李蓉，陳志平，張巨勇

摘要：針對工程材料及熱處理課程現(xiàn)有教學(xué)模式的不足，本文提出工程材料及熱處理課程改革，并分別闡述了改革目標(biāo)、思路、內(nèi)容與實現(xiàn)方式。結(jié)合實踐表明，該課程的教學(xué)改革具有積極作用。

關(guān)鍵詞：工程材料；熱處理；教學(xué)模式；課程改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）19-0039-02

“工程材料及熱處理”作為一名機械工程師的必修課，在國內(nèi)高校教育過程中普遍存在重理論輕實踐的教學(xué)理念，以及缺乏對學(xué)生技能培養(yǎng)的現(xiàn)象。單一的授課方式增加了學(xué)生對本課程的枯燥感和厭惡感；陳舊的實踐環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)生產(chǎn)能力的培養(yǎng)；新材料、新工藝知識體系增加的緩慢性，無法實現(xiàn)與企業(yè)或工廠的“零距離”對接。

一、工程材料及熱處理課程教學(xué)狀況

“工程材料及熱處理”課程是一門理論性和實踐性均較強的課程，但目前教學(xué)過程中存在的主要問題包括：

1.現(xiàn)有課程內(nèi)容體系在知識點的選擇和安排上沒有脫離傳統(tǒng)的教學(xué)理念。新材料、新技術(shù)、新工藝方面知識點增加緩慢。

2.現(xiàn)有課程安排中沒有同程的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生難以將所學(xué)習(xí)的知識點與分析、解決生產(chǎn)實際問題相聯(lián)系。

3.學(xué)生對課程認(rèn)識不夠，誤認(rèn)為本門課程就是簡單的記憶。學(xué)完課程后往往只有一個“陶瓷”、“塑料”等非常模糊而籠統(tǒng)的概念。

二、改革理念、思路及目標(biāo)

課程改革理念、建設(shè)思路與目標(biāo)如下：

1.改革教學(xué)方法與教學(xué)手段。針對“工程材料及熱處理”理論性和實踐性均較強的特點，注重教學(xué)內(nèi)容的精選，著重講清“問題是什么”、“問題的背景是什么”、“問題的性質(zhì)是什么”、“問題的解決方法是什么”等內(nèi)容。

2.新建一些實驗設(shè)備先進(jìn)、實驗水平高、與生產(chǎn)實踐結(jié)合緊密的新實驗項目，以滿足課程建設(shè)的實際需要。

3.以企業(yè)典型應(yīng)用為載體，實現(xiàn)以實例項目為導(dǎo)向的教學(xué)模式。以吉利汽車制造廠的實際案例，如以“帝豪EC7模具工藝的改進(jìn)”為載體，將學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)化為“企業(yè)現(xiàn)場情景的再現(xiàn)”，實現(xiàn)“將理論知識轉(zhuǎn)化為專業(yè)技能”的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

4.將工程中的典型案例引入教學(xué)內(nèi)容，并借助教師的引導(dǎo)、學(xué)生的動手實踐和課堂討論，使學(xué)生掌握工程材料與熱處理的思路和基本方法；提高學(xué)生分析問題和綜合設(shè)計的能力。

5.提出復(fù)合材料的有限元研究觀念，引入教師在研項目，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入科研實踐，掌握分解任務(wù)、各個擊破的解決問題方法，為學(xué)生今后可能的科研需求打下堅實的基礎(chǔ)。

6.培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，形成良好的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。分組進(jìn)行教學(xué)，按組分配任務(wù)，進(jìn)行討論、查閱資料、分工合作，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神。

7.強化能力、過程考核，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。改變傳統(tǒng)考核方法重理論輕應(yīng)用的方式，采取強化能力、過程考核，注重學(xué)生的參與，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。加大學(xué)生平時成績比重，將期末考核轉(zhuǎn)變?yōu)檎鹿?jié)考核。實踐考核與理論考核相互結(jié)合，形式上做到有機統(tǒng)一、相互滲透。可以就某一材料或工藝設(shè)計問題，例如圍繞“玉兔號”月球車，設(shè)定一個與材料或工藝相關(guān)的寫作范圍，讓學(xué)生自己根據(jù)問題去尋找答案。

