工程案例下的工程材料教學(xué)改革

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【摘要】圍繞學(xué)校的發(fā)展規(guī)劃和專業(yè)建設(shè)目標(biāo)，結(jié)合工程材料課程的特點(diǎn)和教學(xué)中存在的問題，構(gòu)建基于工程案例的教學(xué)模式、改革教學(xué)方法，目的在于通過基于工程案例的工程材料教學(xué)模式的改革提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

【關(guān)鍵詞】工程材料；工程案例；教學(xué)改革

工程材料是機(jī)械類專業(yè)的一門必修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是一門在實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)展起來的以工程實(shí)際應(yīng)用背景為基礎(chǔ)的課程[1]，是一門連接科學(xué)和技術(shù)、理論和實(shí)踐的橋梁課程，是一門介于專業(yè)理論和工程實(shí)際應(yīng)用之間的課程[2]。

1工程材料教學(xué)中存在的問題

工程材料實(shí)際上是材料科學(xué)與工程專業(yè)多門課程（如金屬學(xué)、熱處理原理、熱處理工藝、材料等）的一個(gè)壓縮刪減版課程[3]。因而使該課程的基本概念眾多且貌似分散，前后章節(jié)如果脫離工程實(shí)際應(yīng)用的話則關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。這就需要學(xué)生對實(shí)際的機(jī)械工程、材料學(xué)及相關(guān)工程應(yīng)用等比較了解的情況下才能對這門課程的知識完全融會貫通。但目前面臨的實(shí)際情況是，對與機(jī)械類專業(yè)來講，首先是學(xué)時(shí)有限，不能把該課程所包含的知識點(diǎn)系統(tǒng)化、關(guān)聯(lián)性地詳細(xì)講解;再者是機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生的本科教學(xué)中與工程材料相關(guān)課程開設(shè)實(shí)在太少，學(xué)生對工程材料的認(rèn)知缺乏，對于感官無差異的鋼鐵材料，其成分、性能和應(yīng)用的千差萬別讓學(xué)生接受不了。在對機(jī)械類專業(yè)學(xué)生講授該課程的時(shí)候，很多學(xué)生由于理論知識的工程實(shí)踐應(yīng)用能力，即工程上的理論聯(lián)系實(shí)際的能力近乎為零，導(dǎo)致他們認(rèn)為該課程離其實(shí)際生活太遠(yuǎn)，沒有數(shù)理化那么具體，可以通過理論計(jì)算產(chǎn)生量化的結(jié)果，而該課程主要講授的工程材料成分-組織-性能間關(guān)系的知識及其在選材中的應(yīng)用完全令人摸不著頭腦。強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)是當(dāng)今立足于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的工科類專業(yè)本科教學(xué)的一大特點(diǎn)，為此就必須改變傳統(tǒng)的強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)而忽視工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的教學(xué)模式，解決理論教學(xué)和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)在教學(xué)時(shí)間上的分配問題。即在學(xué)生有限的本科學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)，通過合理地改革教學(xué)模式，既能滿足學(xué)術(shù)界要求的用更多的學(xué)時(shí)傳授更多、更新的理論知識又能滿足工程界希望的用更多的學(xué)時(shí)使學(xué)生得到更多的工程訓(xùn)練、更多的工程經(jīng)驗(yàn)和能力。

