謝志雄 談芬芳 羅平

摘要：為了培養(yǎng)應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才，作者在《工程材料》課程中開展了利用理論指導(dǎo)實踐的教學(xué)研究，本研究以項目為導(dǎo)向，利用多元化教學(xué)資源進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，培養(yǎng)全面應(yīng)用型人才。本文結(jié)合《工程材料》課程特點和學(xué)生實際情況，提出了一些具體的、行之有效的教學(xué)方法和手段，將典型零件材料選用的課堂討論和材料采購的課外活動相結(jié)合，拓展了學(xué)生的知識領(lǐng)域，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了本課程的教學(xué)效果和趣味性。

關(guān)鍵詞：工程材料;視頻教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂;課堂討論

中圖分類號：G642.4 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）41-0200-02

引言

目前，國內(nèi)材料類的課程教學(xué)，大多基于傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的課堂灌輸式教學(xué)方式，缺乏完整的材料熔煉、金相制備、組織性能測試、熱處理實訓(xùn)等教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生動手能力較差?！豆こ滩牧稀肥菣C(jī)械類、近機(jī)械類學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，我們在教學(xué)內(nèi)容上重點闡述工程材料的性能與其組織結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系;說明如何通過工藝手段改變材料的組織結(jié)構(gòu)，以達(dá)到提高材料性能的目的;介紹常用工程材料牌號及其應(yīng)用等基本知識;為工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的設(shè)計及其制造提供合理選用材料的方法。由于該課程的教學(xué)內(nèi)容涉及面廣，許多知識點是學(xué)生以前未涉及的領(lǐng)域，于是在教學(xué)中我們十分注重教學(xué)法的研究。我校針對材料類課程特點和應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，開展了《工程材料》課程教學(xué)方法的改革與創(chuàng)新研究。

一、利用多元化教學(xué)資源翻轉(zhuǎn)課堂

多媒體技術(shù)的應(yīng)用給傳統(tǒng)教育帶來巨大影響，利用多媒體技術(shù)對文本、聲音、圖形、圖像、動畫等的綜合處理及其強(qiáng)大交互式特點編制的各學(xué)科系列計算機(jī)輔助教學(xué)課件，創(chuàng)造出一個圖文并茂、有聲有色、生動逼真的教學(xué)環(huán)境，為教學(xué)的順利實施提供形象的表達(dá)工具;同時能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真正改變傳統(tǒng)教學(xué)單調(diào)模式，使樂學(xué)落到實處。多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，為教學(xué)手段改進(jìn)提供了新的機(jī)會，產(chǎn)生不可估量的教學(xué)效果?！豆こ滩牧稀氛n程教學(xué)圍繞“一條主線，兩張圖，三種材料，四把火”展開，“成分決定微觀組織、組織結(jié)構(gòu)決定性能、性能決定其用途，改性處理通過改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)從而提高材料的機(jī)械性能和改善其工藝性能”的教學(xué)主線，決定了該課程的學(xué)習(xí)離不開顯微組織結(jié)構(gòu)、離不開相圖，因此我們在《工程材料》CAI課件中插入了大量彩色顯微組織圖片和材料熔煉、金相制備、組織性能測試、改性處理等生產(chǎn)線視頻錄像、動畫及虛擬實驗。多元立體視頻教學(xué)資源為翻轉(zhuǎn)課堂提供了必要條件，降低了學(xué)生課前預(yù)習(xí)基本概念、基礎(chǔ)知識的難度，大大提高了課堂上典型材料案例教學(xué)的學(xué)習(xí)效率，收到了事半功倍的效果。

以往作者在課堂上會講授三種材料的典型牌號、成分控制范圍、微觀組織結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能、工藝性能及其用途，改性處理方法的選用及工藝路線，如果只是依靠教材上的簡單描述，學(xué)生在學(xué)習(xí)時，會感覺到抽象、繁雜，學(xué)起來枯燥，難于理解。通過教學(xué)研究和不斷的嘗試，作者借助多媒體CAI軟件生動展示材料微觀組織結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化過程，如對晶體結(jié)構(gòu)和缺陷等，采用三維立體圖形，讓學(xué)生觀察其形體特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，即清晰，又動感;如對位錯運動，結(jié)晶和重結(jié)晶過程，冷卻曲線的形成，合金相圖的建立，共析碳鋼的奧氏體化等工藝，采用二維或三維動畫模擬將微觀過程可視化，配上教師旁白，形象生動、直觀、感染力很強(qiáng)，變單純的聽覺語言為視聽同步的動畫模擬演示，可化解難點，大大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，提高了教學(xué)效率和教學(xué)效果。另外，作者將大課堂分為若干個學(xué)習(xí)小組，課前預(yù)習(xí)教學(xué)視頻，課堂上針對生活中學(xué)生熟知的材料開展討論，并隨堂測試，不僅加深了學(xué)生對材料性能和用途的理解，學(xué)以致用，還起到了活躍課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用。

二、開展材料選用及其采購的實戰(zhàn)項目教學(xué)

