《机械工程材料》教学改革研究

张瑞霞，李启友，柯 鑫，饶伯华，常万顺

（武汉理工大学华夏学院 机电工程系，湖北 武汉430223）

《机械工程材料》教学改革研究

张瑞霞，李启友，柯 鑫，饶伯华，常万顺

（武汉理工大学华夏学院 机电工程系，湖北 武汉430223）

在《机械工程材料》的教学过程中，通过先进的教学理念和科学的课程体系，运用启发式教学方法并进行综合性、设计性实验的教学改革，激发了学生的学习潜能、培养了学习兴趣，显著提高了教学质量，取得了良好的教学效果。

机械工程材料；教学改革；启发式教学；综合实验

一、引言

《机械工程材料》课程是机械类和近机类各专业学生的重要专业基础课。机械工业是材料应用的重要领域，机械工程材料可分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类。材料科学是以凝聚态物理和物理化学 、晶体学为理论基础，结合冶金、机械、化工等领域的研究成果探讨材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系，力求用经济合理的方法制造出有效的器件或构件满足使用功能要求的一门学科[1]。武汉理工大学华夏学院是一所培养高素质应用型人才的独立学院，《机械工程材料》是学院机电工程系和汽车工程系专业学生的必修课。《机械工程材料》是一门以机械工程应用为背景，理论性和实践性都很强的课程。该课程教学存在的问题是：课程内容头绪多，涉及材料微观结构、材料性能、材料应用、新型工程材料及金属学与热处理工艺等，学生负担重；概念、名词术语繁多学生容易混淆；原理规律多，理论计算少（除利用杠杆定律计算平衡相的成分、重量百分比外，基本没有计算的内容），学生不适应；大量涉及材料的微观结构，内容抽象、繁杂学生难于理解和掌握；教学过程中过于拘束于传统材料科学的理论的完整性和逻辑性，在较大程度上造成了教学内容的膨胀与有限学时之间不可调和的矛盾；传统的 “注入式”教学方法使学生处于被动地位，压制了学生的好奇心和创造性，进而使之失去学习兴趣。如何使学生掌握足够的材料基础理论知识并能在工程实践灵活应用是我们教学中亟需解决的课题，该课程的教学改革势在必行。本文从改革教学理念、改进教学方法和综合性、设计性实验等几个方面对《机械工程材料》教学进行探讨。

二、改革教学理念，培养高素质应用型人才

改革机械工程材料课程重理论、轻工程应用的教学理念，建立以工程教育为重点、注重对学生工程意识和工程能力培养的新理念。材料科学与工业工程的关系极为紧密,在广泛进行企业调研并征求企业专家意见的基础上，结合机械工程实际，制定《机械工程材料》课程教学大纲。根据应用型人才培养目标优化、构建《机械工程材料》课程教学体系，课程体系注重联系物理、化学、工程力学及金属工艺学等课程相关内容，从 “材料服役状态→性能要求→材料组织→材料成份→加工过程”思路入手组织教学，引导、帮助学生牢固掌握材料基础理论知识，并能根据工程实际正确合理选材及制订加工工艺路线，注重工程意识、工程能力的锻炼，培养高素质应用型人才。

三、改进教学方法，增强学生学习的主动性和互动性

机械工程材料课程脱离工程应用的传统 “注入式 （灌输式）”教学方法，老师教得累，学生学得累，学生学后云里雾里、一团乱麻，而工程实际应用仍束手无策。如何让学生（初学者）学好抽象、深奥、陌生的材料科学知识并应用于工程实际，我们采用启发式教学方法激发学生的学习兴趣，调动其主动学习的积极性。《论语·述而》中“不愤不启，不悱不发。举一隅不以三隅反，则不复也。”指的就是启发式教学，即把握启发的时机、解开关键点：不到他努力想弄明白但仍然想不透的程度不要去开导他；不到他心里明白却不能完善表达出来的程度不要去启发他。概括地讲，启发式教学的本质特点是激发和调动学生思维的主动性和积极性，它是一个教学的指导方针，是一种教学原则，也是一种教学模式，更是一种教学指导思想，是“启”和“发”的完美结合，教师开启，学生发挥，“教”是教师导向，“学”是学生发展，教与学协调统一[2]。启发式教学是教学改革中一种科学的人性化的方法，也是一个有建设性的思路，更是一种顺应中国教育发展的趋势，它渗透在各种启发式教学方法之中。引入启发式教学有多种途径：问答式启发、纠错式启发、讨论式启发。启发式教学坚持学生是教学的主体，尊重学生的自主意识，一切教学活动都是围绕和促进学生的学。具体到机械工程材料课程课堂教学，要坚持以下几点：

（一）教学中师生地位的改变。应该将课程的主体从教师身上转移到学生身上。教师不仅要讲解材料科学的基础知识、工程应用案例，还应给学生提供探索、研究和表现的空间，鼓励学生开动脑筋，自己动手，给学生提供社会实践锻炼的机会。教师在讲授课程的过程中，要了解“授之以鱼不如授之以渔”的道理，应避免一味的讲解现成理论，而应该始终处于一种“从属”地位，做好课堂中的组织者、发现者和探索者，通过观察学生的思维变化和结果的对应关系，让学生产生强烈求知欲[3]。

