《工程材料及機械制造基礎》課程改革的探索

高麗+宋秋紅+袁軍亭+李永國

摘要：本文通過對《工程材料及機械制造基礎》課程性質(zhì)和特點的分析，提出了課程改革的思路和做法。重視教學內(nèi)容的優(yōu)化，改變傳統(tǒng)的教學方法，靈活多樣地利用多種教學手段，新增設計性實驗和進行考核方式的改革。通過上述的改革和創(chuàng)新，提高了教學質(zhì)量，激發(fā)了學生的學習興趣，增強了學生的學習主動性，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：工程材料；教學改革；機械制造

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0074-02

一、引言

《工程材料及機械制造基礎》是上海海洋大學工程學院為機械類專業(yè)開設的專業(yè)技術基礎課，該門課是從基礎課學習轉向專業(yè)課學習的橋梁。它的任務是使學生了解和掌握各種金屬材料的內(nèi)部組織與性能之間的關系，金屬材料的強化方法（尤其是熱處理強化）以及各類金屬材料的選用原則及注意事項。研究常用機械零件的制造方法及選擇材料、制造毛坯直到加工出零件的綜合性課程。該課程的特點是內(nèi)容繁雜、原理規(guī)律多、術語概念多。學生普遍感到枯燥無味、難以掌握。同時，有限的學時和繁多的課程內(nèi)容形成強烈反差，給教學帶來困難。學生普遍反映課堂信息量大，課后難以及時消化，尤其對一些較復雜，有一定難度的問題更是難以理解和掌握，影響了學習興趣[1-5]。通過對《工程材料及機械制造基礎》課程性質(zhì)和特點的分析，并結合本人多年的教學實踐，從教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、實驗教學和考核方式等方面進行改革和創(chuàng)新，學生的學習興趣和主動性有了較大提高，能更好地掌握、理解該課程，課程改革取得了初步效果。

二、課程建設的改革

1.優(yōu)化教學內(nèi)容。我校所開設的《工程材料及機械制造基礎》課程總共64學時，其中課堂授課56學時，內(nèi)容知識面廣。由于教學課時有限，必須在教學內(nèi)容上進行整合優(yōu)化，突出一個主線教學。整個教學內(nèi)容以金屬材料的成分、工藝、組織結構、性能、選材及應用為主線，層層展開，由淺入深，循序漸進。既保證了學科知識的系統(tǒng)性和完整性，也突出了知識的實踐性。重點講解主要的原理規(guī)律和概念定義，比如工程材料的力學性能、常見純金屬的晶體結構，合金的相結構及鐵碳合金相圖、塑形變形以及回復和再結晶，熱處理原理和熱處理工藝等。此外，進一步增加了與實際生產(chǎn)相聯(lián)系的知識點的講解。例如：第九章“工程材料的選用及機械零件毛坯的選擇”中，重點講解了齒輪類（汽車、拖拉機齒輪，機床變速箱齒輪），軸類零件（車床主軸、鏜床主軸和內(nèi)燃機曲軸等）材料的選擇和熱處理工藝路線的設計，以及熱處理后所獲得的組織。對于一些抽象難以理解的知識點做到弱化處理，例如常見金屬晶格密排面和密排方向的確定。同時，給學生介紹了與高新技術或產(chǎn)業(yè)有關的新材料、新工藝及新技術等先進知識。例如汽車、飛機中常用的超高強度鋼，航空、航天領域常用的鈦合金及鎂合金，同時引入一些功能材料，如超導材料、減震材料、傳感器用敏感材料、新型磁驅動形狀記憶合金材料等。

2.教學方法的改革。傳統(tǒng)的教學方法是以教師、書本、課堂為中心的應試教學，學生在學習過程中主動性不高、學習效果差。因此，在教學中應改變傳統(tǒng)的教學方法，采用啟發(fā)式、導入式、討論式、案例式等多種形式的教學方法去引導學生思考分析各類問題，使學生由被動地單向接受知識轉為主動地探索知識，在教學過程中可預先設置一些問題，引導學生積極思考和學習，通過列舉貼近生活的具體案例來講述教學內(nèi)容。例如，在講授金屬的塑性變形時，可以先問學生“金屬鋅、銅、鎂哪個塑性更好，為什么？”在講解金屬的加工硬化時，可以問學生“為什么室溫下反復彎折鋼絲，會越彎越硬？”學生經(jīng)過討論，產(chǎn)生疑問，帶著問題聽取老師講授基本原理更加專注，更認真。講課時，經(jīng)常采取啟發(fā)式教學，給學生思考的空間，再加以引導，加深了學生對所學知識點的理解。比如當講解金屬沖擊韌性這個知識點時，可詢問學生巨輪“泰坦尼克號”是如何沉沒的。大部分學生對電影“泰坦尼克號”都很熟悉，當大家眾說紛紜時，老師從材料學角度去科學分析并給出結論，學生們很感興趣。案例式教學特別是靈活多變地引用學生們所熟悉的實例，能把所學知識實用化，在快樂中學習，大大激發(fā)了學生們求知欲望。另外，本課程增加了兩節(jié)討論課，分別在鐵碳相圖和鋼的熱處理課程講完以后進行，給學生預先準備八個討論題目，以班為單位進行討論，每個題目討論完畢及整個討論課結束時，老師及時總結，學生普遍反映良好。

