基于生產實踐知識的《工程材料》課程教學改革

＊王金亮 習小慧* 王貴 王坤 薛景鈡 梅瑞斌

（1.廣東海洋大學機械與動力工程學院 廣東 524000 2.東北大學秦皇島分校 河北 066004）

隨著我國經濟的快速發展，工程技術領域對其所涉及的工程技術提出了更高的要求，例如為了實現汽車行業的節能減排，汽車輕量化的技術要求變得越來越高[1]。因此，為了保證經濟的快速發展，如何培養出與之相適應的工程技術人才是現今教育面臨的難題。

材料是工程發展的載體，掌握材料的組織結構及性能特點是工程技術人員的必備知識。《工程材料》是專門講授工程材料性能特點的課程，成為許多工程類專業的必修專業基礎課[2]，比如廣東海洋大學機械設計及其自動化專業、能源與動力工程專業、輪機管理專業等。目前，該課程傳統的教學方法無法使學生對其產生濃厚的學習興趣，致使大部分學生只為考試成績或學分進行相應學習。因此，面對越來越高的工程技術要求，如何提高該課程的教學效果成為教師教學過程中面臨的一個難題。

1.工程材料課程教學存在的問題

(1)學生學習興趣有待提高

隨著科技的進步，人類社會已從工業時代走向了信息時代，網絡和自媒體技術得到了迅速發展。由于手機發展的智能化和4G/5G網絡的高速化，直播、網游已成為當今社會娛樂的焦點，這些信息時刻改變著民眾的思想意識。大學生作為民眾的一個群體，同樣受多樣化、趣味化娛樂信息的影響。此結果導致大部分學生的興趣點被提高，降低了對課本中專業科學知識的學習興趣，出現了在課堂上學生使用手機打游戲、看視頻的現象。

《工程材料》課程是近機械類工科專業重要的專業課，其掌握程度直接影響學生進入企業的工作質量。通過該課程的設置，可以使近機械類工科學生掌握有關工程結構和機器零件常用的金屬材料、非金屬材料的基本理論知識和性能特點，并具備對其所從事工業領域中的工程結構、機器零件等材料進行合理選用和使用，實現合理性結構設計和工藝編制。然而，《工程材料》課程教材是針對所有相關專業的教材，其涵蓋了多方面知識。而對于非材料類專業的學生來說，在學習該門課程過程中，往往感覺該課程與自己所學專業無關，且教材涵蓋知識面太廣，致使學生無法對該課程產生濃厚的學習興趣。這使得很大一部分學生，只為了考試成績或學分而去學習這門課程。此現象導致學生完成《工程材料》課程學習之后，并未提高自己的專業技能，致使該課程教學出現弊端[3]。

以上分析可知，由于外部環境變化及非材料類專業學生對《工程材料》課程的不重視，導致大部分學生對該門課程的學習興趣不高。因此，如何讓非材料類專業的學生對《工程材料》課程主動產生學習興趣，并進行深入學習，提高自己的專業技能，適應越來越高的工程技術要求，是該門課程教學難點。

(2)教學方法有待創新

由上所知，《工程材料》課程教材涵蓋了多方面知識，以清華大學出版社出版的朱張校和姚可夫老師編寫的教材為例，其包含了鋼鐵材料、有色金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料、功能材料和新材料，同時還包括金屬材料的組織結構及性能特點、工程零件失效分析與選材原則、典型工件的選材及工藝路線設計等共10章。而對于非材料類學生來說，由于專業課的學時限制，致使學生學習該門課程的學時很少，如廣東海洋大學能源與動力工程專業的學生只有18個理論學時學習該門課程。因此，如何在短課時內將知識有效地傳遞給學生，并讓學生通過課程學習，增強自主學習的主觀能動性是該門課程教學的一個核心問題。針對課堂教學，傳統的教學方法是教師課前充分備課，將書上的知識點進行總結凝練，形成邏輯鏈條，之后利用PPT等手段呈現給學生，進行課堂教學。而對于《工程材料》課程，由于教材知識點多且課程總學時少，致使教師在利用傳統教學方法教學過程中，只能講授部分核心知識點，無法實現知識點的全覆蓋。此外，由于是非材料類學生，其學習《工程材料》課程中的一些知識是零基礎，例如晶體結構等知識，而這些知識還是不容易學習的難懂知識，這導致教師僅通過傳統的教學方法且利用有限課時進行教學，無法達到良好的教學效果。因此，利用傳統教學方法對非材料類學生進行總學時較少的《工程材料》課程教學存在很大弊端[4]。

