姚可夫 鞏前明 張 弓 王昆林 吳運新 張華堂 朱宏偉 張 欣

清華大學材料學院 北京 100084

工程材料課程是高等院校機械工程類和近機械類本科專業(yè)一門十分重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程講授的工程材料基礎(chǔ)理論、基本知識和工程應用等內(nèi)容是機械類和近機械類工程技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識[1-3]。因此，我國各高等院校，機械工程類和近機械類專業(yè)都開設了這門課程，并且，在多數(shù)院校工程材料課程是這些專業(yè)的必修課程和專業(yè)核心課程，可見，工程材料是一門非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。各高校都非常重視工程材料課程建設，并取得了顯著成效，數(shù)十所高校的工程材料課程被評為國家精品課程、省市精品課程和校級精品課程。最近，隨著高校教學體系和課程體系建設的不斷推進，對課程教學學時均有不同程度的壓縮，而對課程教學質(zhì)量卻提出了更高的要求[1-7]。因此，怎樣在課時壓縮的條件下推進工程材料課程教學改革，提高課程教學質(zhì)量是我們面臨的新課題和新任務，也使工程材料課程建設進入了一個新的階段。我校是國內(nèi)率先開設工程材料課程的學校，在工程材料課程建設的新階段，我們針對32學時工程材料課程的要求，對課程核心內(nèi)容、課程教學、實驗教學進行了深入探討，提出了課程教學實施方案，并進行了教學實踐，取得了初步成效。

1 工程材料課程的前期建設

工程材料課程的前身是金屬材料及熱處理課程。金屬材料及熱處理課程闡明金屬材料的基本理論，金屬材料的成分、加工工藝、組織、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；介紹常用金屬材料及其應用等基本知識。1972年，在機械部的領(lǐng)導下，成立了機械類熱加工專業(yè)教材編審組。1974年，由廣東工學院、山東工學院、山西礦業(yè)學院、上海機械學院、太原工學院、太原重型機械學院、東北重型機械學院、吉林工業(yè)大學、河北工學院、洛陽農(nóng)機學院等學校聯(lián)合編寫了適合機械類冷加工各專業(yè)使用的《金屬材料及熱處理》教材，由上海人民出版社出版。1978年，機械部教育局在天津召開機械類各專業(yè)教材編寫會議，決定在原有的基礎(chǔ)上重新編寫各門課程的教材。1980年，由上海工業(yè)大學史美堂、洛陽農(nóng)機學院席聚奎、東北重型機械學院楊慧心重新編寫了《金屬材料及熱處理》教材，由上?？茖W技術(shù)出版社出版。史美堂主編的這本教材為金屬材料及熱處理課程教學提供了必要的教學資源，對推動金屬材料及熱處理課程建設起到了十分重要的作用。當時，我國許多院校使用了這本教材。

1980年10月，機械部在富拉爾基東北重型機械學院組織召開基礎(chǔ)課教學討論會，我校機械工程系鄭明新提出了機械類專業(yè)開設工程材料課程的設想。我校于1981年將金屬材料及熱處理課程教學組更名為工程材料課程教學組，并將原來的金屬材料及熱處理課程改為工程材料課程，至今已有32年。

1991年，在鎮(zhèn)江船舶學院召開高等工業(yè)學校機械工程材料和物理化學課程指導小組會議。參加會議的學校有哈爾濱工業(yè)大學、湖南大學、上海交通大學、清華大學、西安交通大學、北京工業(yè)大學、合肥工業(yè)大學、山東工業(yè)大學、南京工學院、江蘇工學院、洛陽工學院、河北工學院、陜西工學院、燕山大學、大連理工大學、華中理工大學、浙江大學、鎮(zhèn)江船舶學院等。會議討論、通過了高等工業(yè)學校機械類冷加工專業(yè)適用的機械工程材料課程教學大綱。

教學大綱規(guī)定了機械工程材料課程的性質(zhì)、任務和教學目的。教學大綱指出：機械工程材料課程是機械類(冷加工)各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程的任務是從機械工程材料的應用角度出發(fā)，闡明機械工程材料的基本理論，了解材料的成分、加工工藝、組織、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系；介紹常用機械工程材料及其應用等基本知識。本課程的教學目的是使學生通過學習，在掌握機械工程材料的基本理論及基本知識的基礎(chǔ)上，具備根據(jù)機械零件使用條件和性能要求對結(jié)構(gòu)零件進行合理選材及制訂零件工藝路線的初步能力。教學大綱規(guī)定了《緒論》《金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶》《合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶》《Fe-Fe3C相圖》《金屬的塑性變形與再結(jié)晶》《金屬材料的機械性能》《改善鋼的組織與性能的基本途徑》《鋼鐵材料》《有色金屬及其合金》《高分子材料》《陶瓷材料》《復合材料》《機械零件的失效與選材》13章的基本內(nèi)容。大綱指出：對課程體系和層次未作詳細規(guī)定，各?？山Y(jié)合自己的教學經(jīng)驗探索新的課程體系。

