探索卓越工程師培養前提下機械制造與材料基礎的教學模式

肖蓓蓓+夏兆旺

摘要：為了適應時代的發展，專業基礎課的《機械制造與材料基礎》的教學目標不再僅僅是掌握經典理論。隨著卓越工程師的提出，了解新興技術，有效解決生產實踐問題，成為培養適應形勢變化的應用型人才的必需。在此，為了提高教學效果，根據教學內容的不同，在講授經典知識點時將教學可視化，在講授新興技術時將教學科研化，以期增強學生學習的主觀能動性，提高學習效率。

關鍵詞：機械制造與材料基礎；教學可視化；教學科研化

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）31-0130-02

2010年，教育部在天津大學召開“卓越工程師教育培養計劃”啟動會。為了適應時代的進步，我校于2014年開設能動專業“卓越班”試點，以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力增強學生的工程意識，提高工程素質和工程實踐能力，力求培養造就一大批創新能力強、適應企業發展需要的多種類型的優秀工程師。在此前提下，作為專業基礎課，《機械制造與材料基礎》的教學目標不僅僅從知識內容方面，通過課程的學習使學生掌握工程材料基礎，掌握材料加工方法，了解機械裝配；更為重要的是，了解機械制造技術領域中的新理論、新技術、新知識，有效針對生產實踐問題，合理選用工程材料，正確選擇加工工藝路線，判斷工藝方案合理性，為培養適應形勢變化的應用型人才打下堅實基礎。基于以上考慮，結合自身教學經驗，在講授經典知識點時將理論教學可視化，在講授新興技術時將教學內容科研化，以期增強學生學習的主觀能動性，提高學習效率。

《機械制造與材料基礎》的教學內容著重點在于基本原理和主要的工藝方法，這些內容都是實際應用中最普通、適用面最廣的內容，同時往往是比較抽象的概念，需要學生具有很強的基礎理論功底以及空間想象能力，這部分內容往往難以消化。然而作為《機械制造與材料基礎》學習的基石，理解和掌握抽象定義成為必要，這就要求學生花費大量的時間對知識點進行機械記憶，往往導致事倍功半。針對這一情況，將理論教學可視化，不再依賴于單純的課堂講解，開展多媒體素材庫的建設和積累，采用視頻、動畫、實物模型、虛擬實驗等教學手段，使原本枯燥、乏味的內容變得生動、吸引人，增強學生學習興趣，進而收到事半功倍的效果。除此之外，抽象理論與實物教學相結合，加深學生對知識點的理解。在學習材料基礎部分中涉及晶體結構、冷卻結晶等抽象定義的教學內容時，可將Materials Studio軟件引入教學過程，采用三維電子圖像和動畫對象的方法，學生以模擬實驗的形式動手構建面心立方、體心立方以及密排六方等三種常見晶體結構，在此基礎上模擬升溫融化以及降溫結晶過程，直接觀察形核與長大，進而提高學生對金屬材料的理解以及相關本征性質的分析能力。在學習切削加工中涉及刀具的幾何角度的教學內容時，運用視頻并結合演示教具進行知識點的講解，在學生理解車刀結構的基礎上，補充車刀測量實驗，將課本知識有效運用。理論教學與實習經驗相結合，增強抽象內容與實際應用之間的聯系，進而提高學生的主觀認知。在學習切削方法時，緊密聯系學生的金工實習經驗，圍繞切削加工，增加課堂討論時間。需要注意的是，純粹的視頻教學以及演示性試驗的缺點在于信息量過多，學生注意力分散。為了避免看完即忘，有選擇地運用基于問題的教學法，根據教學的知識點，設計問題，引導學生的關注點，進而保證課堂教學的效率。如圖1所示，從課堂講解的抽象概念到視頻化的感官深入，從問題提出到問題的回答，從知識點出發到知識點回歸，進而理解掌握基礎概念。

另外一方面，隨著科技的發展，新材料、新技術、新工藝在不斷的增加，這就要求我們不能止步于課本知識，在教學的過程中，關注現代新興科研工作，應注意吸收新成果，教學內容科研化，開闊思路。在材料部分，強化其他過程材料以及新型材料的內容。現代機械制造的發展，在于高精密以及無人數控。基于上述原因，在材料加工部分，注重介紹高精密加工方法以及計算機輔助加工內容。但是在以教師為主的講授式教學過程中，介紹這一部分內容時，由于課時的限制，我們重點在于介紹科技的發展以及應用，而不是關注基本原理。比如，傳統意義上，汽車車身為鋼板，沖壓成型；但是在全新BMW7系的車體框架中，碳纖維增強復合材料被用于加固車頂橫梁結構以及B柱和C柱、底部側圍、中央通道和后部支撐。又比如，我國開發的多點成型技術，將傳統的整體模具離散化，柔性多點模具配以數控技術，成就了北京的鳥巢。這種針對特定應用對象，介紹相應科技發展的教學方法，有利于形成立體化的印象。在此，根據課程內容有選擇地使用項目教學法，將學生從被動接受者轉變為主動學習者。結合教學內容，我們給出四類參考項目，如圖2所示，建議以科技發展—實際應用—優勢劣勢—內在原理為思路，進行調研報告的整理與撰寫。學生也可按照自身興趣點，擬定項目，調整思路，對項目進行詳細的闡述。在收集資料、理清思路、整理匯報的過程中，加深對所學知識的理解，有效鍛煉信息獲取能力、團隊協作精神以及自我學習的能力。