機械類專業“工程材料”課程教學改革

摘"要：“工程材料”作為面向機械工程專業的一門專業基礎必修課，具有較強的理論性和應用性，可為后續一些基礎專業課的學習起到支撐作用，也能為學生未來從事機械設計、制造以及研究和開發新材料及其零部件提供必要的專業知識和基本技能。然而，該門課程涉及的內容比較廣泛，不同專業和行業背景下使用的工程材料及面臨的實際問題差別很大。開展該門課程的教學改革，對提高學生的學習興趣、提高人才培養質量至關重要。

關鍵詞：“工程材料”教學；專業特色；教學相長

中圖分類號：G712文獻標識碼：A

Teaching"Reform"of"\"Engineering"Materials\"Course"of"the

Mechanical"Engineering"Majors

—Taking"Vehicle"Engineering"Major"as"an"Example

Long"Ying

School"of"Electromechanical"Engineering，Guangdong"University"of"Technology"GuangdongGuangzhou"510006

Abstract：As"a"basic"compulsory"course"for"mechanical"engineering"majors，the"course"of"＜"Materials"Engineering＞nbsp;has"strong"theory"and"application，which"can"provide"necessary"professional"knowledge"and"basic"skills"for"the"study"of"subsequent"courses"and"students'"future"mechanical"design，manufacturing，research"and"development"of"new"materials"and"their"parts.It"has"strong"practicability"and"also"plays"a"supporting"role"in"the"subsequent"study"of"some"basic"professional"courses.However，the"course"covers"a"wide"range"of"topics，and"the"engineering"materials"used"and"practical"problems"faced"in"different"professional"and"industrial"contexts"vary"greatly.It"is"very"important"to"carry"out"the"teaching"reform"of"this"course"to"improve"students'"learning"interest"and"the"quality"of"talent"training.

Keywords：\"Engineering"materials\""teaching；professional"characteristics；teaching"and"learning

1"機械類專業工程材料課程概述

“工程材料”是機械類專業的基礎課，講授機械工程材料的基礎理論和熱處理技術，介紹機械零件的常見失效形式以及鋼鐵材料成分、晶體結構、微觀組織、力學性能、牌號和熱處理工藝方法的課程。該課程涵蓋了材料的成分、組織結構、工藝和性能之間的關系及其影響規律，還有零件在不同工作條件下對性能的需求，為零部件的合理選材和工藝路線的制定，提供材料的基本概念和基本知識［13］。廣東工業大學機電學院各個專業該課程的授課時間為第3個學期，之后開設“機械制造基礎”“材料力學”和“生產實習”等相關課程。課程的主要目的，是使學生獲得有關機器零部件常用金屬材料和非金屬材料的基本理論知識，并初步具備根據零件工作條件和失效方式，合理選擇和使用材料，正確制定零件的冷、熱加工工藝路線的能力。同時，為后續課程的學習及未來從事機械設計、制造以及研究和開發新材料及其零部件提供必要的專業知識和基本技能。

2"“工程材料”教學現狀

“工程材料”課程為1.5學時，24課時。課時不長，內容體系復雜，涉及較多材料科學與工程專業理論和概念，知識點繁雜，學生往往難以理清主線，教師難以激發學生積極性。在教學中普遍存在以下問題：

（1）目前，沒有專門針對機械學科專門出版的《工程材料》或《材料科學基礎》方面的教材和參考書，現階段主要使用材料專業的《工程材料》作為授課教材［4］。教學中，往往以工程材料科學和技術為大背景，從工程材料對國家經濟建設、社會發展的重要性出發，理解通用的機械零件選材、熱處理工藝設計對力學性能和使用性能的影響，大而泛缺乏針對性。然而，機械工程材料不能脫離制造業單獨存在，只有了解了工程材料的機械性能、物理性能、化學性能以及工藝和經濟等各種性能，才能根據零部件及其使用要求，合理選材和加工，生產出合格的產品［5］。

（2）不同專業和行業背景下使用的工程材料及面臨的實際問題差別很大［6］。車輛工程專業的學生更熟悉并且未來更有機會接觸汽車相關零部件，與機械制造專業中涉及常用零部件和裝備，如機床等所用工程材料的發展、使用工況及零部件的失效形式大相徑庭。這可能導致學生在學習該門課程的過程中，由于課程內容所涉及的實例與專業跨度很大而興趣不是很高。與此同時，該課程與工程實踐聯系緊密，學生對實際生產和工程問題的思考和解決處理能力較弱，片面地學習書本上的理論知識，一遇到實際問題就不知所措，喪失了分析問題和處理問題的能力。