此后，工程材料課程在我國得到快速發(fā)展，許多學校編寫了自己的《工程材料》或《機械工程材料》教材，呈現(xiàn)出百花齊放的可喜局面。

2 工程材料課程建設與發(fā)展

1998年，我校進行大規(guī)模教學體制改革，將原來的大學本科由5年制改為4年制，與此同時，對課程體系進行了大的改革和調(diào)整。工程材料課程被評為機械學院全院“平臺課”，即全院學生必修課程。當時機械學院包括機械工程系、精密儀器系、汽車系、熱能系、工程力學系5個院系。工程材料課程春秋兩季均開課，每學期有3～5名教師講課，全院學生可任選一個課程班。全院工程材料課程均為48學時，采用統(tǒng)一教學大綱、統(tǒng)一教材、統(tǒng)一考試試卷和同一評分標準(外語課程班除外)。經(jīng)過全體教師的共同努力，課程建設取得了可喜的成績，課程被評為北京市精品課程、國家精品課程，2011年工程材料課程組與材料加工課程組組成的工程材料及加工教學團隊被評為國家級教學團隊。

隨著教學體制和課程體系改革以及課程建設的不斷推進，2010年，我校開始進行新的本科課程體系建設，于2011年年底制定了新的教學計劃。在新教學計劃中，一些院系對工程材料課程的學時數(shù)進行了調(diào)整。目前航空航天學院、材料學院、機械工程系3個院系開設48學時的工程材料課程，而汽車系、熱能系、儀器系改為開設32學時的工程材料課程。怎樣開設32學時工程材料課程、怎樣在壓縮學時的條件下保證教學質(zhì)量和教學效果成為工程材料課程教學組課程建設的主要任務之一。工程材料課程教學組從2011年便開始進行32學時工程材料課程教學準備和相關(guān)內(nèi)容建設工作，經(jīng)過2年的努力，已取得初步進展。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 課程核心內(nèi)容

工程材料課程的核心內(nèi)容應該包括：材料的基礎(chǔ)理論、材料的基本知識、材料應用與零部件選材三大部分，但各部分內(nèi)容的重點、內(nèi)容細節(jié)、講課所用學時數(shù)各高校則結(jié)合自身的特色各有側(cè)重。我校的人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)理論基礎(chǔ)厚實、知識面寬、實踐能力強的拔尖創(chuàng)新人才。工程材料課程是我校核心課程和機械學院平臺課程，也是機械類專業(yè)在本科教學中唯一的一門全面介紹材料知識的課程。掌握該課程的核心內(nèi)容，對各專業(yè)學生后續(xù)課程的學習和畢業(yè)專題研究以及研究生培養(yǎng)都起到重要的作用，在人才知識結(jié)構(gòu)、分析問題、解決問題能力以及素質(zhì)培養(yǎng)過程中具有重要的地位。在學時數(shù)減少的情況下怎樣保證教學效果和實現(xiàn)培養(yǎng)目標是一項艱巨的任務。

我校工程材料48學時教學大綱歷經(jīng)三代教師近30年的建設和完善，已在課程教學和人才培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用，培養(yǎng)了近30屆學生，受到學生的好評。經(jīng)過仔細分析大綱，提出了保持工程材料課程材料基本理論—材料基本知識—材料工程應用的課程體系。結(jié)合32學時課程的學時安排和培養(yǎng)目標，采用保證重點核心內(nèi)容，簡化一般內(nèi)容，自修介紹性內(nèi)容的教學方案。課程核心內(nèi)容如下：