(3)考核方法有待完善

針對《工程材料》課程教學，傳統考核方式側重于考查學生對重點核心知識的掌握程度，重點關注學生對專有名詞概念的記憶及基礎理論的理解等[5]。《工程材料》課程是直接服務于工程生產的課程，在高等教育不斷走向素質教育和創新教育的背景下，學習此課程的目的是使學生掌握與生產實踐相關的知識，并能將所學知識直接服務于生產。然而，采用傳統考核方式對《工程材料》課程教學進行考核，會促使部分學生利用短期突擊方式熟記課堂重點講授的知識點，完成考試。這類學生僅僅完成了考試，獲得了該門課程所對應的學分，而并未真正掌握與工程生產實踐相關的知識，無法做到對所學知識融會貫通、學以致用，即無法利用所學知識對工程中出現的問題進行有效分析和解決。因此，采用傳統考核方式對《工程材料》課程教學進行考核存在著一定不足。對此，為了培養工程生產實踐的適用性人才，針對非材料類學生，改善《工程材料》課程的考核方法勢在必行。

2.生產實踐知識在教學過程中的重要性

《工程材料》是服務于生產實踐的一門課程，其教學應與生產實踐密切相連。如前所述，非材料類學生在學習《工程材料》課程時，往往感覺該課程與自己所學專業無關，致使學生無法對該門課程的學習產生濃厚興趣。針對此問題，教師在課堂上講授這門課程時，如何讓學生認識到學習該課程的重要性及學好該課程對自身職業發展的重要性至關重要。生產實踐知識是連接課堂理論學習與生產實踐的紐帶。大學是學生由學生時代向工作時代跨越的過渡期，在這期間，學生均會對自己的專業領域有著濃厚的興趣和好奇，想了解進入企業工作之后利用所學知識能做什么，如何貢獻社會和國家的發展。生產實踐知識能很好地解答上述問題，其可以讓學生了解到自己所學知識與實際生產之間的關聯性。基于學生對自己所學專業領域的興趣和好奇，實踐知識還可以調動學生學習的主動性和積極性，促進學生主觀學習態度的培養。此外，生產實踐知識中的一些實質性難題，在我國的國情下可以激發學生的愛國情操，發憤圖強，為國家的偉大復興貢獻力量。例如，芯片材料是制約我國半導體行業發展的一個瓶頸問題，教師在授課過程中合理利用相關生產實踐知識，可以集中學生課堂學習的注意力，達到很好的教學效果。同時，學生在學習基礎理論時，教學內容中融入生產實踐知識，可以加強學生對教材中枯燥的基礎理論知識的理解，達到事半功倍的效果。綜上，生產實踐知識可以改善教學效果，與課堂教學息息相關。

3.基于生產實踐知識的課程教學方法改革

(1)基于生產實踐知識的理論教學

教學方法是衡量教學質量高低的關鍵性指標，選用合適的教學方法是提高教學質量和效率的重要前提[6]。如前所述，提高非材料類學生學習《工程材料》課程的興趣是一個難題。生產實踐知識能有效地調動學生學習的積極性，將其融入理論教學，可以形成理論+實際耦合式教學手段。該教學方式既能提高學生學習的積極性，又能提升教學內容的實踐性，是一種行之有效的創新性教學方式。例如，針對能源與動力工程專業的學生，鍋爐等構件是服務于該專業的工業裝置。因此，教師對該專業學生進行《工程材料》課程教學時，應將鍋爐的制造材料、服役條件等知識融入課堂，通過鍋爐材料的組織、性能等生產實踐知識講授《工程材料》課程中的金屬材料組織、性能部分，這樣能使學生更容易掌握該部分知識。通過此方式教學，能讓學生體會到學習該門課程對自身發展的重要性，增強其主動學習的興趣。因此，采用生產實踐知識與理論知識耦合式教學能很好地提升教學效果。

(2)基于表征技術的現代方式教學

隨著科技的發展，材料表征技術得到了快速發展。例如，利用高溫激光共聚焦顯微鏡可以原位觀察金屬材料的結晶過程、固態相變等過程。這些表征技術的發展讓我們對材料的組織和性能有了更深的認識。教師在講授《工程材料》課程時，可以利用現代表征技術獲得的結果視頻進行直觀教學，如講授金屬結晶和固態相變過程時，利用多媒體技術播放金屬結晶和固態相變的表征結果視頻，學生通過教學視頻能直觀地了解教材中講授的基本理論知識。此教學方式既提高了學生的學習興趣，也提高了學生對難點知識的理解。因此，在現在教學方式中引入先進的表征結果能很好地提升教學效果。