2教學(xué)模式的改革

但無論人才培養(yǎng)目標(biāo)定位在何處，最終目標(biāo)都是：（1）學(xué)生必須具備一定的理論知識；（2）學(xué)生必須具備一定的工程能力。這里說的工程能力是指理論知識的工程實(shí)際應(yīng)用能力。遵循高等教育的規(guī)律,結(jié)合我校機(jī)械類專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)特色及相關(guān)課程的特點(diǎn),以工程實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo),研究確定本課程的理論知識體系構(gòu)架,改革教學(xué)模式,探索引入新的理論教學(xué)方法與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)新的關(guān)聯(lián)方式-案例式教學(xué),以適應(yīng)教學(xué)改革及人才培養(yǎng)的需要,成了本課程改革的指導(dǎo)思想及最終目標(biāo)。在總學(xué)時(shí)越來越少、新材料、新工藝等要學(xué)習(xí)的內(nèi)容越來越多的條件下,怎樣使學(xué)生學(xué)好課程,完成教學(xué)任務(wù)，是擺在我們面前的一個(gè)重要課題。要從根本上解決這個(gè)問題,必須改變以往的教學(xué)思想,調(diào)整教學(xué)體系,教學(xué)手段上大力改革[4]。案例教學(xué)是運(yùn)用與課程內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的典型的實(shí)際案例進(jìn)行課堂教學(xué)的一種形式，在高校教學(xué)中的應(yīng)用由來已久，尤其是經(jīng)濟(jì)類、管理類和法律類的教學(xué)中上應(yīng)用廣泛、效果顯著，但在工科類的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用的報(bào)道比較少。應(yīng)用型人才培養(yǎng)的核心目標(biāo)之一即是工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，這種能力的培養(yǎng)需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，它不可能僅僅依靠課本學(xué)習(xí)即可得來，它是在理論課的學(xué)習(xí)過程中有目的求引導(dǎo)學(xué)生參與到實(shí)際工程問題的分析討論和解決之中，通過了解分析實(shí)際工程案例，將理論知識融入實(shí)際應(yīng)用之中。這樣做即可逐步提升學(xué)生的工程素養(yǎng)，又可使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)的理論知識的作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，取得良好的教學(xué)效果。為了達(dá)到這個(gè)目的，我們在工程材料的教學(xué)改革中借鑒了案例教學(xué)，即教師在工程材料的理論教學(xué)中合理地嵌入學(xué)生熟悉的工程案例，從學(xué)生的真實(shí)感知入手，來幫助和引導(dǎo)學(xué)生理解思考問題，引導(dǎo)學(xué)生如何將書本上的理論知識應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)之中，從而逐步提升學(xué)生的工程應(yīng)用能力。在案例教學(xué)過程中，根據(jù)課程的進(jìn)展需要還適當(dāng)應(yīng)用課外專題討論式教學(xué)-專題論文寫作，組織和引導(dǎo)學(xué)生利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)查找資料，積極參與課外的專題討論，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的良性互動。通過這些改革來改善以往的工程材料教學(xué)中存在的抽象性和學(xué)生學(xué)習(xí)的被動性問題，將原先對學(xué)生而言抽象的工程材料選擇及熱處理工藝的制定變?yōu)榭煽匆姾陀|摸的事物，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們通過引入工程案例的方式來改革工程材料的教學(xué)體系，主要是：（1）針對學(xué)生工程概念差的特點(diǎn)，在課程教學(xué)的第一節(jié)課上就在課程的教學(xué)中引入學(xué)生熟悉的齒輪減速箱（制圖課作業(yè)），車床、銑床及鉆臺（金工實(shí)習(xí)已經(jīng)學(xué)會操作）和小轎車這些學(xué)生們熟悉的工程實(shí)際設(shè)備為案例。通過設(shè)備中不同零件的選材及加工工藝過程的分析，逐步引入該門課程的學(xué)習(xí)主線：材料的成分-熱處理工藝-組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，以此來縮小學(xué)生的理論知識和工程實(shí)際應(yīng)用之間的距離。通過車刀、機(jī)床主軸的加工過程來介紹熱處理工藝，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂討論來達(dá)到學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)掌握。