專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)的主要原則是理論指導(dǎo)實踐，能學(xué)以致用解決實際工程中的具體問題，然而教材上的課后習(xí)題都是一些基本概念、基礎(chǔ)知識、基本原理等理論問題，實踐性的問題很少。對此，應(yīng)根據(jù)實際需要設(shè)計出一些習(xí)題，使學(xué)生明白本課程的學(xué)習(xí)在將來工作中的用處。比如在講解熱處理時，事先給定學(xué)生一個大作業(yè)：大批量生產(chǎn)某重載汽車齒輪，請?zhí)岢鋈舾刹牧线x用方案和熱處理工藝路線。講課時教師引導(dǎo)學(xué)生考慮該齒輪零件的服役條件和供貨協(xié)議中的力學(xué)性能指標(biāo)要求，并讓學(xué)生結(jié)合材料的成分控制與熱處理工藝路線及其參數(shù)的制定等方面展開課堂討論，討論中有的小組提出用滲碳鋼，有的小組選用調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)過交流討論，最后小組提出了滿足此服役條件的材料及其熱處理工藝。通過對實際問題的分析、討論，使學(xué)生主動地參與到思考和分析問題當(dāng)中;反過來也使學(xué)生掌握了所選材料的成分工藝性能及其用途，真正將所學(xué)知識靈活地應(yīng)用于專業(yè)實踐中去。

我們設(shè)計了將零件設(shè)計制造和材料選用采購相結(jié)合的實戰(zhàn)項目，利用學(xué)生自己在課程設(shè)計中設(shè)計出來的現(xiàn)有零件圖;分析零部件主要結(jié)構(gòu)及其制造工藝方案，選用合適的材料及其改性處理工藝，然后組建材料采購團(tuán)隊，形成一份標(biāo)書;聯(lián)系3家材料供應(yīng)商（真實供應(yīng)商）作為招標(biāo)對象;召開一次小組會議，確定該材料的正式供應(yīng)商，并形成會議紀(jì)要。由于他們處于一種從未經(jīng)歷過的氣氛中，表現(xiàn)得比較興奮，他們覺得刺激的經(jīng)歷就是尋找材料供應(yīng)商。對于這種基于生產(chǎn)實踐為考慮的教學(xué)方法，加上完備的實驗手段和新穎的作業(yè)方式，能更好地達(dá)到本課程的教學(xué)目的，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，也拓展了學(xué)生的知識領(lǐng)域。從學(xué)生的反應(yīng)來看，學(xué)與用的結(jié)合可以提高教的效果和學(xué)的質(zhì)量。學(xué)生在理論與生產(chǎn)實踐的聯(lián)系中，使枯燥無味的理論變得生動直觀，鍛煉了學(xué)生運用知識解決問題的能力。

三、實驗教學(xué)及創(chuàng)新

工程材料課程開設(shè)了兩個實驗，一是鐵碳合金金相顯微組織觀察，二是鋼的熱處理及硬度測試。學(xué)生會先看實驗操作視頻，然后由實驗員示范金相的制備和顯微鏡的調(diào)試，金相顯微組織的觀察，學(xué)生再親自調(diào)試顯微鏡觀察各類材料的金相顯微組織，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識，使課程的教學(xué)重點難點具體化、形象化，使概念和規(guī)律簡單化，易于學(xué)生的理解和掌握，還能理論指導(dǎo)實踐，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用，極大地調(diào)動了學(xué)生的積極性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣性[1]。為了大膽地調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新思維，需要進(jìn)一步完善實驗室開放制度以及設(shè)計綜合性實驗和創(chuàng)新實驗，比如增設(shè)材料熔煉、金相制備、組織性能測試等實驗，還可以開設(shè)機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的中碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計實驗，比如設(shè)計45#亞溫淬火工藝實驗等。

四、關(guān)于增設(shè)材料類課程實訓(xùn)的建議

為改變過去材料類課程存在“紙上談兵”的問題，突出專業(yè)技能的培養(yǎng)，建議在工程訓(xùn)練中心增設(shè)工程材料實訓(xùn)部門，開展材料類課程實訓(xùn)，為學(xué)生提供真實的材料冶煉、加工、改性處理工藝及其鑒別和加工的訓(xùn)練環(huán)境，強(qiáng)調(diào)師生互動，強(qiáng)化案例教學(xué)，將各部分知識融會貫通，學(xué)以致用，加強(qiáng)了實踐教學(xué)，調(diào)動了學(xué)生積極性。如果條件允許，甚至可以帶領(lǐng)學(xué)生深入校外實習(xí)基地參觀實習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對各種材料的感官認(rèn)識，將實踐性較強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容組織有針對性的現(xiàn)場教學(xué)。比如參觀武鋼、洛陽一拖、十堰二汽等企業(yè)及其材料分析測試中心，了解常用工程材料的冶煉、加工、改性處理工藝過程，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大提高，且深刻增加了感性認(rèn)識，為課堂教學(xué)打好基礎(chǔ)。

另外，提前進(jìn)入企業(yè)，讓學(xué)生能了解自己畢業(yè)后可能從事的行業(yè)，覺得學(xué)有所用，還可以對課本上沒有涉及到的新材料及其改性處理工藝有一定的了解認(rèn)識，也可以對其以后的畢業(yè)就業(yè)提前做好心理轉(zhuǎn)變培養(yǎng)，對學(xué)生的畢業(yè)就業(yè)有一定的指導(dǎo)意義。

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Innovation and Application of Teaching Method about "Engineering Materials"

XIE Zhi-xiong1，TAN Fen-fang2，LUO Ping1

（1.School of Materials and Chemical Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China;

2.School of Mechanical Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430023，China）

Abstract：In order to train applied senior engineering and technical personnel，the author carried out a research on teaching method about engineering materials course. Based on a project，the study was expected to train applied talents by using multiple teaching recourses and flipped classroom. In this paper，some detailed and effective teaching methods were proposed considering the characterization of the course. We developed the knowledge area，motivated the study interest and increased the teaching efficiency and employment combined the classroom discussion and extra-curricular activities.

Key words：engineering materials;video teaching;flipped classroom;class discussion