新工科背景下《机械工程材料》课程教学的探索

陈昶　熊志宏　殷赳

【摘 要】在新工科建设背景下，对机械类专业人才提出了新的要求。《机械工程材料》作为机械类专业核心课程，在人才培养体系中起着至关重要的作用。本文在调整教学内容，丰富教学手段和强化教师素质三大方面对新时期下《机械工程材料》课程教学进行了相应的探索，以期提升该门课程的教学质量，培养出满足新工科建设要求的综合性机械类专业人才。

【关键词】新工科；机械工程材料；教学；探索

随着工业4.0和中国制造2025的深入推进，我国的经济发展步入一个新的腾飞阶段，高等教育进入了一个新的改革进程[1]。2017年年初，教育部在复旦大学召开了综合性高校工程教育发展战略研讨会，达成了“新工科建设复旦共识”，并且发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，标志着我国的工程教育翻开了新工科建设的新篇章。

所谓新工科，即新兴产业学科，是指针对新兴产业而凸显学科交叉性和综合性的宽口径专业，比如人工智能、机器人、智能制造、智慧城市、云计算等，也可以是传统工科专业应对新科技的革新[2]。机械类作为机械、信息、材料、控制相交叉，传统与现在相结合的专业，理所当然的成为了新工科专业建设改革的排头兵。

《机械工程材料》是机械类专业的核心课程之一，通过该门课程的学习，可以使学生在获得有关金属学，热处理的基本理论和机械工程材料的一般知识的基础上了解常用机械工程材料的成份、组织和性能之间的关系及其热处理工艺和用途。同时，使学生掌握一些材料的制备工艺，能初步通过设计材料的制备工艺来达到改善材料的某些性能。该门课程以《材料力学》和《金工实训》为先修课程，并且为后续的《机械制造技术基础》、《现代模具设计》等课程的学习打下理论基础，具有承上启下的意义，其对于机械类专业学生的重要性不言而喻。在时代的背景和改革的环境下，也必须对其教学过程赋予新的内容。笔者就湖南城市学院的实际情况，以创新为导向，对新时期的《机械工程材料》课程教学进行了相应的探索。

1 调整教学内容

目前人才培养方案下的《机械工程材料》课程教学内容抽象单一，晦涩难懂，各章节内容间联系不紧密，学生对于知识的获取大多为强制记忆和反复练习[3]。比如掌握铁-碳合金相图中各特性点所对应的温度、碳含量以及各特性线的含义，除了“死记硬背”似乎找不到其他更有效的方法，这样不利于调动学生的学习积极性和培养学生的主动学习动机。在这种情况下，想要提高课程的教学质量及效率，教学内容的调整就显得尤为重要。

1.1 优化理论教学侧重

目前的《机械工程材料》理论课程分为四大模块，分别为金属材料及其热处理、非金属材料、机械零件的失效与选材、新材料和新工艺，其中金属材料及其热处理的知识比重极大，占整个课程的70%以上，对于非金属材料的讲述较为片面，而新材料和新工艺更是一笔带过。而在实际的生产实践中，金属材料在机械制造中固然是占据着半壁江山，但是非金属材料及新材料也大有后发赶超之势，某些金属制机械零件已经部分甚至完全被非金属材料及复合材料所替代。因此，理论课程的教学侧重应该与时代相结合，由金属材料向新材料过渡，由传统向新兴过渡。

1.2 改革实验教学

由于受前期基础建设条件的制约，实验教学仅固定开设三项实验项目，并且均为验证性实验，分别为材料硬度的测定、铁-碳合金平衡组织观察以及碳钢的热处理实验，实验内容单调、乏味、滞后，与时代脱节。对于简单的验证性实验，学生只需按部就班，机械式地完成任务，不利于调动学生的积极性和激发他们的自主探索能力和创新能力。因此，在本校实验条件大为改善的情况下，将原有的三个实验项目提升为八个，加入与形状记忆合金、功能梯度材料、以及纳米材料等新材料相关的实验内容，充分与前沿科技相接轨，让学生在实验室中就能亲身感受到现代科学技术的发展。同时，将验证性实验改为开放性创新实验，教师不再对实验进行演示，只负责提供实验用品、保障实验安全和适时点拨等辅助性工作，实验全程由学生自主思考，自主操作，最终得到理想的实验结果，从而培养了学生分析问题和解决问题的能力[4]。