（2）利用工程案例“貫穿主線”。一個(gè)工程實(shí)踐項(xiàng)目的訓(xùn)練需要一定的工程應(yīng)用實(shí)例，但是學(xué)生不會自主地將工程應(yīng)用實(shí)例與理論知識相關(guān)聯(lián)。因而，在本課程的教學(xué)過程中，以學(xué)生金工實(shí)習(xí)中使用過的設(shè)備-臺式鉆床作為工程案例的主線，以車床、減速箱、低碳鋼板、鋸條、小轎車、變速齒輪箱等學(xué)生熟知的設(shè)備或工具為輔線，用材料成分-熱處理工藝-組織和性能之間關(guān)系的理論知識體系將其貫穿起來。根據(jù)不同章節(jié)的講解需要，拆分出不同零件作為實(shí)際工程案例來描述，例如外殼、載物臺、鉆頭、主軸等這些學(xué)生已經(jīng)使用過的設(shè)備上的零部件為例，變抽象的成分、組織和性能間的關(guān)系為學(xué)生具體學(xué)生已經(jīng)熟知的零部件和工具，使學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)過程中逐步認(rèn)識到在機(jī)械設(shè)計(jì)中選材及制定熱處理工藝的作用。這可以激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)探索本課程的興趣并利用實(shí)驗(yàn)來鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，從而逐步提升學(xué)生自身的工程應(yīng)用能力。這樣，課堂教學(xué)的分合相濟(jì),變分散為集中,變模糊為清晰,有利于學(xué)生建立完整的設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇合理材料、制定該零件加工工藝路線的整體概念,以此來保證教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性。（3）采用多媒體授課,講授內(nèi)容合理劃分主干和分枝中，注重重點(diǎn)主干內(nèi)容的講解，對于非重點(diǎn)的分枝內(nèi)容采用列表式或提綱式的方法講授，達(dá)到教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼系哪康?，合理利用有限的學(xué)時(shí),促進(jìn)學(xué)生對重點(diǎn)內(nèi)容的掌握。通過實(shí)際工程案例的引入，力求做到簡單、生動、形象。例如,以學(xué)生熟知的玻璃和水晶的差別引入晶體和非晶體的概念和性能差異，以石墨、鉆石、納米炭、石墨烯間的關(guān)系和區(qū)別來講解晶體結(jié)構(gòu)研究的重要性及其材料研究新成果的在生產(chǎn)實(shí)際過程中的應(yīng)用，在講授晶體結(jié)晶基本過程時(shí),通過形象的動畫使整個(gè)結(jié)晶過程中的形核和長大過程一目了然,避免抽象的理論敘述。（4）利用工程實(shí)際案例，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際。在課堂上講授理論時(shí),有針對性地結(jié)合金工實(shí)習(xí)中相關(guān)的實(shí)際案例，將抽象的理論與學(xué)生的工程認(rèn)知結(jié)合起來，使學(xué)生容易理解和掌握這些知識，也使學(xué)生感受到學(xué)習(xí)本課程的作用。例如,在介紹鋼為何必須進(jìn)行熱處理時(shí),以T10鋼制造鉆頭為例，詳細(xì)講解鉆頭的選材依據(jù)和它完整的加工制造工藝路線,說明預(yù)先熱處理和最終熱處理工藝的選擇依據(jù),不同熱處理工藝對組織與性能方面的影響,從而使學(xué)生了解和掌握了熱處理在零件生產(chǎn)加工過程中的作用。在學(xué)完金屬材料這一章過后，安排總結(jié)性的鉆臺設(shè)計(jì)中各個(gè)零件的選材及工藝路線制定的課堂討論，是學(xué)生初步認(rèn)識到同一設(shè)備中，不同零件需要根據(jù)各自的使用條件來選擇適合自己的金屬材料，并且根據(jù)加工工序的不同，選擇不同的熱處理工藝，為其后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。總之，社會的發(fā)展變化從客觀上對高等教育提出了改革的要求，也決定了高等教育改革教學(xué)方法和調(diào)整教學(xué)結(jié)構(gòu)的與時(shí)俱進(jìn)的必然。本著培養(yǎng)現(xiàn)代應(yīng)用型人才的原則，結(jié)合當(dāng)今學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，基于工程實(shí)際案例工程材料的課程教學(xué)改革，將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)、技術(shù)原理和技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握和應(yīng)用所學(xué)知識的能力。

【參考文獻(xiàn)】

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［4］高道祥.“工程材料及成形技術(shù)”課程教學(xué)改革探討[J].中國林業(yè)教育，2009，27（S1）：60-62.

作者:胡一丹 李愛社 江帆 單位:廣州大學(xué)機(jī)電學(xué)院