設計實驗，在有限的教學條件和教學資源內將原本已知實驗結果的驗證型實驗轉變成了探索型實驗，學生做實驗不再是“依葫蘆畫瓢”，而是經過獨立思考，獨立完成選材、工藝路線制定、制備金相式樣、顯微組織觀察及性能對比分析等一系列綜合設計實驗內容，不僅提高了學生的獨立思考、分析和解決實際問題的能力，也提高了學生的實驗積極性。

通過上述實驗教學的整合和優化，在保證總實驗課時不變的基礎上，對實驗教學的廣度和深度均作了擴充，使修改后的實驗項目和內容更貼合實驗教學目標的要求

4 總結

通過分析我校機械工程材料及其成形技術課程教學研究的現狀，從我校目前在該課程教學中存在的問題和不足出發，結合我校的教學條件和教學資源，從理論教學的改革和實驗教學的整合和優化兩個方面著手提出了適應應用型本科教學宗旨及我校機械設計制造及其自動化培養目標的課程改革和優化措施。該措施旨在提高學生對所學知識的掌握能力和應用轉化能力，取得了較好的教學效果。

[1]雷聲，吳躍波.《工程材料與成形技術基礎》課程教學改革初探[J].合肥師范學院學報，2010，（3）：61-63.

[2]孫繼兵，丁賀偉，王清周，等.機械工程材料精品課程建設與教學改革的實踐與思考[J].中國輕工教育，2010，（1）：52-54.

[3]申榮華.工程材料及其成形技術基礎（第2版）[M].北京：北京大學出版社，2013.

[4]張有強，羅樹麗，周嶺.機械工程材料課程教學探討[J].中國現代教育裝備，2013，（3）：56-58.

[5]于駿一，鄒青.機械制造技術基礎（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2009.