《工程材料及机械制造基础》课程改革的探索

高丽+宋秋红+袁军亭+李永国

摘要：本文通过对《工程材料及机械制造基础》课程性质和特点的分析，提出了课程改革的思路和做法。重视教学内容的优化，改变传统的教学方法，灵活多样地利用多种教学手段，新增设计性实验和进行考核方式的改革。通过上述的改革和创新，提高了教学质量，激发了学生的学习兴趣，增强了学生的学习主动性，取得了良好的教学效果。

关键词：工程材料；教学改革；机械制造

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）15-0074-02

一、引言

《工程材料及机械制造基础》是上海海洋大学工程学院为机械类专业开设的专业技术基础课，该门课是从基础课学习转向专业课学习的桥梁。它的任务是使学生了解和掌握各种金属材料的内部组织与性能之间的关系，金属材料的强化方法（尤其是热处理强化）以及各类金属材料的选用原则及注意事项。研究常用机械零件的制造方法及选择材料、制造毛坯直到加工出零件的综合性课程。该课程的特点是内容繁杂、原理规律多、术语概念多。学生普遍感到枯燥无味、难以掌握。同时，有限的学时和繁多的课程内容形成强烈反差，给教学带来困难。学生普遍反映课堂信息量大，课后难以及时消化，尤其对一些较复杂，有一定难度的问题更是难以理解和掌握，影响了学习兴趣[1-5]。通过对《工程材料及机械制造基础》课程性质和特点的分析，并结合本人多年的教学实践，从教学内容、教学方法、教学手段、实验教学和考核方式等方面进行改革和创新，学生的学习兴趣和主动性有了较大提高，能更好地掌握、理解该课程，课程改革取得了初步效果。

二、课程建设的改革

1.优化教学内容。我校所开设的《工程材料及机械制造基础》课程总共64学时，其中课堂授课56学时，内容知识面广。由于教学课时有限，必须在教学内容上进行整合优化，突出一个主线教学。整个教学内容以金属材料的成分、工艺、组织结构、性能、选材及应用为主线，层层展开，由浅入深，循序渐进。既保证了学科知识的系统性和完整性，也突出了知识的实践性。重点讲解主要的原理规律和概念定义，比如工程材料的力学性能、常见纯金属的晶体结构，合金的相结构及铁碳合金相图、塑形变形以及回复和再结晶，热处理原理和热处理工艺等。此外，进一步增加了与实际生产相联系的知识点的讲解。例如：第九章“工程材料的选用及机械零件毛坯的选择”中，重点讲解了齿轮类（汽车、拖拉机齿轮，机床变速箱齿轮），轴类零件（车床主轴、镗床主轴和内燃机曲轴等）材料的选择和热处理工艺路线的设计，以及热处理后所获得的组织。对于一些抽象难以理解的知识点做到弱化处理，例如常见金属晶格密排面和密排方向的确定。同时，给学生介绍了与高新技术或产业有关的新材料、新工艺及新技术等先进知识。例如汽车、飞机中常用的超高强度钢，航空、航天领域常用的钛合金及镁合金，同时引入一些功能材料，如超导材料、减震材料、传感器用敏感材料、新型磁驱动形状记忆合金材料等。

2.教学方法的改革。传统的教学方法是以教师、书本、课堂为中心的应试教学，学生在学习过程中主动性不高、学习效果差。因此，在教学中应改变传统的教学方法，采用启发式、导入式、讨论式、案例式等多种形式的教学方法去引导学生思考分析各类问题，使学生由被动地单向接受知识转为主动地探索知识，在教学过程中可预先设置一些问题，引导学生积极思考和学习，通过列举贴近生活的具体案例来讲述教学内容。例如，在讲授金属的塑性变形时，可以先问学生“金属锌、铜、镁哪个塑性更好，为什么？”在讲解金属的加工硬化时，可以问学生“为什么室温下反复弯折钢丝，会越弯越硬？”学生经过讨论，产生疑问，带着问题听取老师讲授基本原理更加专注，更认真。讲课时，经常采取启发式教学，给学生思考的空间，再加以引导，加深了学生对所学知识点的理解。比如当讲解金属冲击韧性这个知识点时，可询问学生巨轮“泰坦尼克号”是如何沉没的。大部分学生对电影“泰坦尼克号”都很熟悉，当大家众说纷纭时，老师从材料学角度去科学分析并给出结论，学生们很感兴趣。案例式教学特别是灵活多变地引用学生们所熟悉的实例，能把所学知识实用化，在快乐中学习，大大激发了学生们求知欲望。另外，本课程增加了两节讨论课，分别在铁碳相图和钢的热处理课程讲完以后进行，给学生预先准备八个讨论题目，以班为单位进行讨论，每个题目讨论完毕及整个讨论课结束时，老师及时总结，学生普遍反映良好。