在材料基礎(chǔ)理論方面，材料的結(jié)構(gòu)與性能特點、金屬與合金的結(jié)晶、金屬的塑性變形、鋼的熱處理、鋼的合金化等為核心內(nèi)容，即便學時總數(shù)減少，也需要保證上述重點內(nèi)容的講授。在材料基本知識方面，重點講授金屬材料，核心內(nèi)容包括：碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼、鑄鋼與鑄鐵、有色金屬與合金(鋁與鋁合金、銅與銅合金、鈦與鈦合金、鎂與鎂合金、鎳與鎳合金、軸承合金)，一般講授內(nèi)容為高分子材料(工程塑料、合成纖維、合成橡膠)和陶瓷材料(特種陶瓷)。在材料工程應用方面，重點講授的核心內(nèi)容包括：零件失效分析與選材原則、典型工件選材與工藝路線設計(齒輪、軸、彈簧、刃具)、工程材料應用(結(jié)合行業(yè)，如汽車、機床、儀器儀表、熱能、化工、航空航天等)。同時在材料基本知識中結(jié)合各類主要材料進行舉例介紹。而復合材料、功能材料及新材料的內(nèi)容只進行簡單介紹，主要內(nèi)容由學生自修。

工程材料課程的最終目標是讓學生在學習該課程后，能在機械或裝備的設計中進行工件或零部件的選材和加工工藝路線設計，要實現(xiàn)這個目標，學生必須掌握材料的基本知識和基本性能，知道哪些材料有哪些性能特點和怎樣調(diào)控它們的性能。要做到這一點就要了解材料組織結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)聯(lián)，包括材料的凝固組織、變形組織和熱處理組織，材料的力學性能和加工性能?？梢姡こ滩牧险n程必須同時保證材料基礎(chǔ)理論、材料基本知識和材料工程應用三大部分內(nèi)容的核心內(nèi)容。

2.2 保證教學質(zhì)量和教學效果的方法

在確定課程核心內(nèi)容后，要在學時減少的條件下保證高的教學質(zhì)量和好的教學效果，必須采取一系列有效措施。除上述保證重點核心內(nèi)容，簡化一般內(nèi)容，自修介紹性內(nèi)容的教學方案外，還采用了一系列配套措施。主要措施如下：

(1)保證作業(yè)練習數(shù)量。在32學時的工程材料課程教學過程中，為了保證教學效果，基本不減少課外作業(yè)次數(shù)和作業(yè)題數(shù)量。通過足夠的課外作業(yè)練習，使學生增加課外復習和練習時間，使學生能較好地掌握所學內(nèi)容。

(2)強化網(wǎng)上學習和網(wǎng)上練習。我校工程材料課程建有完善的網(wǎng)絡課程，包括各章節(jié)主要內(nèi)容、內(nèi)容提要和小結(jié)，各章節(jié)重點和要點，工程材料庫、顯微組織圖譜、國內(nèi)外鋼號等學習輔導內(nèi)容。這些內(nèi)容可以幫助學生掌握課堂學習內(nèi)容。在網(wǎng)絡課程中還有與各章節(jié)課程內(nèi)容相對應的網(wǎng)上習題，學生可以在網(wǎng)上進行練習和自己檢查答案是否正確。這些習題的特點是量大、內(nèi)容豐富、覆蓋面寬、可有效幫助學生掌握課堂學習內(nèi)容。

(3)采取閉卷考試方式。工程材料課程由于需要記憶的內(nèi)容很多，如各種基本概念、材料牌號、化學成分、熱處理工藝、熱處理組織、零部件選材等，以前采用開卷考試較多。但在充分調(diào)研后，發(fā)現(xiàn)一些學生寄希望于最后1～2周突擊復習，沒有真正掌握所學內(nèi)容。針對這種實際情況，課程組果斷采用閉卷考試方式，收到了較好的效果。在課時減少后，是否繼續(xù)采取閉卷考試方法是件難以抉擇的事。但通過總結(jié)和分析過去的經(jīng)驗，我們最后還是采用閉卷考試方式。根據(jù)考試試卷分析，閉卷考試方式取得了較好的效果。

(4)鼓勵課外活動。本課程安排兩次實驗課(4學時)。此外，課程組鼓勵學生開展課外活動，包括大學生研究訓練計劃(SRTP)以及結(jié)合自己的體會撰寫與零件選材相關(guān)的小論文。很多學生參加了上述課外活動，培養(yǎng)了對工程材料和所學內(nèi)容的學習興趣，強化了對課堂學習內(nèi)容的掌握。

總之，在課程學習中，除了提升教師的授課質(zhì)量、授課魅力和授課效果外，學生增加投入時間非常重要。在32學時的課程教學中，通過采取上述措施，收到了良好的教學效果。

