《現(xiàn)代材料工藝學(xué)》課程建設(shè)與教學(xué)改革探討

危衛(wèi)華+連小瑩

摘要：在分析現(xiàn)代材料工藝學(xué)教學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，面向工程技術(shù)人才的培養(yǎng)，從重視基礎(chǔ)知識(shí)、加強(qiáng)工藝設(shè)計(jì)訓(xùn)練內(nèi)容等內(nèi)容方面對(duì)現(xiàn)代材料工藝學(xué)進(jìn)行了課程建設(shè)；并從強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際、選用合適教學(xué)手段、加強(qiáng)師資建設(shè)、采用微課課程、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)模式等方面對(duì)現(xiàn)代材料工藝學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐和探討。實(shí)踐表明，通過課程建設(shè)和教學(xué)改革，大大激發(fā)了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)激情，鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決實(shí)際問題和工程實(shí)踐能力，拓展了學(xué)生視野，顯著提高了教學(xué)質(zhì)量，取得了很好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代材料工藝學(xué)；課程建設(shè)；教學(xué)改革；探討

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）42-0080-03

一、引言

《現(xiàn)代材料工藝學(xué)》（Modern Materials Technology，簡(jiǎn)稱MMT）是一門融合現(xiàn)代材料學(xué)知識(shí)和現(xiàn)代金屬工藝學(xué)知識(shí)的交叉課程，涉及工程材料和機(jī)械制造基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)，是機(jī)械類和材料加工類應(yīng)用專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。目的在于使學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，了解材料的組織及力學(xué)性能、Fe-C合金相圖、熱處理工藝與性能的關(guān)系等材料學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，初步掌握為常用零件選材的能力；掌握光學(xué)、電鏡及EDS、XRD、TEM、拉曼光譜等材料分析原理，可為科研中材料微觀分析選定實(shí)際可行的分析手段；了解金屬材料毛坯成型工藝，熟悉鑄造、鍛壓、焊接成型工藝的特點(diǎn)，掌握成型工藝的結(jié)構(gòu)性要求；了解影響金屬材料切削加工性的因素，掌握切削過程中切削力和切削溫度的變化規(guī)律，熟悉切削加工類型。著力培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，開闊學(xué)生專業(yè)視野。

目前，針對(duì)MMT課程建設(shè)和教學(xué)改革方面的研究還未引起足夠重視，相關(guān)方面的研究還很不足。陸名彰、齊繼陽等從改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、重視實(shí)踐教學(xué)、調(diào)整考核方式、采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式等方面對(duì)MMT課程建設(shè)和教學(xué)改革進(jìn)行了實(shí)踐與探討。本文面向大學(xué)工科學(xué)生教育，從個(gè)人的教學(xué)體會(huì)以及吸取他人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)MMT課程建設(shè)和教學(xué)進(jìn)行相關(guān)的改革探討。

二、MMT課程教學(xué)的問題

MMT是機(jī)械工程相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門由基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)階段向?qū)I(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)階段過渡的專業(yè)基礎(chǔ)課，其學(xué)科內(nèi)容主要以各種工程材料知識(shí)及其機(jī)械制造加工工藝的總和作為知識(shí)體系，具體包括工程材料基礎(chǔ)知識(shí)、金屬材料及高分子材料、鋼鐵材料的熱處理工藝、鑄造成型工藝、鍛壓成型工藝、焊接成型工藝、金屬切削加工工藝等，具有極強(qiáng)的實(shí)踐性、綜合性和基礎(chǔ)性。因此，MMT課程包括課堂理論教學(xué)和工廠實(shí)踐操作兩個(gè)主要教學(xué)環(huán)節(jié)，所以其教學(xué)過程完全不同于基礎(chǔ)理論課和專業(yè)課。目前MMT總體上是屬于一種教師難教、學(xué)生難學(xué)的境況，主要問題歸納如下。（1）限于一些高校實(shí)驗(yàn)室條件的限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較陳舊，體驗(yàn)的還是通過過時(shí)的設(shè)備開展的老實(shí)驗(yàn)，無法讓學(xué)生動(dòng)手操作先進(jìn)儀器，感觸行業(yè)前沿知識(shí)和儀器設(shè)備。（2）受限于現(xiàn)行的MMT課程教學(xué)要求，其教學(xué)大綱和教學(xué)課時(shí)分配方法沒有可協(xié)調(diào)性，導(dǎo)致一些需要注重實(shí)踐動(dòng)手操作的內(nèi)容沒法通過彈性分配時(shí)間來安排實(shí)驗(yàn)。（3）雖然有金工實(shí)習(xí)和認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)等，學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)仍然太少，導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力普遍較差，工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，運(yùn)用理論知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際中的工程應(yīng)用問題能力欠缺，從而影響了學(xué)生對(duì)相關(guān)抽象理論知識(shí)的充分理解，甚至使培養(yǎng)的機(jī)械工程類學(xué)生與社會(huì)需求脫節(jié)，以致近年來沿海制造業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)出現(xiàn)了高級(jí)技工人數(shù)嚴(yán)重不足的問題。（4）師資力量與在校大學(xué)生數(shù)量比相對(duì)較小，特別是自1999年大學(xué)生擴(kuò)招政策實(shí)行以來，師資力量沒有同等補(bǔ)充；并且大多數(shù)青年教師入職后都沒有經(jīng)歷過生產(chǎn)車間的針對(duì)性鍛煉，生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可能相對(duì)還不充分。例如課程中包含的諸如鑄造成型工藝、鍛壓成型工藝、焊接成型工藝、機(jī)械加工工藝等這些方面的內(nèi)容，就對(duì)教師的動(dòng)手實(shí)踐能力要求非常高。（5）教學(xué)手段相對(duì)單一或不足，教學(xué)方法主要仍然是以教師的灌輸講授為主，課堂上老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的討論較少；由于MMT課程專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)，內(nèi)容相對(duì)較抽象，可能導(dǎo)致有些學(xué)生缺乏興趣、積極主動(dòng)性不夠，甚至出現(xiàn)厭學(xué)情緒。基于上述不足，對(duì)MMT課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等進(jìn)行探討。

