《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》課程的案例教學(xué)方法探討

曹宇

摘 要：《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》是高等院校機(jī)械類專業(yè)必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，但知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)聯(lián)度很散，學(xué)生學(xué)通較難，學(xué)以致用更難。該文探討了機(jī)械類本科生《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》課程的創(chuàng)新案例教學(xué)方法，包括：（1）結(jié)合當(dāng)前讀圖時(shí)代特征和“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，提出了“翻轉(zhuǎn)課堂”的圖表互換教學(xué)方法；（2）設(shè)計(jì)了基于知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)的綜合實(shí)驗(yàn)和基于網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)的虛擬仿真環(huán)境案例教學(xué)方式；（3）基于微信公眾號(hào)的學(xué)生課后碎片化學(xué)習(xí)探索模式。課堂教學(xué)效果表明，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和課外探索興趣大大提高，教學(xué)質(zhì)量得到有效提升。

關(guān)鍵詞：工程材料及成型技術(shù) 翻轉(zhuǎn)課堂 圖表互換 知識(shí)點(diǎn)串聯(lián) 碎片化學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）11（a）-0170-02

《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》是高等院校機(jī)械類專業(yè)必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容以機(jī)械零件的材料、性能及成形方法為主線，分工程材料和成型技術(shù)兩部分，工程材料部分主要講述工程材料基礎(chǔ)知識(shí)（材料的晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶相圖、顯微組織等）和應(yīng)用知識(shí)（熱處理、各類金屬材料、非金屬材料以及零件的選材等）；成型技術(shù)部分主要講述鑄造、鍛造、焊接等熱加工技術(shù)。課程特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)多而散，不便于記憶，學(xué)生掌握相互聯(lián)系難度較大，難以學(xué)以致用。

諸多教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[1-3]表明，案例教學(xué)法是行之有效并被廣泛采用的教學(xué)方法。筆者近5年來在溫州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械類專業(yè)10個(gè)班級(jí)本科生的《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)實(shí)踐中，嘗試了多種案例教學(xué)方法，以下總結(jié)介紹一些學(xué)生接受度高、反饋效果良好的經(jīng)驗(yàn)。

1 “翻轉(zhuǎn)課堂”的圖表互換案例教學(xué)

1781年德國(guó)哲學(xué)家康德提出認(rèn)知圖式（schema）的概念，認(rèn)為概念并非孤立地存儲(chǔ)在記憶中，而是相互聯(lián)系，構(gòu)成了反映現(xiàn)實(shí)中相互聯(lián)系的事物的認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖式，而一旦形成圖式，以后的反映就會(huì)受到這種圖式的影響。隨著現(xiàn)代移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，人類社會(huì)進(jìn)入了“讀圖時(shí)代”。人們每天獲得的大量信息都源于“讀圖”（即通過看圖畫獲取信息），而非傳統(tǒng)閱讀文字獲取信息的“讀文”方式。

結(jié)合近幾年來日益流行的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，筆者嘗試設(shè)計(jì)了幾個(gè)典型的“圖表互換”教學(xué)試驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的全局觀、歸納能力、創(chuàng)新意識(shí)與想象力，反響較好。課前，學(xué)生先通過讀教材、查閱資料、與老師、同學(xué)在線交流等方式進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)；課堂上，教師則把學(xué)生分成小組完成指定的圖表轉(zhuǎn)變案例，學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，老師處于被支配地位，進(jìn)行引導(dǎo)與解惑答疑。

例如：將鐵碳合金平衡相圖的七點(diǎn)六線歸納成“溫度-成分-組織”的三元表格，即進(jìn)行“相圖→表格”轉(zhuǎn)換；將熱處理工藝的“四把火”（退火、正火、淬火及回火）、鋼鐵的分類等內(nèi)容，先歸納出知識(shí)總結(jié)表格，然后畫出“材料成分-工藝條件-相變反應(yīng)-產(chǎn)物組織-力學(xué)性能”的邏輯樹圖或在鐵碳合金平衡相圖對(duì)應(yīng)位置上完成標(biāo)注，即完成“表格 邏輯圖”轉(zhuǎn)換。值得指出的是，圖表互換案例的設(shè)計(jì)要考慮靈活性和開放性，圖式表達(dá)至少有以下基本特征[4]：圖式具有變量；圖式可以嵌套，一個(gè)圖式可以包含在另一個(gè)圖式之中；圖式表征的是抽象水平上的知識(shí)；圖式所表征的不是定義而是知識(shí)；圖式活動(dòng)是一種主動(dòng)過程；圖式是一種認(rèn)知單元，有了這種單元就能夠評(píng)價(jià)所加工材料的匹配程度。