3 工程材料課程的發(fā)展展望

作為一門機械工程類或近機械類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，工程材料課程在制造業(yè)工程高等教育知識體系中有著極其重要的地位。但多數(shù)學校在壓縮課程教學學時，使工程材料課程的教學質(zhì)量、教學效果和學生對工程材料知識掌握與工程材料應用能力面臨挑戰(zhàn)。在教學學時減少的情況下，怎樣保證教學質(zhì)量與教學效果不受大的影響是工程材料課程授課教師的課題，需要廣大教師共同研討、共同努力。結(jié)合我校的實踐經(jīng)驗，我們認為采用以下措施可降低學時減少的影響：

(1)強化電化教學：目前多數(shù)教師采用PPT演示文檔軟件來進行授課。采用PPT演示文檔進行教學，可省去作圖和撰寫授課內(nèi)容的時間，增加了單位時間的授課內(nèi)容和授課信息量。因此，編寫高質(zhì)量的授課PPT演示文檔、動畫等教學軟件對提升課時壓縮條件下的教學效果十分重要。我校工程材料課程教學組通過自己努力，并結(jié)合外聘專家輔助，在清華大學出版社的支持下編寫和出版了與教材配套的課程教學軟件工程材料多媒體課件。

(2)網(wǎng)絡課程：網(wǎng)絡課程可幫助學生進行課外學習，幫助學生利用網(wǎng)絡課程預習、復習課堂學習內(nèi)容，結(jié)合網(wǎng)絡習題與練習和網(wǎng)絡特色，幫助學生鞏固課堂學習內(nèi)容。同時，可讓學生利用網(wǎng)絡課程自修部分課程內(nèi)容。因此，編寫和建設有特色、高質(zhì)量的網(wǎng)絡課程，鼓勵學生利用網(wǎng)絡課程自學對提升課程教學質(zhì)量和教學效果有重要意義。目前，已有多所高校的工程材料課程被評為國家精品課，并建設有網(wǎng)絡課程。建議教育部采取有效措施，鼓勵將高質(zhì)量的網(wǎng)絡課程對全國高校開放，增大學生受益面。

(3)建議采取靈活的考試方式。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，多數(shù)學生很關(guān)注考試方式。學生希望可以少投入一些精力，考試題目容易一些，能獲得好的分數(shù)。但仍有相當多的學生期望教師強化課堂管理，采用閉卷考試方法，使自覺性稍差的學生能在壓力作用下，加大對課程學習的投入，實現(xiàn)對課程內(nèi)容的較好掌握。因此，采用靈活的考試方式，可望收到較好的教學效果。

(4)鼓勵課外活動。在大學學習階段，學生的可塑性很大。培養(yǎng)學生對工程材料課程的學習興趣，對學生掌握課程核心內(nèi)容和基本知識有顯著幫助。課外活動方式、內(nèi)容可靈活選擇，并可結(jié)合學生科技活動、研究訓練項目、科技實踐活動，讓學生感受到工程材料知識在科技活動中的作用，增加材料應用的感性認識，以提升教學效果。

4 結(jié)束語

材料學科正在高速發(fā)展，工程材料課程不斷有新知識引入。為了適應材料學科快速發(fā)展的需要，進一步提高工程材料課程的教學水平與教學質(zhì)量，需要不斷更新課程教學內(nèi)容。工程材料課程建設需要不斷完善，不斷向前推進。因此，奮戰(zhàn)在工程材料課程教學一線的教師互相交流教學經(jīng)驗、共同探討應對挑戰(zhàn)的策略對提升教學質(zhì)量和教學效果有重要意義。

[1] 朱張校,姚可夫,張人佶.國家精品課程“工程材料”課程建設探討[J].大連理工大學學報:社會科學版,2007(S2):4-7.

[2] 姚可夫,朱張校.建精品課程,編精品教材[J].重慶大學學報:社會科學版,2009(15):6-7.

[3] 朱張校,姚可夫.工程材料[M].第5版.北京:清華大學出版社,2011.

[4] 周濟.大力加強教學研究,切實提高教學質(zhì)量[J].中國大學教學,2005(1):4-8.

[5] 劉寶存.建設高水平教學團隊,促進本科教學質(zhì)量提高[J].中國高等教育,2007(5):29-31.

[6] 楊明波,曾英.材料科學與工程學院教學團隊建設的措施與成效[J].重慶工學學報,2008,22(2):157-160.

[7] 張人佶,姚可夫,張弓,鞏前明,朱張校,董長勝.工程材料討論課結(jié)合科研實際的嘗試[J].重慶大學學報:社會科學版,2009(15):23-25.