袁廣銀

上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 上海 200240

凡與工程有關(guān)的材料都稱為工程材料。工程材料按其性能特點(diǎn)分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。結(jié)構(gòu)材料以力學(xué)性能為主，兼有一定的物理、化學(xué)性能；功能材料以特殊的物理化學(xué)性能為主。工程材料主要應(yīng)用于機(jī)械制造、航空、航天、化工、建筑及交通運(yùn)輸?shù)炔块T，對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到不可替代的作用。

工程材料學(xué)作為高校工科材料類和大機(jī)類本科生專業(yè)基礎(chǔ)課，在目前寬口徑復(fù)合型人才培養(yǎng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。筆者在工程材料學(xué)課程中運(yùn)用基礎(chǔ)理論與前沿研究相結(jié)合的教學(xué)方法獲得了不錯的教學(xué)成果。

1 工程材料學(xué)課程內(nèi)容與目標(biāo)

工程材料學(xué)課程屬于材料科學(xué)與工程類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。材料科學(xué)與工程類專業(yè)的學(xué)生在學(xué)完材料科學(xué)基礎(chǔ)和材料加工原理等基礎(chǔ)理論課后，頭腦中堆滿了有關(guān)材料科學(xué)的概念和現(xiàn)象，但是在遇到實(shí)際問題時(shí)往往不知從何處下手。工程材料學(xué)就是從材料科學(xué)和實(shí)際使用的角度出發(fā)，根據(jù)學(xué)生已有的材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論、概念和現(xiàn)象，建立整體統(tǒng)一的概念和體系，闡明它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生學(xué)會分析問題和解決問題的方法，培養(yǎng)在實(shí)際工程中正確地選擇材料和使用材料的能力。

通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握各類金屬材料的基本特征，改善材料性能的技術(shù)途徑以及合理地選擇材料、使用材料的原則和方法，具備能根據(jù)零部件實(shí)際服役條件正確合理地選用材料、安排其大致的加工工藝路線，制定其相應(yīng)的熱處理工藝的能力，為今后實(shí)際科研和生產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2 基礎(chǔ)理論與前沿研究相結(jié)合的教學(xué)方法

工程材料學(xué)課程重點(diǎn)講授常規(guī)工程材料的組織結(jié)構(gòu)特征和性能特點(diǎn)，改善性能的熱處理工藝以及常規(guī)工程材料的選用等方面的內(nèi)容。采用課堂講授、課堂討論以及有關(guān)材料熱處理、加工等工廠實(shí)際情景錄像、現(xiàn)場觀摩等多種教學(xué)方式加強(qiáng)學(xué)生對課程基本知識的掌握和理解。

2.1 理論與科研實(shí)際相結(jié)合提升學(xué)生的認(rèn)知程度

僅通過文本、圖片、聲音及圖像等多種形式來向?qū)W生傳達(dá)課程信息，并不能讓學(xué)生對工程材料學(xué)這一應(yīng)用型課程具有直觀與深刻的理解與體會。因此，為了使課程內(nèi)容多樣化，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高工科材料類和大機(jī)類本科生對工程材料學(xué)課程的認(rèn)知程度，加強(qiáng)基礎(chǔ)課程理論與前沿科研信息的銜接，筆者在授課過程中將自己相關(guān)的科研工作與體會靈活地穿插在課堂內(nèi)容中加以介紹。

如在第一章講解“非晶”與“準(zhǔn)晶”的概念時(shí)，筆者用一節(jié)課時(shí)間介紹自己在該領(lǐng)域的研究工作以及國際上在非晶、準(zhǔn)晶材料領(lǐng)域研究的最新進(jìn)展和非晶、準(zhǔn)晶材料的應(yīng)用現(xiàn)狀。這一做法在喚起了一些學(xué)生對非晶和準(zhǔn)晶材料的研究興趣的同時(shí)，多層次深入的介紹讓學(xué)生對非晶的理解不僅僅停留在“非晶是一種沒有原子的三維周期性排列的金屬或合金固體”的概念上，而是對非晶這一特殊結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展及應(yīng)用價(jià)值有了較為直觀的了解。不僅如此，通過對特殊原子排列結(jié)構(gòu)的理解與學(xué)習(xí)更能促進(jìn)學(xué)生對金屬結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容的聯(lián)想與反思。這樣，對于工程材料學(xué)課程中其他相關(guān)內(nèi)容的理解也起到較大幫助作用。