三、MMT課程內(nèi)容構(gòu)建

1.重視基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容。近年來在工程材料、材料成型工藝、機(jī)械制造工藝方面出現(xiàn)了許多具有深遠(yuǎn)影響的研究成果，MMT課程應(yīng)力求反映這些最新成果，使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)跟上現(xiàn)代科技的發(fā)展步伐，或啟迪學(xué)生的思維以產(chǎn)生新的技術(shù)設(shè)想，例如現(xiàn)代新型工程材料、新型鑄造、新型鍛壓、新型焊接以及先進(jìn)制造加工工藝。當(dāng)然，我們?nèi)匀徽J(rèn)為本課程是介紹機(jī)械制造入門知識(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生思考和解決機(jī)械制造工程問題的基本方法和基本知識(shí)，因而仍然將重點(diǎn)放在有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)方面。

2.加強(qiáng)工程能力訓(xùn)練內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。一方面，讓學(xué)生開展工藝設(shè)計(jì)訓(xùn)練，要求學(xué)生將自己所學(xué)的理論知識(shí)創(chuàng)造性地應(yīng)用到模擬工程實(shí)踐當(dāng)中，使學(xué)生由平常簡(jiǎn)單的被動(dòng)學(xué)習(xí)方式變?yōu)榉e極主動(dòng)探索的學(xué)習(xí)方式，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，使其成長(zhǎng)為創(chuàng)造型人才。另一方面，學(xué)生在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)過程中，需要全面應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，如機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝等機(jī)械專業(yè)知識(shí)，并查閱有關(guān)資料和手冊(cè)（如期刊論文、學(xué)位論文、書本、標(biāo)準(zhǔn)、專利、會(huì)議論文、科技報(bào)告、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）等，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和運(yùn)用理論知識(shí)解決問題的綜合能力，體會(huì)對(duì)一個(gè)零件產(chǎn)品從原材料到成品整個(gè)制造過程的完整概念，比如選材、機(jī)械加工前預(yù)備熱處理、機(jī)械粗加工、機(jī)械精加工、熱處理等工藝過程。

四、MMT教學(xué)方法優(yōu)化

1.以提高動(dòng)手能力為目標(biāo)，注重生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)。MMT課程的主要特點(diǎn)是工程應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)，這種課程特點(diǎn)就要求本門課程的教學(xué)必須足夠重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)部分。近年來，我國高等教育管理部門雖然提出了將本科院校劃分為研究型或應(yīng)用型院校，但受傳統(tǒng)工程教育體制的影響，目前我們大多培養(yǎng)的都是研究型和理論性工程技術(shù)人才，對(duì)學(xué)生實(shí)踐和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)還沒有引起充分的實(shí)質(zhì)重視。有鑒于此，筆者在講授MMT課程中專業(yè)性極強(qiáng)的抽象內(nèi)容時(shí)，特別注重理論與實(shí)際的結(jié)合，并強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，增加知識(shí)點(diǎn)的工程應(yīng)用性講解。比如在講授金屬材料熱處理工藝這部分內(nèi)容時(shí)，通過選取車間有代表性的45鋼作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，開設(shè)專門實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生動(dòng)手操作體驗(yàn)通過不同熱處理工藝后該材料硬度指標(biāo)的變化，并讓他們分析硬度變化的本質(zhì)原因，這樣既讓學(xué)生鍛煉了動(dòng)手操作能力，又提高了其通過運(yùn)用理論知識(shí)來分析工程實(shí)際應(yīng)用問題的能力。再如，為了讓學(xué)生們有直觀的認(rèn)識(shí)，在學(xué)習(xí)切削刀具角度這部分內(nèi)容時(shí)，特地開設(shè)機(jī)械加工刀具測(cè)量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生們各自動(dòng)手測(cè)量放大倍數(shù)的刀具模型，確保學(xué)生都得到實(shí)踐鍛煉，培養(yǎng)動(dòng)手能力；并且為了讓學(xué)生們更好地運(yùn)用理論知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力，要求學(xué)生們通過改變刀具各個(gè)不同角度參數(shù)，來分析各個(gè)角度變化對(duì)實(shí)際切削過程有什么影響，大大提高了學(xué)習(xí)效果。endprint

