基于案例教学的工程材料教学改革

摘要：针对工程材料教学中存在的问题，提出了采用案例教学的课堂教学改革方案，通过整合课程内容体系，构建案例资源库，利用案例教学培养学生的工程意识，提升教学效果。

关键词：工程材料；案例教学；工程应用

基金项目：丽水学院课堂教学改革重点项目资助（“《工程材料》应用案例式教学的探索”，编号14KZ08）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：

工程材料是机械类专业十分重要的学科基础课，该课程主要面向我校机械设计及其自动化专业本科生，为此开设了《工程材料及成型技术基础》课程。该课程工程材料部分主要包括材料力学性能、材料科学理论基础、热处理工艺、工程材料选用等四大部分，涵盖金属、陶瓷、高分子和复合材料等四大类常用工程材料，具有专业概念多、理论内容抽象的特点。学生普遍反映学习难度大、学习兴趣低，相关知识掌握程度差。工程材料又与后续的机械设计、机械制造、课程设计等课程有很强的关联性，是培养装备设计技术人才的学科基础课程。但是从笔者多年指导本科毕业设计的经验来看，多数机械设计及其自动化专业学生在装备设计时，选材、用材上出现较多问题，学生工程应用能力普遍较弱。

传统的工程材料教学以理论知识讲授为主，学生被动学习相关概念和理论，课上相关工程背景与工程应用实例介绍较少，课程教学方法较为单一，课程与后续相关课程的融合度较差。在本校2015年专业培养方案修订后，专业课程教学学时普遍压缩，工程材料部分的教学课时压缩到24课时。基于以上现状及问题，需要对课程内容进行精简整合，同时也开展课堂教学改革以提高学习效果。从2015年开始，我们教学团队结合地方制造产业特色及教师科研成果，课堂教学融入案例教学，开展提高工科学生工程能力的探索。

一、课程教学内容的整合

工程材料课程以材料的四要素（成分、组织、工艺、性能）为主线，教学过程紧扣应用型工程技术人才培养目标，以材料设计、应用为导向，强化学生工程观念，锻炼工程实践能力。为此，我们对工程材料部分教学内容进行了精简，减少了课程理论部分的讲授，同时根据产业发展的趋势，结合地方产业特色，在课时压缩的背景下加入了高分子材料、陶瓷材料、复合材料等内容。工程材料部分的教学内容经梳理后，分为四个项目：材料性能、材料结构、热处理工艺、工程材料选用，教学过程按材料四要素串联各部分的知识点，教学实施具有明显的层次性。

二、课程案例资源库的建设与实施

为了培养学生的工程意识，在课堂教学中融入案例式教学，构建了案例资源库，共计二十多个教学案例。案例的教学实施分为三种形式：一为引导型，利用工程案例导入知识点，吸引学生注意力，提高学生的学习乐趣；二为工程认知型，课堂知识点介绍后，引入工程案例或工程问题，以刚学到的知识内容来分析工程问题，强化学生对所学知识内容的理解；三为工程应用型，以工程设计应用为导向，结合所学知识内容，分析工程问题，提出工程问题的解决方法。三种教学形式层层递进，在案例教学实施过程中可以一例多用，逐步加强学生的工程意识。

以“泰坦尼克号的沉没”为例，此案例在教学中应用次数较多：在讲授材料力学性能一章开始时，即引入本案例，提出“为什么号称“永不沉没的轮船”首航时却沉没了”的问题，供学生自由讨论，激发学生学习兴趣，让学生带着问题学习本章内容。当讲到冲击韧性时，再次分析此案例，从材料低温力学性能的角度解释轮船沉没的原因，加深学生对金属材料低温力学性能的理解。当讲到工业用钢时，又结合此案例，介绍钢中S、P杂质对钢力学性能的影响，从工程应用的角度提出一个假设问题，即“如果在寒冷地区采用碳钢作为工程构件，从工程设计的角度出发需要满足哪些力学性能？”，由学生分组讨论，分析此工况下可能产生的失效形式，并寻求解决方案。

为了提高学生的学习兴趣，教学案例中引入了与失效分析相关的热点新闻报道，比如从今年SpaceX火箭爆炸事件引申到1986年的“挑战者号”航天飞机失事事故分析。通过这一案例分析，提示学生在工程设计时需要考虑材料在不同工况下的性能，避免零件因材料失效造成严重的事故。在教学中还结合了教师的科研项目作为教学案例，如讲到表面处理时，以本地特色产业——直线导轨的热处理为例，介绍不同企业高频淬火、回火热处理工艺的差别，从提高产品性能的角度出发，让学生讨论在生产中如何设计直线导轨的热处理工艺，激发学生对工程实践的兴趣。

案例教学的实施有助于培养学生分析和解决工程问题的能力，为了固化案例教学效果，通常在课堂上布置2-3个案例相关的问题或方向，学生在课后查找文献资料，深入拓展案例教学中的知识点，同时提交与案例相关的书面报告，进一步培养学生的归纳总结能力。

三、教学改革经验与效果

案例教学需要收集大量的案例资料，不仅要求任课教师熟练掌握工程材料课程内容，同时还要有比较广的学科知识积累，将案例与课堂教学知识内容融合，并且巧妙的设计案例教学环节，提升教学效果。通过教学改革的实践，我们教学团队不断积累、筛选教学案例，初步建立了案例资源库，后期仍需要继续增加案例，供学生课后练习使用。

采用案例教学激发了学生的学习积极性，课程中期调查结果显示对案例教学感兴趣的比例达到了79%。通过案例教学，改变了传统的“灌输式”教学，课堂气氛活跃，师生互动多，同时提高了学生理解、运用知识的能力，锻炼了学生分析问题、解决问题的能力，有助于提高学生的工程意识和创新能力。目前，案例教学取得了一定效果，但如何有效的组织案例教学需要进一步探索。

四、总结

在教学课时缩减的背景下，教学团队实施了案例教学，激发了学生学习兴趣，教学实施过程中结合图片、影像立体展现知识内容，让学生将理论知识与工程实践结合，锻炼了学生的分析和解决问题、总结归纳的能力。在今后的教学实践中，我们将繼续探索以工程教育为目标的案例教学，培养高素质应用型工程技术人才。

参考文献：

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作者简介：苗义高（1986-），男，博士，丽水学院机械工程系教师，讲师，主要研究方向为金属材料热处理、纳米材料制备。 E-mail： miao@lsu.edu.cn 电话：15706807636