3.充分利用教学手段，提高教学效果。对于《工程材料及机械制造基础》这门课程，基本原理非常抽象，如果仅采用传统的板书教学，学生难以理解。此时，丰富多样的多媒体教学正好弥补了这个缺憾。大量图片、动画以及视频等教学资源的运用，使得本来晦涩难懂的内容，变得形象、生动，便于学生理解，提高了学生的学习兴趣和积极性。例如线缺陷主要包括刃型位错和螺型位错，由于位错理解起来很抽象，通过三维造型软件建立模型，通过模型演示其位错运动。主要包括两种位错的立体图，前视图和俯视图，这样学生能更好理解。又例如讲解匀晶相图时，合金结晶过程中，随着温度的变化，液相和固相除了数量的变化外，液相的成分沿着液相线在变，固相的成分沿着固相线在变。教课书上仅有一张图片，学生较难理解。现通过ppt动画演示，学生反映较好。再如讲解铸造、锻压和焊接这三章时，介绍新型生产方法，仅有文字简单介绍，较难理解。对于机制专业的学生，了解最新的热加工的各种方法是十分必要的。通过网上搜索和各种培训，收集到许多相关视频。上课时除了老师的讲解外，相关视频的播放，更加形象和生动。采用多媒体手段进行教学，虽然比较直观生动，但最大的缺点在于授课进度较快，学生只是表层的快速浏览，其实并未真正理解掌握。因此，传统的板书教学在该门课中仍然起到了非常重要的作用，在某些章节还有一定比例的增加，板书起到了提纲挈领的作用。对于每堂课的重点、难点仍然采用板书形式。传统的板书和多媒体教学是个相辅相成的关系，现代与传统教学手段有机结合，互相补充，才能有效提高学生的学习兴趣和学习效率，提高课堂教学质量。

4.新增设计性实验。以往《工程材料及机械制造基础》课程所开设的实验项目大多是验证性的，例如铁碳合金平衡组织观察、铸铁组织观察等。课堂上学生只是简单的观察和验证，不能发挥学生的主观能动性，学习积极性差，不利于科学思维的培养。为了克服这些缺点，本次课程改革在课程实验教学中，增加设计性实验的比例。学生根据题目可以自主设计实验。本课程新增设计性实验为：不同钢种热处理工艺路线设计和显微组织观察。可选题目为“弹簧钢热处理工艺路线设计和显微组织观察”、“碳素工具钢热处理工艺路线设计和显微组织观察”、“高碳钢热处理工艺路线设计和显微组织观察”。主要内容包括：通过分析每个钢种的工况条件和失效方式，根据所学理论知识并查阅相关资料，设计合理正确的热处理工艺路线，并将热处理后的试样，进行金相试样的制备并进行光学显微组织的观察。在这个设计性实验中，学生成了主体，教师只是指导者，重点考查设计方案的可行性，并启发学生完善实验方案。当实验方案可行后，学生开始熟悉与实验相关的实验设备，包括热处理箱式炉、金相试样磨抛机、金相显微镜；同时准备好实验材料。学生根据制定好的热处理工艺路线独立完成实验操作，分析实验数据，并撰写实验报告。设计性实验的增加，学生可以自主设计实验方案并独立完成实验操作，充分发挥了学生的主观能动性。

5.考核方式的改革。以往该门课程的考核内容、形式单一，主要包括平时成绩和期末考试两大部分。而考试题目则主要由名词解释、填空、选择、简答等组成。由于该门课计算题较少，主要是原理阐述和性能的分析。这种考核模式，常常会导致部分学生不注重平时学习，仅靠考前突击、死记硬背，有时侥幸还能取得不错的成绩，但其实并未真正理解和掌握，未能达到该门课对学生的要求。因此，这种考核方式存在一定的局限性，急需对考核方式进行大胆的改革和创新。目前我们将“结果性”考核变为“过程性”或“阶段性”考核，结合教学实际，增加课内实验、课堂讨论的成绩比重，同时将平时作业、课堂表现、实验成绩、阶段测试与期末考试等结合起来综合考察，评定最终成绩。目前，该门课程期末考试成绩占60%，阶段测试占10%，实验成绩占10%，平时作业占10%、课堂讨论占10%。这种综合考核方式，更加注重学生平时知识的积累，所学知识的灵活运用，实验操作能力的提高，更能客观地评价学生综合知识的掌握程度，更有效地达到提高教学效果和教学质量的目的。

三、结束语

本文对《工程材料及机械制造基础》进行了课程改革的初步探索，主要包括教学内容、教学方法、教学手段、实践教学和考核方式的改革和创新。通过几年的教学实践，激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛，改善了以往课堂死气沉沉的局面，提高了学生的学习主动性。不仅使学生更好地掌握基本理论知识，还提高了学生运用所学知识分析问题和解决问题的能力，取得了良好的教学效果。

参考文献：

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