王建江 趙 芳 許寶才

軍械工程學院 河北石家莊 050003

材料是發(fā)展現代武器裝備的基石，是現代高新兵器技術發(fā)展的基礎和先導。我院工程材料課程的基本教學理念就是使學生貫徹材料科學理論與兵器工程實踐相結合的方針，增強工程素質、打牢創(chuàng)新基礎，為成為新型軍事人才儲備必要的材料相關基礎知識、基本理論和基礎方法。

1　課程簡介

工程材料課程是我院兵器工程與車輛運用工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎必修課，是研究材料的化學成分、熱處理工藝、組織結構與使用性能之間相互關系和變化規(guī)律的一門應用科學課程。該課程通過對晶體結構理論、固態(tài)相變理論、熱處理原理與工藝以及金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復合材料的教學，力求使學員掌握兵器與車輛常用材料的性能特點、主要用途以及強化改性的工藝方法，為后續(xù)機械設計基礎、機械制造基礎課程和專業(yè)課程的學習打牢基礎，努力在培養(yǎng)學員的機械工程素質和專業(yè)創(chuàng)新能力方面發(fā)揮重要作用[1]。

本課程以增強學員工程素質、打牢創(chuàng)新基礎為指導思想，貫徹材料科學理論與兵器工程實踐相結合的方針，從兵器工程和車輛運用工程專業(yè)培養(yǎng)目標的實際需求出發(fā)，在教學內容安排上堅持以結構材料為主功能材料為輔、金屬材料為主非金屬材料為輔、鋼鐵材料為主有色金屬為輔的原則，注重培養(yǎng)學員掌握傳統(tǒng)結構材料知識的自主學習能力、獲取新材料、新工藝、新技術的獨立探索能力，分析和解決有關材料問題的知識應用能力。

本課程以材料的化學成分、熱處理工藝、組織結構和使用性能之間的相互關系及變化規(guī)律為主線，把課程的內容劃分為4個模塊：由材料的晶體結構、金屬與合金的結晶、鋼的熱處理原理以及鋼的合金化構成了本課程的理論模塊；由工業(yè)用鋼、有色金屬和非金屬材料構成本課程的材料模塊；由熱處理工藝和機械零件的失效與選材構成本課程的應用模塊；兩個課程實驗構成本課程的實踐模塊。理論模塊為課程的主線，材料模塊始終貫穿這條主線，應用模塊為課程總體目標的實現提供案例，實踐模塊為工程素質的培養(yǎng)提供操作訓練平臺。

本課程的教學目標是通過課程的學習，讓學員掌握工程材料的基礎知識、基本理論、基本方法，能夠運用晶體學和金相知識、固態(tài)相變理論和熱處理原理分析金屬材料特別是鋼鐵材料的化學成分、組織結構、熱處理工藝與力學性能之間的相互關系及變化規(guī)律；能夠針對武器裝備常用零件進行合理選材和熱處理工藝設計，制訂正確的零件加工路線，為提高和改善裝備零部件的使用性能，延長其使用壽命提供相應的技術保障；熟悉常用鋼材的性能特點及主要用途，了解常用有色金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復合材料的性能特點及應用領域。通過本課程的理論學習和實踐訓練，要求學員學會全方位、多角度、深層次觀察現象，歷史、辨證、全面分析問題的科學思維方法，培養(yǎng)大膽探索、勇于創(chuàng)新的科學精神，為成為高素質新型軍事人才奠定基礎[1]。

本課程共30學時，其中課堂理論教學26學時，實驗教學4學時，通常安排在大學第四學期開設，周教學時數為4～6學時。所用教材為王運炎主編的機械工業(yè)出版社2009版的《機械工程材料》和自編《工程材料及機械制造系列課程實驗指導書》。

本課程為考試課，考試成績采用百分制計算，其中平時成績(含回答問題、作業(yè)和專題報告等)占20%，實驗成績占20%，考試成績占60%?？荚嚥扇￠]卷的方式進行考核。

2　課程教學存在的主要問題與對策

從上述工程材料課程的教學指導思想、教學目標與內容、教學要求和教學安排可以看出，該課程涉及教學內容多，要求高，但學時少，教學強度大。多期教學后，學員對該課程的普遍反映如下。

一是教學內容繁雜，名詞概念和技術術語多，容易混淆，各知識點間的內在邏輯關系薄弱。其實，這并不奇怪，工程材料課程是材料科學與工程專業(yè)多門專業(yè)基礎課和專業(yè)課的一個濃縮，它包含材料機械性能、金屬學原理、熱處理原理、熱處理工藝、金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復合材料等數門課程的基本內容。課程的每一個章節(jié)可能就是一個完全獨立的知識點或學科分支，因而整個課程的內容銜接不夠嚴密，邏輯性不強。

二是內容寬泛但不深入。每一章節(jié)的內容難以從最基本的物理、化學基礎開始構建，大多情況是在介紹一些結論性的基本規(guī)律，顯得課程深度不夠，學生學習時總感到知其然而不知其所以然，不便記憶鞏固。教學中若把握不準深淺度和寬廣度，易導致學生將其歸為科普課[2]。

