機械大類專業《工程材料及熱成型工藝》課程教改研究?

戴曉元，華熳煜　羅奕兵　龍春光　寇莉莉

摘 要：分析了機械大類專業對《工程材料及熱成型工藝》課程的要求和課程教學效果不理想的原因，提出了課程教學內容、方法、考核形式的有關改革措施，以著重提高學生的學習興趣和學生的工程技術應用能力為目的，使課程的教學更適合社會經濟發展對高質量機械大類專業人才的要求。

關鍵詞：工程材料；熱成型工藝；教學改革

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0000-00

《工程材料及熱成型工藝》是高等院校機械大類專業的主干課程之一，是一門闡述工程材料科學及材料成形方法的技術基礎課。我校機械大類設置有機械制造及自動化、車輛工程、汽車服務工程、材料成型及控制工程4個專業，該課程是這前3個專業的專業技術基礎課，材料成型及控制專業對工程材料及其成型方法的要求更高。針對前3個專業，本課程的任務是從工程材料的應用角度出發，闡明工程材料的基本理論，了解材料的成分、加工工藝（塑性變形、熱鍛、焊接等加工、熱處理）、組織與性能之間的關系，介紹金屬零件熱加工工藝方法（鑄造、鍛造和焊接）等基本知識 [1-2]。使學生通過課程的學習，在掌握工程材料的基本理論、常用工程材料及零件熱加工工藝的基本知識的基礎上，具備根據零部件的服役條件合理選擇材料、正確制定其成形工藝方法和妥善安排工藝路線的能力，為后續課程的學習和今后從事機械（包括車輛）設計與制造相關行業工作奠定必要的基礎，同時對拓寬專業面、培養復合型人才，適合社會經濟發展對高質量機械大類專業人才的要求，是不可缺少的重要環節。

然而，該課程的教學效果一直不理想，其原因主要是：⑴ 《工程材料及熱成型工藝》課程本身具有理論概念多、理論體系復雜、內容廣泛、綜合實踐性強的特點；⑵ 現有的教學安排中，課程的教學課時少；⑶ 學生缺乏工業背景知識、感性認知少，學習興趣不大。因此，有必要針對這些問題，從課程體系安排、課程教學內容、教學方法和考核形式等方面進行一系列的改革，提高課程的教學效果，滿足社會對機械大類專業學生工程材料及其成形工藝方面的要求。

一、 教學內容與課程體系

《工程材料及熱成型工藝》課程涉及的基本概念、基本知識點和基本理論繁多，針對機械大類專業對課程的要求特點，合理安排教學內容。⑴ 以能使本課程各部分內容能銜接為目的，來取舍基本概念、基本理論及其比重。比如我們選用的北京大學出版、申榮華主編的教材中，基本理論中晶面、晶向都沒有涉及，但不講解這部分內容，無法解釋不同晶體結構金屬材料塑性變形性能的優劣，所以在課程進行當中，有意加入了這部分內容，以方便學生理解。再如，由于機械工程設備、車輛等加工與使用的零部件材料主要是鋼鐵材料，在授課過程中，盡量詳細講解與鋼鐵材料有關的部分，而高分子材料、工程陶瓷、復合材料相關內容只進行簡略介紹或學生自學；⑵ 與課程相關的標準，不論教材中介紹的是新標準還是舊標準，課堂上新舊標準內容、標準變動規律和查取最新標準的方法都要進行介紹，以提高學生在后續課程、及工作后的適用能力。國家標準一般會定期地進行修訂，而教材的編寫和使用因其自身周期的原因，使用的標準普遍滯后；企業之間的技術合同，更多使用新標準，而企業內部生產員工，往往更熟悉老標準 [3-5]。基于這種矛盾，必須講授變動大的標準、國家相關標準的修訂規律、最新規律的查找方法；⑶ 從課程體系安排上，最好是本課程與金工實習同時進行，或交叉進行，使學生能同時加深感性認識和理性認識，增進對理論的理解，二者的教學效果都可以得到提高 [6-7]。

二、 教學方法

1、 教學過程中貫穿材料四面體概念

從緒論講授開始，提出并強調材料四面體的概念，即材料的成分、加工方法、組織、性能四者的關系，成分決定了材料的冷熱塑形加工可以選擇的方法，加工方法和成分一起決定了材料的組織，而材料的組織與材料的各種性能（剛性除外）幾乎是一一對應的關系，即有什么樣的組織就有什么樣的性能。機械大類專業學生在課程學習期間，每一章節結束，在總結復習時，都可以對應材料四面體歸納本章節中所涉及的成分、加工、組織、性能四者中具體的關系及其影響規律，起到提綱挈領的效果，使學生的思維能從每章節具體的細節之中跳出來，去對應材料四面體中本章節所涉及的材料四面體中哪幾類之間的相互關系，有利于學生在課程學習中站在較高的位置，對課程有整體觀，有利于對所學內容進行歸納總結并反向細化。

2、課堂上采用多媒體與黑板板書相結合

多媒體教學可以把聲音、動畫、視頻有機的結合起來，信息量大、更直觀，也能通過示意表達諸如結晶過程中金屬內部組織的變化。能吸引學生的眼球，提高他們對工程材料及其加工方法的學習興趣。如晶體、晶格、晶胞、三種常見的金屬晶體結構等基本概念非常抽象，采用多媒體手段，可以準確呈現三維的空間結構，也可以避免在黑板上畫圖費時，更有助干學生理解，教學效果更好。

黑板板書教學比較費時，對三維空間問題表達不如多媒體清晰，但是教師書寫過程的同時，學生可以跟上講解老師的思維，也有足夠的時間去消化、理解、吸收。

在采用多媒體教學的過程中教師必須控制幻燈片播放的進度，針對不同教學內容，幻燈片講解、停留的時間不一。如緒論部分，圖片多，速度可以很快，主要目的是引起學生的學習興趣；鋼熱處理原理，則應結合Fe-Fe3C相圖，盡量講透徹的前提下，幻燈片應當慢放，甚至長時間停留。而在講解合Fe- Fe3C相圖，碳含量為0.45%亞共析鋼的平衡結晶過程和計算室溫下其組織組成物和組成相的質量分數時，就需充分發揮多媒體教學和板書教學相結合的優勢，多媒體演示45鋼的平衡結晶過程中相、組織的轉變，黑板板書相變反應及相關杠桿定律的計算，兩者的結合，更利于學生理解學習 [8]。

3、課堂上多種教學方法相結合

《工程材料及熱成型工藝》課程的概念多、內容多、雜，教師在授課過程中，要充分利用各種教學方法，活躍課堂氣氛，調動學生的學習興趣，讓學生參與到課堂教學中來。例如，可以圍繞一個主題，讓同學們分組討論，最后派代表發言，或一小組形式寫一報告、總結；采用啟發式教學，多提問，讓同學們多思考；對于重點內容，在講述后的下一次課，以提問的形式復習、提醒、總結。