2.采用合適教學(xué)手段。MMT課程是一門工程實(shí)踐應(yīng)用性極強(qiáng)和學(xué)科相互交叉研究的課程，不僅專業(yè)名詞和術(shù)語等基礎(chǔ)知識(shí)非常多，而且需要?jiǎng)邮謱?shí)踐操作的案例和環(huán)節(jié)也很多，為了讓學(xué)習(xí)者能夠牢固掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，并能運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)很好地解決生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中的工程應(yīng)用問題，教師需要綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法，方能達(dá)到理想的教學(xué)目標(biāo)和獲得好的教學(xué)效果。如MMT課程中關(guān)于“鐵碳合金中的基本相”的基本內(nèi)容，宜采用講授法教學(xué)，可以直接、快速、精練地使學(xué)生掌握，為學(xué)生在實(shí)踐中能更游刃有余地應(yīng)用打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。再如MMT課程中關(guān)于“金屬材料熱處理”的內(nèi)容，適宜采用案例教學(xué)法。教師可以選取生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中具有代表性的典型案例，采取提出問題、分析問題、解決問題的方式，進(jìn)行有針對(duì)性的分析、審理和討論，讓學(xué)生做出自己的判斷和評(píng)價(jià)。這種教學(xué)方法可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍課堂氣氛，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)思考，在教師的啟發(fā)指導(dǎo)下通過自己的思考而得出結(jié)論。通過這種案例教學(xué)方法的運(yùn)用，可以充分發(fā)揮它的啟發(fā)性、實(shí)踐性，從而提高學(xué)生的思維能力、判斷能力、決策能力和綜合素質(zhì)。又如MMT課程中關(guān)于“趁熱打鐵”、“鑄鐵不能鍛造”等基本專業(yè)常識(shí)問題，適宜采用討論法。學(xué)生通過討論，進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在小組或團(tuán)隊(duì)中展開討論，讓所有的人都能參與到明確的集體任務(wù)中，強(qiáng)調(diào)集體性任務(wù)。通過開展課堂討論，培養(yǎng)思維表達(dá)能力，讓學(xué)生多多參與，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際工程問題的能力。

3.加強(qiáng)適合MMT課程教學(xué)的教師隊(duì)伍建設(shè)。MMT課程屬于專業(yè)課程，實(shí)踐能力要求高，其課程教學(xué)教師除了需具備扎實(shí)、全面的專業(yè)理論知識(shí)，還需要具有豐富的動(dòng)手操作實(shí)踐能力，才能將理論知識(shí)更好地聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，從而使學(xué)生全面深入地掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)。對(duì)于現(xiàn)在很多非應(yīng)用型大學(xué)的青年教師，雖然上學(xué)期間也經(jīng)歷了金屬材料加工實(shí)習(xí)、課程學(xué)習(xí)階段的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)以及畢業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，但對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的全面能力鍛煉還欠缺。因此，應(yīng)該鼓勵(lì)年輕教師到企業(yè)生產(chǎn)車間掛職鍛煉，開展全面的生產(chǎn)加工鍛煉，夯實(shí)自己的生產(chǎn)實(shí)踐能力。如MMT課程中的金屬材料改性工藝（整體熱處理和表面熱處理等）、現(xiàn)代材料分析技術(shù)（光學(xué)、電鏡及EDS、XRD、TEM等）、鑄造成型工藝（自由鍛、模鍛、胎模鍛）、鍛壓成型工藝（鍛造、沖壓）、焊接成型工藝以及金屬加工工藝等，只有在實(shí)踐中體會(huì)，才可達(dá)到好的學(xué)習(xí)效果。