三是大二學生實踐經驗和機械加工工藝的感性知識缺乏，學生工程實際經驗少，對這門許多來自于實踐、應用性極強、在課程中出現的眾多圖表、圖形和曲線的物理意義難以理解，不會應用，造成學習吃力，死記硬背。

為了解決上述問題，教員在授課程過程中特別是課程結束時，要針對課程教學基本要求，善于把課程內容的內在聯(lián)系按學生的認識規(guī)律有機地加以串聯(lián)和組合，要加強對課程內容進行系統(tǒng)整體的思考，要注重對課程知識作高層次的歸納、概括和總結，使學生理解該課程的知識結構，掌握該課程的本質。這樣就可以使學員在學習過程中清楚地知道每一個知識點在知識結構中的作用和地位，使學員能按照科學的方法獲得知識、鞏固知識，從而掌握學習的主動權，便于有意義學習的保持與再現，便于對獲得知識的運用。

3　一種課程總結方法介紹

這里介紹一種工程材料課程總結的圖解法以揭示其知識結構。所謂課程總結圖解法就是把課程中重要的圖表和曲線進行有機整合并以圖的形式表達出它們之間的相互聯(lián)系和邏輯關系，也就是說，圖解中每一個板塊都對應著課程中或教材中的一張圖表或一條曲線，對應著一個重要的內容和知識點。例如，含碳量對碳鋼機械性能的影響就是用性能與含碳量之間的一個二維平面曲線、過冷奧氏體等溫轉變產物的組織特征就是用一組金相照片，而這些圖表或曲線在相應的教材中都得到了充分的體現。

工程材料課程主要研究的是金屬材料的化學成分、加工工藝、組織結構、力學性能之間的相互關系和變化規(guī)律。材料科學與工程領域的工作者從系統(tǒng)分析的觀點出發(fā)，積累了許多有效的方法，其中之一就是相關法：即從大量的實驗結果出發(fā)，建立性能P與組織結構參量S之間的相互關系：

F(P，S1，S2，……)= 0

應用這種關系，便可通過工藝T改變組織結構，從而控制性能。因此，搞清工藝T、組織結構S和性能P之間的相互關系和變化規(guī)律，就成為掌握本課程實質的關鍵。而T，S，P之間的相互關系是眾多而復雜的，表達它們之間相互關系的方法又是多樣的。這就需要抓住最主要的矛盾，做到提綱挈領，尋找最簡明的、一目了然的表達，而本課程中二個最重要的圖表：Fe-Fe3C相圖和鋼的C曲線恰恰是這一問題的核心。為此，從這兩張圖出發(fā)，向外輻射，依次找出與之相關的其他內容，分清層次、搞清結構、理順關系，就可以圖解這一最簡明的方式，表達出它們的相互關系和變化規(guī)律，從而給出本課程的知識結構和總結，具體如圖1所示。

圖1　工程材料課程總結圖

此圖解的核心是Fe-Fe3C相圖和鋼的C曲線，但同時又分為上下兩區(qū)，上區(qū)主要反映了組織、性能、工藝間的關系，下區(qū)反映了Fe-Fe3C相圖和鋼的C曲線的應用及含碳量、合金元素對它們的影響。

此圖解的上區(qū)又分為4個層次，并按照組織→工藝→性能的順序向外輻射。除核心Fe-Fe3C相圖和鋼的C曲線外；第二層次(第二圈)反映了依據該兩張圖推斷出的碳鋼在室溫下可獲得的常見組織；第三層次(第三圈)反映的是各組織與性能間的對應關系；第四層次(第四圈)反映的是為了獲得該組織所采取的相應熱處理工藝。此圖解沿半徑方向的各內容有著緊密的聯(lián)系，由里向外，反映出內容間的一種邏輯關系：組織結構決定性能，性能受加工工藝控制。

此圖解共有30張圖組成，這30張圖均可在相應教材中找到，如果明白了這30張圖(曲線)的來龍去脈，記住了它們的形態(tài)，理解了其物理與工程意義，清楚了它們之間的相互聯(lián)系和邏輯關系，并能夠靈活應用，那就可以說熟悉了本課程的基本理論，掌握了課程本質，能夠做到舉一反三，觸類旁通。

4　結語

工程材料課程是工科學生的基石，其內容繁雜、知識點多但不夠深入的特點決定了必須調整教學方法，提倡自主學習。這種圖解課程總結法清晰展現了課程重要內容和知識點之間的內在邏輯關系，不僅幫助教師理順授課思路，在授課過程中將課程內容和知識條理化、系統(tǒng)化、形象化，而且?guī)椭鷮W生理解課程中眾多圖表、圖形和曲線相互之間的內在聯(lián)系，有利于對知識的記憶、鞏固和運用，引導學生真正從材料成分、工藝、結構和性能之間的關系出發(fā)，全面認識工程材料、學會選擇和使用材料，同時也使學員的智力、能力、興趣、方法、意志等方面得到了應有的發(fā)展。

[1]李俊壽,趙芳.《工程材料》課程標準[A].軍械工程學院2014年版人才培養(yǎng)方案及課程標準[C].2014:222-225.

[2]鞏前明,姚可夫,邵洋.淺議工程材料課程教學與大學生自主學習[J].中國現代教育裝備,2016(1):59-63.