3.充分利用教學手段，提高教學效果。對于《工程材料及機械制造基礎》這門課程，基本原理非常抽象，如果僅采用傳統(tǒng)的板書教學，學生難以理解。此時，豐富多樣的多媒體教學正好彌補了這個缺憾。大量圖片、動畫以及視頻等教學資源的運用，使得本來晦澀難懂的內(nèi)容，變得形象、生動，便于學生理解，提高了學生的學習興趣和積極性。例如線缺陷主要包括刃型位錯和螺型位錯，由于位錯理解起來很抽象，通過三維造型軟件建立模型，通過模型演示其位錯運動。主要包括兩種位錯的立體圖，前視圖和俯視圖，這樣學生能更好理解。又例如講解勻晶相圖時，合金結晶過程中，隨著溫度的變化，液相和固相除了數(shù)量的變化外，液相的成分沿著液相線在變，固相的成分沿著固相線在變。教課書上僅有一張圖片，學生較難理解?，F(xiàn)通過ppt動畫演示，學生反映較好。再如講解鑄造、鍛壓和焊接這三章時，介紹新型生產(chǎn)方法，僅有文字簡單介紹，較難理解。對于機制專業(yè)的學生，了解最新的熱加工的各種方法是十分必要的。通過網(wǎng)上搜索和各種培訓，收集到許多相關視頻。上課時除了老師的講解外，相關視頻的播放，更加形象和生動。采用多媒體手段進行教學，雖然比較直觀生動，但最大的缺點在于授課進度較快，學生只是表層的快速瀏覽，其實并未真正理解掌握。因此，傳統(tǒng)的板書教學在該門課中仍然起到了非常重要的作用，在某些章節(jié)還有一定比例的增加，板書起到了提綱挈領的作用。對于每堂課的重點、難點仍然采用板書形式。傳統(tǒng)的板書和多媒體教學是個相輔相成的關系，現(xiàn)代與傳統(tǒng)教學手段有機結合，互相補充，才能有效提高學生的學習興趣和學習效率，提高課堂教學質(zhì)量。

4.新增設計性實驗。以往《工程材料及機械制造基礎》課程所開設的實驗項目大多是驗證性的，例如鐵碳合金平衡組織觀察、鑄鐵組織觀察等。課堂上學生只是簡單的觀察和驗證，不能發(fā)揮學生的主觀能動性，學習積極性差，不利于科學思維的培養(yǎng)。為了克服這些缺點，本次課程改革在課程實驗教學中，增加設計性實驗的比例。學生根據(jù)題目可以自主設計實驗。本課程新增設計性實驗為：不同鋼種熱處理工藝路線設計和顯微組織觀察。可選題目為“彈簧鋼熱處理工藝路線設計和顯微組織觀察”、“碳素工具鋼熱處理工藝路線設計和顯微組織觀察”、“高碳鋼熱處理工藝路線設計和顯微組織觀察”。主要內(nèi)容包括：通過分析每個鋼種的工況條件和失效方式，根據(jù)所學理論知識并查閱相關資料，設計合理正確的熱處理工藝路線，并將熱處理后的試樣，進行金相試樣的制備并進行光學顯微組織的觀察。在這個設計性實驗中，學生成了主體，教師只是指導者，重點考查設計方案的可行性，并啟發(fā)學生完善實驗方案。當實驗方案可行后，學生開始熟悉與實驗相關的實驗設備，包括熱處理箱式爐、金相試樣磨拋機、金相顯微鏡；同時準備好實驗材料。學生根據(jù)制定好的熱處理工藝路線獨立完成實驗操作，分析實驗數(shù)據(jù)，并撰寫實驗報告。設計性實驗的增加，學生可以自主設計實驗方案并獨立完成實驗操作，充分發(fā)揮了學生的主觀能動性。

5.考核方式的改革。以往該門課程的考核內(nèi)容、形式單一，主要包括平時成績和期末考試兩大部分。而考試題目則主要由名詞解釋、填空、選擇、簡答等組成。由于該門課計算題較少，主要是原理闡述和性能的分析。這種考核模式，常常會導致部分學生不注重平時學習，僅靠考前突擊、死記硬背，有時僥幸還能取得不錯的成績，但其實并未真正理解和掌握，未能達到該門課對學生的要求。因此，這種考核方式存在一定的局限性，急需對考核方式進行大膽的改革和創(chuàng)新。目前我們將“結果性”考核變?yōu)椤斑^程性”或“階段性”考核，結合教學實際，增加課內(nèi)實驗、課堂討論的成績比重，同時將平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、實驗成績、階段測試與期末考試等結合起來綜合考察，評定最終成績。目前，該門課程期末考試成績占60%，階段測試占10%，實驗成績占10%，平時作業(yè)占10%、課堂討論占10%。這種綜合考核方式，更加注重學生平時知識的積累，所學知識的靈活運用，實驗操作能力的提高，更能客觀地評價學生綜合知識的掌握程度，更有效地達到提高教學效果和教學質(zhì)量的目的。

三、結束語

本文對《工程材料及機械制造基礎》進行了課程改革的初步探索，主要包括教學內(nèi)容、教學方法、教學手段、實踐教學和考核方式的改革和創(chuàng)新。通過幾年的教學實踐，激發(fā)了學生的學習興趣，活躍了課堂氣氛，改善了以往課堂死氣沉沉的局面，提高了學生的學習主動性。不僅使學生更好地掌握基本理論知識，還提高了學生運用所學知識分析問題和解決問題的能力，取得了良好的教學效果。

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