4.采用微課教學(xué)模式，提高學(xué)習(xí)興趣和效率。微課以其“短小精悍”的特點(diǎn)契合了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的個(gè)性化學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)、移動(dòng)學(xué)習(xí)等需求，成為目前教育教學(xué)改革的熱點(diǎn)之一。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合成為必然趨勢(shì)，信息時(shí)代的教師是數(shù)字化教學(xué)資源的開發(fā)者和信息化教學(xué)的實(shí)踐者，如何設(shè)計(jì)、制作及應(yīng)用微課，是教師面臨掌握的新技能。微課具有主持人講授性、流媒體播放性、教學(xué)時(shí)間較短、教學(xué)內(nèi)容較少、資源容量較小、精致教學(xué)設(shè)計(jì)、經(jīng)典示范案例、自主學(xué)習(xí)為主、制作簡(jiǎn)便實(shí)用、配套相關(guān)材料等十大特征。微課內(nèi)容開發(fā)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其建設(shè)模式一般有“征集評(píng)審式”（面向教師個(gè)人）和“項(xiàng)目開發(fā)式”（面向?qū)W校和機(jī)構(gòu)）。在本科教學(xué)中，以MMT課程為基礎(chǔ)，歸納和拓展出了如“工程材料”、“鑄造成型工藝”、“鍛壓成型工藝”、“焊接成型工藝”和“切削加工工藝”等具有代表性的MMT教學(xué)研究主題，制作了各個(gè)教學(xué)研究主題的課件、細(xì)分后的具體加工技術(shù)的動(dòng)畫，并錄制了相關(guān)MMT課程內(nèi)容在企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的視頻，構(gòu)建了能夠滿足面向制造企業(yè)人才培養(yǎng)的實(shí)踐性需求的若干微課課程。MMT課程微課教學(xué)實(shí)踐表明，“微課”既有別于傳統(tǒng)單一資源類型的教學(xué)課例、教學(xué)課件、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)反思等教學(xué)資源，又是在其基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展起來的一種新型教學(xué)資源，對(duì)于老師而言，最關(guān)鍵的是要從學(xué)生的角度去制作微課，要體現(xiàn)以學(xué)生為本的教學(xué)思想。

5.采用翻轉(zhuǎn)課堂新型教學(xué)模式，提高學(xué)習(xí)效果。翻轉(zhuǎn)課堂作為一種基于現(xiàn)代信息技術(shù)的新型教學(xué)模式，近年來成為了國內(nèi)外教學(xué)研究的熱點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式要求學(xué)生在課前利用教師制作的數(shù)字材料，包括音頻、視頻、電子教材等，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)課程，然后在課堂上參與同學(xué)和教師的互動(dòng)活動(dòng)，如答疑、解惑、探究等，并完成練習(xí)。MMT是綜合性、多學(xué)科交叉、實(shí)踐性強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能完全滿足目前對(duì)高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需求，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法的出現(xiàn)，既為MMT課程的教學(xué)改革提供了廣闊的平臺(tái)，也為MMT課堂教學(xué)模式帶來了許多挑戰(zhàn)，為師生雙方帶來了全新的教學(xué)和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在MMT課程中，選用了“材料學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)”部分的“鐵碳合金相變基礎(chǔ)知識(shí)”知識(shí)點(diǎn)，采用翻轉(zhuǎn)課堂這種新型教學(xué)模式進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，通過學(xué)習(xí)內(nèi)容分析、學(xué)習(xí)目標(biāo)分析、學(xué)習(xí)者特征分析、課前任務(wù)設(shè)計(jì)、課上任務(wù)設(shè)計(jì)和教學(xué)設(shè)計(jì)反思等六個(gè)方面規(guī)劃了教學(xué)內(nèi)容，實(shí)踐證實(shí)了學(xué)生參與度更強(qiáng)，學(xué)習(xí)更加靈活、主動(dòng)，顯著提高了教學(xué)質(zhì)量，取得了很好的教學(xué)效果。因此，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理念及相應(yīng)的教學(xué)方法，打破了昔日的先教后學(xué)的教學(xué)方式，使學(xué)生變成了學(xué)習(xí)的主宰者，有望讓每一位學(xué)生都能發(fā)揮自身的潛能，激發(fā)學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

五、結(jié)語

針對(duì)目前MMT課程教學(xué)的現(xiàn)狀，通過課程建設(shè)與教學(xué)改革，實(shí)踐結(jié)果表明極大地提高了教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了學(xué)生的綜合能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉春廷.材料工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[2]穆欣，賈平.《材料工藝學(xué)》教學(xué)改革初探[J].科技信息，2009，（22）：325.

[3]危衛(wèi)華，連小瑩.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程建設(shè)與教學(xué)改革探討[J].價(jià)值工程，2013，（32）：258-259.

[4]張振亞，陳剛，楊睿.《復(fù)合材料工藝學(xué)》課堂教學(xué)探索[J].考試周刊，2015，（55）：165.endprint