三、課程改革內(nèi)容

本課程的主線為：成分—組織—性能—典型材料。常見的章節(jié)內(nèi)容是：晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、金屬的塑性變形、相圖、鐵碳合金、鋼的熱處理、合金鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬材料簡介及工程材料的選用等。其中重點是相圖、熱處理（包括原理與工藝）和合金化原理。調(diào)整課程基礎(chǔ)知識內(nèi)容、增加實踐模塊環(huán)節(jié)、融合工廠實例與科研項目，提高學(xué)生對相圖、熱處理和合金的運用能力，成為本課程改革的核心內(nèi)容。結(jié)合教改理念、思路與目標(biāo)，課程改革的具體內(nèi)容主要如下圖所示。首先，對于基本知識方面，要求學(xué)生掌握晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、金屬的塑性變形、相圖、鐵碳合金、鋼的熱處理、合金鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬材料及工程材料等基本知識點，結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有實驗設(shè)施完成基本的實驗環(huán)節(jié)，考核方式以章節(jié)考試為主。其次，增加案例實踐環(huán)節(jié)。主要結(jié)合我?！白吭接媱潯钡暮献鲉挝弧獙幉嚬镜墓S實例，如“6σ在焊點質(zhì)量改進(jìn)中的應(yīng)用”、“帝豪EC7模具工藝的改進(jìn)”、“鼓式制動器及其蹄片切削機設(shè)計”等實際工藝環(huán)節(jié)，展開案例型教學(xué)，考核方式以個人實踐考核的形式為主。最后，結(jié)合教師的科研項目，提升自主學(xué)習(xí)能力、增加團隊合作能力。主要結(jié)合我國在研的深空太陽天文臺主反射鏡、主桁架結(jié)構(gòu)的材料選擇與工藝設(shè)計的科研需求，或者以大家感興趣的神舟十號、嫦娥三號、“玉兔號”月球車等項目對材料與工藝的展開，充分激發(fā)學(xué)生對工程材料的興趣，鼓勵學(xué)生自主調(diào)研、通力合作解決問題。在實際項目學(xué)習(xí)中普及“有限元分析”方法在復(fù)合材料設(shè)計理念中的科研思想，開闊學(xué)生的科研視角?？己朔绞揭詧F隊式的論文報告為主?；谝陨险n改內(nèi)容，結(jié)合教改理念、思路、目標(biāo)，可以解決課堂教學(xué)中以下問題：（1）普遍認(rèn)為本課程“學(xué)而無用”——加強學(xué)生對課程的宏觀認(rèn)識。老師在講解過程中，一定要把握好宏觀與微觀，既能把復(fù)雜問題簡單化，也能把簡單的現(xiàn)象上升到科學(xué)的深度。在本課程緒論環(huán)節(jié)，應(yīng)把本課程進(jìn)行宏觀描述一下。（2）枯燥的學(xué)習(xí)方式——把課程內(nèi)容生活化、簡單化。課程當(dāng)中很多專業(yè)的知識點實際上和日常生活做人做事的道理一樣。比如，在講述晶體缺陷時候，就讓學(xué)生知道：第一，完美的晶體是不存在的，晶體一定存在缺陷；第二，晶體缺陷不一定是缺點，在工程上有其用武之地。（3）重點知識的掌握——以點帶面，用簡單的思路來講述復(fù)雜的道理。根據(jù)知識點的連貫性，一定要把基礎(chǔ)知識講清楚，然后逐步延伸。比如，鐵碳相圖是本課程的一個重點和難點，包括共晶相圖和共析相圖等，而共晶相圖和共析相圖的基礎(chǔ)都是勻晶相圖，而勻晶相圖的重點就是兩點：第一，結(jié)晶過程中的某具體溫度時刻的液相和固相的具體成分確定（這就是液相線和固相線的另一層含義）。第二，結(jié)晶過程中的某具體溫度時刻的液相和固相的相對含量確定（這就是杠桿原理）。掌握了以上兩點，整個相圖就全盤皆活。（4）相關(guān)知識容易遺忘——通過滲透材料科技史的方法強化印象。材料科學(xué)很多原理和實驗結(jié)果經(jīng)歷了漫長的探索過程，甚至在科技史上還走了彎路。如果僅簡單地就事論事，學(xué)生印象肯定不深刻，甚至不理解，即使把原理和理論背下來了，碰到實際問題可能很難靈活運用。所以，以科技史的形式給學(xué)生講解，穿插一些材料軼事以及一些小典故，強化學(xué)生記憶、增加學(xué)習(xí)樂趣。比如，講解單晶體的時候，就可以把貝爾在檢查電話系統(tǒng)故障時發(fā)現(xiàn)蓄電池電極板表面長出了一些針狀的晶體——“晶須”。這些理想的晶體比現(xiàn)實帶有缺陷的晶體的強度增加幾個數(shù)量級。然后再講述晶須的出現(xiàn)如何擴大了金屬材料的應(yīng)用，目前可以作為增強材料與其他材料組成復(fù)合材料。這樣學(xué)生印象才深刻，同時還為后面非金屬材料的講解做好鋪墊。

綜上所述，本文分析了現(xiàn)有工程材料及熱處理課堂教學(xué)中的普遍問題，針對這些問題提出了該課程的課堂教學(xué)改革思路與改革內(nèi)容，并對其改革的實現(xiàn)提出了相應(yīng)的方法。通過我們?yōu)槠诮荒甑恼n堂實踐，發(fā)現(xiàn)在工程材料及熱處理課程教學(xué)過程中實施課堂教學(xué)的相關(guān)改革，對提示我校機械工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)我校工程教育，實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)機械工程人員具有重要的現(xiàn)實意義。

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基金項目：本文為杭州電子科技大學(xué)2013年度高等教育研究課題（No.ZC1301）、杭州電子科技大學(xué)機械工程學(xué)院2013年本科教學(xué)質(zhì)量工程項目（No.2013-5）、杭州電子科技大學(xué)機械工程學(xué)院師范中心2012年度教改項目的專項論文。

第一作者：李蓉（1979-），女，講師，博士。