又如，在《有色金屬》章節(jié)介紹“鎂合金材料”時(shí)，筆者將自己在鎂合金材料領(lǐng)域多年的研究積累濃縮在一節(jié)課中對學(xué)生做了生動的介紹，特別注重高性能鎂合金材料研究思想的介紹?？山到怄V合金材料作為生物醫(yī)用材料有著巨大的發(fā)展?jié)摿ΓP者在課程中向?qū)W生介紹了由上海交通大學(xué)輕合金精密成型國家工程研究中心自主研發(fā)的JDBM可降解生物醫(yī)用鎂合金的研究現(xiàn)狀。在豐富課程理論內(nèi)容的同時(shí)，也向?qū)W生傳達(dá)了前沿的研究思想與發(fā)展趨勢，不僅有助于學(xué)生對工程材料領(lǐng)域的認(rèn)識，也有助于學(xué)生建立材料科學(xué)整體的宏觀認(rèn)知與理解。

2.2 理論聯(lián)系實(shí)際促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考

“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”，在教學(xué)過程中還應(yīng)注重學(xué)生被動學(xué)習(xí)與主動思考的結(jié)合。因此，在基礎(chǔ)理論與前沿研究相結(jié)合的教學(xué)方法中，筆者針對提高學(xué)生主動思考這一問題，通過啟發(fā)學(xué)生完成在工程材料領(lǐng)域中的相關(guān)調(diào)研加深學(xué)生對工程材料行業(yè)的思考與了解。

筆者針對所講授的主要工程材料的最新研究及應(yīng)用現(xiàn)狀布置了以下調(diào)研題目：

(1)民用建筑用鋼的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

(2)汽車用超高強(qiáng)度鋼板的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

(3)核電用鋼的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

(4)大型飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)用先進(jìn)鋼鐵材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

將學(xué)生分成4個小組，每個小組從以上4個調(diào)研題目中選擇一個專題，通過網(wǎng)絡(luò)或者查閱文獻(xiàn)等方法了解相關(guān)的知識。每個組員要求提交一份不少于2 000字的專題綜述報(bào)告，不僅僅要求學(xué)生撰寫文獻(xiàn)綜述，而且鼓勵學(xué)生在綜述中大膽發(fā)表自己的觀點(diǎn)，同時(shí)每個小組制作PPT并合作完成一個15分鐘的專題報(bào)告展示。

這一做法不僅能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，也能提高學(xué)生檢索文獻(xiàn)及團(tuán)隊(duì)合作的能力。

此外，本課程成績的考核強(qiáng)化了平時(shí)學(xué)習(xí)效果的考核。課堂討論、調(diào)研報(bào)告、考勤等占總成績的50%，期末考試成績占總成績的50%。所以，學(xué)生對這門課程一直保持著較高的學(xué)習(xí)熱情，很好地實(shí)現(xiàn)了本課程教學(xué)大綱的目標(biāo)。筆者前后對7屆學(xué)生講授工程材料學(xué)課程，學(xué)生網(wǎng)上評教結(jié)果均為優(yōu)秀，本門課程的教學(xué)方式和效果受到了學(xué)生的充分肯定。

3 結(jié)束語

總體看來，采用基礎(chǔ)理論與前沿研究相結(jié)合并輔助多種教學(xué)手段的教學(xué)方式取得了顯著的成效。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生較好地掌握了各類常見金屬工程材料的組織、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、改善性能的基本途徑和相應(yīng)的工程材料的選用。通過7屆學(xué)生的期末試卷完成情況來看，大部分學(xué)生可自主完成基本工業(yè)零部件的選材、加工與熱處理工藝，很好地實(shí)現(xiàn)了本課程教學(xué)大綱的目標(biāo)。

另外，值得注意的是，由于工程材料學(xué)課程的教學(xué)需要材料科學(xué)基礎(chǔ)及材料加工原理等基礎(chǔ)課程作為鋪墊，了解學(xué)生對材料學(xué)科基礎(chǔ)知識的掌握程度是合理安排課程內(nèi)容的重要前提之一。

最后需要指出的是，本課程是材料科學(xué)與工程類專業(yè)學(xué)生的技術(shù)基礎(chǔ)課，是與實(shí)際工程聯(lián)系最密切的一門材料類課程，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)其在整個材料類課程體系建設(shè)中的地位。