（3）傳統的教學模式下以教師講授為主，學生的參與度很低。大部分教學內容比較抽象，不好理解，加大了學生學習的困難。雖然通過多媒體技術可以將抽象的知識點以更生動形象的方式展現出來，但仍然無法提高學生的參與度［78］。學生的學習熱情是學習活動最好的動力，它直接影響并制約著學習的方式，且對學習效果必然會產生很大的影響。

（4）在整個工程機械裝備設計和制造知識體系當中，工程材料都是不可替代的，后續的很多教學環節都會涉及工程材料教學相關內容，可以說是貫穿始終［9］。然而，目前的教學沒有做到將工程材料與后續課程，尤其是與之直接相關“金工實習”和“機械制造基礎”教學有效結合，不利于學生建立綜合知識體系。

（5）伴隨著經濟的發展，制造業領域對于新材料的需求持續擴大，近年來新材料行業發展迅速。汽車材料的應用也在不斷發展。目前汽車材料的發展趨勢主要朝著輕量化、環保、智能化、多功能化發展。“工程材料”課程的內容，多年來以傳統的金屬材料，尤其是鋼鐵材料為主，以鋁合金為代表的車用新型材料方面很少涉及。理解材料的發展史，了解和熟悉工程材料的更新迭代及其對產業帶來的影響，對開闊學生視野、提高學習積極性發揮了關鍵作用。

針對上述問題，本論文提出以車輛專業為例，進行有專業特色的“工程材料”課程改革和探索。

3"“工程材料”教學改革具體內容

3.1"有專業特色的教學內容改革

在教學中增加一些汽車零部件的實際處理案例，比如鋼的熱處理，可以以變速箱的軸和齒輪的熱處理為例，將熱處理工藝對軸和齒輪材料的成分、微觀結構和力學性能以及服役性能等通過三維動畫和相關視頻資料，讓學生親眼看見，身處問題之中，通過加強實踐教學環節讓學生將書本知識與實際問題建立其相關聯系。這對課程教師提出了更高的要求，不但要能將“工程材料”課程的知識點講述清楚，還要能結合車輛專業、針對汽車零部件的工程材料的失效及其成分結構和性能之間的關系，舉一反三。

教師作為教學環節中“教”的主體，其本身知識架構和素養的提高，對課程教學質量起著非常關鍵的作用，也是教學改革擬解決的核心問題。針對學生的專業進行課程教學改革，也能激勵教師更多地了解學生的知識背景、學生的興趣點以及學生所在專業和行業可能遇到的具體問題，以及更好地掌握課程與課程之間聯系，以便幫助學生架起課程之間的橋梁，從而強化“教學相長”。

3.2"寓教于樂的參與式教學內容改革

學生是“學”的主體。教學中要盡可能多地以學生為本，通過設計合理的教學環節，側重提高學生“學”的主動性和積極性。

首先，可以在課堂中引入學生報告環節。根據教學班學生人數，3～5人一組，就本組成員相對熟悉的汽車相關零部件，分析其在使用過程中對材料性能的要求、性能與材料的熱處理工藝和相、組織和結構等之間的相互關系，零部件的性能提升與材料更迭之間的關系，及其在汽車產業中的核心競爭力，現場做報告。報告的主要素材是PPT，可結合視頻和動畫進行講解。其次，上課前一天把報告發給任課教師，教師針對報告的邏輯性和內容的呈現方式等提出修改意見，返回給學生修改。每次報告設在課堂開始前5分鐘。

通過該過程，一方面可以推動學生自己去了解汽車零部件的發展動態和材料的發展，尤其是新材料的發展對汽車行業的影響，提高學生對“工程材料”課程相關知識點的理性認識。另一方面，加強團隊分工合作能力和針對一個具體的主題進行信息輸入和輸出的能力。讓學生自己參與到課堂，更好地提高他們的學習興趣和責任感，在重視教的同時，重視“學”這一主動過程，進一步促進教學相長。還能在基礎理論和傳統材料的基礎上，對新材料的性能及其應用前景等進行有效補充。每一次報告結束后，設2分鐘提問環節，請聽的同學提出自己感興趣的問題。這不但可以促使同學們認真聽報告，還能激勵他們針對報告中自己感興趣的內容進行深入的思考和提問。在問和答的環節中，互相學習。