(3)課堂教學與學生自學耦合式教學

非材料類學生通過自學可以彌補《工程材料》課程學時的不足。因此，實現學生自學與課堂教學耦合式教學是解決《工程材料》課程學時不足的重要手段。如何調動學生自學的積極性及安排自學內容是該混合式教學的主要難點。非材料類學生對《工程材料》課程無法產生學習興趣是由于學生對《工程材料》課程認識不深，不了解該課程對自己以后的職業生涯有何影響，生產實踐知識是銜接《工程材料》課程與學生學習興趣的有效橋梁，可以讓學生了解到學習《工程材料》課程的重要性，是調動學生積極性的重要手段，所以利用與所授專業相關的生產實踐知識引導學生并布置相關自學內容能有效調動學生自主學習的積極性。例如，針對能源與動力工程專業的學生，課堂上教師利用鍋爐泄露及相關爆炸事故做引導，闡明鍋爐安全運行的必要性及重要性，同時闡述鍋爐安全運行的條件。通過以上介紹，讓學生了解到掌握鍋爐材料力學性能的重要性。對此，可布置學生自學材料力學性能特點這一章節。在布置自學任務的同時，還需要給學生設立必須掌握的自學任務，如材料的抗拉強度、屈服強度、塑韌性等性能指標及相應性能的表征方法等。學生帶著老師布置的任務，在求知欲的促使下，會盡自己最大努力去完成自學任務。

4.基于生產實踐知識的課程考核方式改革

考核方式在某種程度上決定了學生對該課程的重視程度。針對傳統考核方式的不足，本文提出將生產實踐知識引入考核內容，形成靶向式考核模式。新模式下的考核方式將生產實踐知識主動引入平時考核和期末考試兩個部分，以生產實踐知識為引導，調動學生完成考核內容的積極性，突破了傳統考核方式中學生死記硬背和不求甚解的不足。新模式下的平時考核占比50%，除了考勤外，主要設置以生產實踐知識為引導的課程大作業，讓學生通過查找課本及文獻資料完成考核。例如，針對我校能源與動力工程專業的學生，在設置考核內容時，可以根據該專業的應用背景設置考核題目，鍋爐是該專業學生就業之后從事工作的載體，可以根據鍋爐的使用要求，長期、安全、穩定地運行條件等設置材料選擇題目，通過該類題目的設置，可以讓學生掌握鍋爐安全可靠性與材料選用之間的關系，針對所選材料，學生會認真調研環境因素壓力、溫度、工作介質對所選材料服役性能的影響。此外，還可設置經濟、材料成型工藝等因素，要讓學生了解到鍋爐制造的經濟合理性及制造工藝性。在考試考核中，同樣以生產實踐知識為引導，結合教材知識設置不同的考試題目，考試考核可以設為開卷考試，主要考察學生運用所學知識解決問題的能力。例如，以實例作為考核題目，讓學生根據實例利用課堂所學的工程材料知識判斷實例中材料選用的合理性，若不合理，讓學生根據自己的所學知識進行選材，并給出分析和解決問題的理論依據。期末考核方式在課程開始第一節課正式告知學生，讓學生了解到，如果不好好學習該課程，會導致期末考試無法完成考核，進而調動學生學習的積極性。通過以上課程考核改革，可以讓學生感受到學習《工程材料》課程的必要性和重要性，使學生能很好地調動學習《工程材料》課程的積極性，增強主動學習該課程的能動性，改善該課程的教學效果。

5.結束語

為培養適應經濟發展的應用型和創新型人才，本文基于生產實踐知識對《工程材料》課程的教學和考核方法進行了創新性改革。在教學過程中融入生產實踐知識能有效地提高學生學習該門課程的積極性，使學生意識到學好該門課程的必要性和重要性，進而增強其自主學習的主觀能動性。本次教學改革，以學生為中心，從學生角度出發，利用生產實踐知識對教學方案進行了規劃和設計，實現了以現代教育為目標的新型“工程材料”課程教學體系建設，為適應我國經濟發展的應用型和創新型人才的培養提出了新思路。