2 基于知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例

雖然《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容繁雜，但仍然存在著一根邏輯上的“成分+工藝→組織→性能”主線，靈活的設(shè)計(jì)基于知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)的動(dòng)手實(shí)踐教學(xué)案例，有助于知識(shí)的強(qiáng)化和遷移，加深了學(xué)生對(duì)課程知識(shí)全貌的理解和記憶。

為此，開設(shè)了典型牌號(hào)的“碳鋼的力學(xué)性能與其成分、熱處理工藝之間關(guān)系”“冷變形與再結(jié)晶退火溫度對(duì)顯微組織與力學(xué)性能影響”的綜合性實(shí)驗(yàn)，鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合分析能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，為后繼學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)、模具制造工藝等課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)專業(yè)核心能力。

此外，世界鋼鐵協(xié)會(huì)下的鋼鐵大學(xué)網(wǎng)站（www.steeluniversi

ty.org）提供了鋼鐵應(yīng)用、鋼鐵設(shè)計(jì)及冶煉等仿真模塊，由此引導(dǎo)學(xué)生利用該虛擬仿真環(huán)境自由選擇材料成分或設(shè)置工藝參數(shù)，運(yùn)用教材理論知識(shí)去主動(dòng)探尋、分析和解決仿真中可能出現(xiàn)的失常和事故，實(shí)現(xiàn)學(xué)生工程應(yīng)用能力的全面發(fā)展，是一種較好地學(xué)生課后實(shí)踐案例自學(xué)模式，解決了該課程安排動(dòng)手實(shí)踐課時(shí)不足的難題。

3 合理利用好學(xué)生課后的碎片化學(xué)習(xí)時(shí)間

近年來，隨著生活節(jié)奏加快和科學(xué)技術(shù)發(fā)展，人們的學(xué)習(xí)時(shí)間、空間都已從連續(xù)、固定、封閉走向靈活、開放、多元，學(xué)習(xí)呈現(xiàn)出碎片化[5]，傳統(tǒng)大模塊大粒度學(xué)習(xí)內(nèi)容無法更好滿足學(xué)習(xí)者利用碎片化時(shí)間所進(jìn)行微型學(xué)習(xí)活動(dòng)。當(dāng)前，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，大學(xué)生幾乎人手一臺(tái)智能手機(jī)，越來越多的把課余時(shí)間花在微信、QQ等社交工具或網(wǎng)絡(luò)游戲上，由此帶來了一個(gè)挑戰(zhàn)：如何引導(dǎo)學(xué)生利用好碎片化學(xué)習(xí)規(guī)律？

解決方法的首要關(guān)鍵在于提供碎片化學(xué)習(xí)資源。基于碎片化學(xué)習(xí)發(fā)生的情景，碎片化學(xué)習(xí)所需的資源必須是碎片化、易獲得、易傳播共享、受青睞的資源。幸運(yùn)的是，這樣的資源已有不少提供者，如：公開課、TED、MOOC、微視頻等。例如：筆者推薦學(xué)生關(guān)注了幾個(gè)工程材料及成型技術(shù)有關(guān)的微信訂閱號(hào)、公眾號(hào)（如“熱處理生態(tài)圈”“鑄造生態(tài)圈”“鍛壓世界”“現(xiàn)代焊接”“材料科學(xué)與工程”等），這些資源由行業(yè)協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)、期刊或大公司提供并定期更新，基本每天都有來自企業(yè)一線的生產(chǎn)案例資源被精心編輯成5～10分鐘可以看完的技術(shù)文章或微視頻，很多學(xué)生均反饋非常愛看這些，與正在學(xué)的課程中真實(shí)案例緊密相關(guān)，大大提升了學(xué)生學(xué)以致用的興趣和案例分析能力。

參考文獻(xiàn)

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[5] 王覓.面向碎片化學(xué)習(xí)時(shí)代微視頻課程的內(nèi)容設(shè)計(jì)[D].華東師范大學(xué)，2013：31-51.