此外，將課程報告，包括聽報告問問題的環節納入平時成績考核的一部分，采用分組計分制，進一步完善和豐富考核機制。另一方面，階段性的引入汽車企業專家講授工程實踐問題，條件允許的話，組織學生去就近的汽車企業參觀生產線。提前跟企業專家溝通課程的內容和側重點，請專家緊密結合工程材料的基本理論，針對汽車制造過程中可能遇到的相關問題進行分析。加強知識的實際運用能力，將工程現象、實際問題與課程知識內容結合，使課堂知識立體化。提高學生興趣的同時，提升學生實際工程解決問題的能力，深化教學內容。

3.3"知識點與后續課程內容融會貫通

車輛專業“工程材料”課程是最近兩年才增加的新課程，主要是為后續的“金工實習”和“機械制造基礎”課程做材料相關基礎知識的鋪墊。在“工程材料”課程的講授中，非常有必要結合“金工實習”和“機械制造基礎”中涉及的材料成型和加工方法等，建立工程材料的加工性能與材料的基本性能，以及其基本性能的來源即成分和結構之間的關系。例如，鑄造，主要是利用金屬材料加熱熔化的特性，而熔點與其金屬鍵結合直接相關，也決定了材料本身的流動性和充型能力，最終決定所獲得的鑄件的質量和性能。鍛造，主要是利用金屬的延展性，而延展性與金屬內部的缺陷——位錯直接相關。在講授鋼鐵材料的熱處理相關內容時，結合零部件的成型和機械加工工藝過程中具體的熱處理工藝及其目的，分析材料本身的特性是如何影響其成型加工和使用性能的，而熱處理又是如何通過影響材料的微觀組織結構從而改善材料的物理性能和使用性能的。

加強同一專業不同課程授課，尤其是“工程材料”與“金工實習”和“機械制造基礎”這三門課程的任課教師之間的交流和合作，將知識點逐一串起來，進行有專業特色的教學內容和教學方法改革，不但能增強趣味性，對后續其他課程的講授也非常有利。比如，對學生而言，更好地理解了課程之間的關聯，更有利于將知識“化零為整”，觸類旁通，從而有效掌握系統的專業知識，提高專業素養。

3.4"“傳統材料”與“新材料”的有機融合

金屬材料在制造業中一直占主要地位，傳統的金屬材料的結構和性能特點，是“工程材料”課程的重點和基礎。但同時，不斷有新材料進入制造業，每一種新材料的出現，都可能推動相關制造業的進步，但同時也會帶來材料成型和加工等的問題。在課程中，適當關注新材料及其替代傳統材料以實現零部件等功能和性能的升級，從事相關科研工作的教師可以就自己擅長的某一新材料體系進行簡短而淺顯易懂的科普，激發學生對工程材料，尤其是新材料的興趣，有效拓展學生知識面和信息面。

結語

針對機械類專業“工程材料”課程教學過程中存在的具體問題，以車輛專業為例，提出多種革新方法，通過在課堂中以視頻、汽車企業技術員分析工程實踐問題和學生以課堂報告形式自己尋找和分析實踐問題等形式，建立具有專業特色的“工程材料”課程的教學體系；并在講授過程中，充分結合“工程材料”課程與后續過程，尤其是與“金工實習”和“機械制造基礎”課程之間的關聯，幫助學生構筑工程材料加工工藝—成分和結構—物理化學性能—使用性能之間的相互關系。一方面，從“教”的角度，提倡教師花更多時間精力，不斷更新專業知識，加強與相關課程授課教師之間的溝通交流，以及保持對教學的熱愛，進行有專業特色的教學內容改革；另一方面，重視“學”這一主動過程，讓學生更好地參與到課程教學環節中來，將理論知識與實際問題相結合，提高學生對專業的認識和熱愛，對未來所從事行業的了解，并將相關課程融會貫通，從而培養更適應行業發展的專業人才。

本論文提出的專業特色的教學方法，雖然僅以車輛專業為例，但其經驗可推廣至其他專業，也可為其他課程的教學改革提供參考。

參考文獻：

［1］滿田囡，沙桂英，王赫男，等.“新工科”背景下工程材料課程教改探索［J］.中國冶金教育，2022（1）：4749.

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［9］李積武，張輝，熊小青.機械類專業“工程材料”實驗課程的教學改革與實踐——以嘉興學院為例［J］.嘉興學院學報，2021，33（03）：117120.

作者簡介：龍瑩（1984—"），女，漢族，湖南湘潭人，博士，副教授，研究方向：無機非金屬材料。