（二）调动学生学习积极性。启发式教学的本质是让学生主动参与到学习活动中，充分发挥其主观能动性，调动学生积极思考问题，主动探讨问题的答案，充分发挥学生学习的积极性。课堂讨论是启发学生思维的一种有效形式，教学过程中，老师结合材料工程实际应用选题组织学生讨论。例如我们根据“机床主轴”、“模具材料”、“汽车轻量化”等材料工程实际应用选题，分选材、加工工艺路线、热处理、零部件的失效等专题组织学生讨论，督促学生主动参与并应用所学知识分析、解决工程实际问题。同时在每一章节的内容讲授结束后,留出一定的时间在课堂上让学生进行讨论,将本章节的知识点进行横向串联和复习，然后由教师提问、讲解并记录平时成绩。启发式教学要求教师具备扎实的学科理论知识、灵活的讲课方式、较强的教学组织能力创造和谐的课堂教学秩序和气氛。在答问过程中，教师应正确处理学生的答案，对待学生标新立异的回答，教师应及时给予鼓励，对于明显错误的回答，教师应给予诚恳的纠正[4]，启发式教学实施效果才会体现。

（三）采用多元化教学方式。教学方式必须和教学目标相配合，传授基础知识的教学可以运用传统的教学方法。例如：晶向指数和晶面指数的标定等主要运用了传统的板书教学模式，逐步演绎、推导、计算，这更容易使学生理解，从而掌握运用所学过的知识理解材料的内部结构；金属的结晶过程结合了动画,使结晶过程更加清晰明了地展现在学生面前，让学生对其动态过程有更直观的感受；钢的热处理则采用看录像、视频的方式,加深了学生对淬火、回火等过程的认识。在教学中控制讲解的速度,留给学生一定的思考时间和引导学生的思路,从而收到了较好的教学效果。将板书、教具等传统的教学手段与现代化教学手段相结合，使课堂教学形式由单调呆板变得丰富生动，加深学生对所学内容的理解，从而提高教学质量和水平。

（四）定期举办关于材料的学术报告会。让学生参加学术报告会，了解材料科技发展最新动态和近代成形技术，开拓视野，并精心准备一些问题，让学生获得与老师互动的机会。通过参加学术报告会，极大地激发了学生独立思考问题的能力和学习兴趣。理论教学过程中，要充分利用互联网资源，给学生播放师昌绪等材料首席科学家关于材料发展和展望的讲座视频，并在讲座结束后开展课堂讨论。通过对这些科学前沿研究成果的介绍，加深学生对课堂内容的理解，接触到最新的科学知识，达到提高教学效果的目的。

四、加强综合性、设计性实验，提高学生动手及创新能力

机械工程材料实验教学是教学过程的重要环节，是理论教学的重要补充和延伸，其目的是使学生通过实验巩固课堂上所学的理论知识，提高学生的动手能力、培养严谨的科学态度。综合性、设计性实验在培养学生独立动手能力和良好的科学素质训练方面具有不可替代的优势，它既是对学生基础性实验掌握程度的一种检验，也是衡量学生多方面能力的一项重要内容，在实验教学环节中占有重要地位。本课程对实验内容进行重新设计，增加了综合性、设计性实验，使综合、设计性实验项目占总实验项目的30%以上。

教师给出紧贴生产一线要求的综合性、设计性实验题目，学生通过查阅资料、设计实验方案，实验方案经指导教师审定后方可进行实验。在对实验评价时，着重考查学生分析问题和解决问题的能力，主要考查四方面内容：实验方案、实验态度、实验操作与实验数据记录、实验报告等。对于具有创新的实验方案并取得较好的创新性实验结果，给予适当加分。

下面以综合设计性实验——《热处理对材料性能的影响》为例介绍综合设计性实验的实施过程。首先选用45钢作为研究主体，通过设计不同的热处理工艺，用洛氏硬度计测量不同热处理工艺（淬火、回火）下工件的硬度值，联系硬度与强度的关系，理解淬火、回火对钢材性能的影响，并对比不同热处理工艺下材料的组织、性能和工艺之间的联系。通过此实验，学生熟悉材料硬度的测定原理及方法、硬度实验的物理意义和工程意义，了解显微硬度的测量范围及方法，学会使用洛氏硬度计；掌握金属金相试样制备技术，了解金相显微镜的构造、成像原理并掌握金相显微镜的使用方法，观察各种热处理工艺处理后的组织形貌；掌握常规热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺及操作方式。通过综合设计性实验使学生加深认识热处理工艺对铁碳合金的成分、组织和性能之间关系的理解及成分、组织对性能的影响，掌握热处理的工艺曲线等。

综合试验可以调动学生学习的积极性和主动性，提升学生查阅、理解文献资料的技能，培养学生的创新意识和能力，提高学生的综合素质。实验教学在培养学生注意力、观察力、想象力、发散思维能力和抽象思维能力方面有许多课堂教学所不能替代的重要作用，同时进一步培养了学生的科技写作能力。

五、结语

通过以上几个方面的教学改革实践，《机械工程材料》的教学效果得到了很大的提升，初步得到如下结论：（一）先进的教学理念和科学的课程体系建设是培养高素质应用型人才的基础和保证；（二）现代化的教学方法是实施教学改革的重点；（三）综合性、设计性实验的运用是教学改革的有力推动。技术基础课程教学改革和课程建设是一项科学性强、涉及面广、影响深远的系统工程。我们只有不断总结经验，在实际教学中日益完善、充实和深化，才能促进教学质量的进一步提高。另外，应用多媒体技术和网络技术进行《机械工程材料》的网络课程教学建设、提高该课程的教学质量和学习效果成为《机械工程材料》课程建设新的研究方向和任务。

[1]于永泗，齐民.机械工程材料[M].大连理工大学出版社，2006-01.2-3.

[2]王梦寒，李玉凤.启发式教学在“材料成形工艺学”课程中的应用[J].中国电力教育，2009，（9）.

[3]李莹莹，彭琦.《塑料成型模具设计》课程教学改革与实践[J].广西轻工业，2010，（6）.

[4]王春华.开展启发式教学，培养学生创新思维能力[J].河南工业大学学报（社会科学版），2007，（3）.