2 丰富教学手段

教学手段的采取和实施是关系到教学效果的关键要素，教学手段就是教师的武器，在现代教学环境下，“一招鲜，吃遍天”已经不在适用了，教师们需要丰富自己的教学手段，做到“十八般兵器样样精通”，才能在教学改革的洪流中立于不败之地。

2.1 充分利用计算机辅助教学

计算机辅助教学是利用文字、图形、图像、音频、视频等现代教学媒体对课堂教学进行优化的教学手段，是现代信息化科技的产物。虽然计算机辅助教学不能完全替代传统的板书讲授教学，但是是对其强有力的补充，二者相辅相成，产生优良的教学过程结构和教学效果[5]。通过计算机辅助教学，可以提升课堂的趣味性，将大量生涩抽象的知识点变得生动直观。比如掌握金属晶体的结构及确定晶面晶向，在二维的黑板或教学挂图上表达三维立体晶体，不仅教学效率低，学生也不易理解；而使用模型教具，又受其大小限制而难以有效地向整个课堂展示，影响教学效果；但是，将晶体结构通过PRO/E、UG、CATIA等三维CAD软件绘制出来，金属晶体的结构将会栩栩如生的展现在每一个学生面前，显著提升学生对该知识点的理解，达到事半功倍之效。因此，在教学中，教师要充分利用计算机辅助教学，把它有机的和传统板书讲授教学有机的结合起来，达到理想的教学效果。

2.2 引导学生走上讲台

对于部分相对简单的章节，可以一改惯常的“教师讲，学生听”的模式，转变为“学生讲，教师听”。把课堂分为若干小组，将教学内容分配至各组，学生自行设计课件、归纳重点难点并轮流讲师，课后教师对各组进行点评指正，并对个别关键知识点作出强调。这样，不仅能充分调动学生的主观能动性，激发了学生的学习热情，使其对教学内容有更深刻的理解，同时还锻炼了学生的语言文字表达能力和组织协调能力。

3 强化教师素质

教师是教学的主体之一，教师水平的高低直接决定教学质量的优劣。现阶段，个别教师固步自封，长期以来教案一尘不变，去年用完今年再用，教学内容陈旧不堪，缺乏创新和与前沿科技的对接，在新工科的背景下，注定将要跟不上时代的脚步而被淘汰。因此，教师队伍要不断武装自己，提升自身的综合能力，才能在工程教育改革的洪流中脱颖而出。具体采取的措施有：

1）选派教师进入企业顶岗进修。通过在行业内的知名企业的实践，了解产业的前沿动态，与自身的理论知识相结合，做到“双师双能”，有利于教学的有的放矢。

2）广泛开展交流。积极向一流高校以及同类型中《机械工程材料》课程师资队伍建设出类拔萃的高校学习，汲取成功经验，结合本校实际情况予以应用。

4 小结

只有通过持续改革，培养学生的创新能力，将理论与实践相结合，同时提升教师的教学能力，强化教师整体素质，主动对接时代，才能提升《机械工程材料课程》的教学质量，培养出满足新工科建设要求的综合性机械类专业人才。

【参考文献】

[1]周崇松，刘卉，何笃贵，等.新工科背景下《计算机在专业中的应用》课程教学改革实践[J].山东化工，2017（16）：180+187.

[2]陶銘，曲超，洪小宇.“新工科”背景下物联网工程专业人才培养方案探索[J].现代计算机，2017，（21）：39-43.

[3]向延鸿，李剑.机械工程材料课程教学改革探讨[J].科技视界， 2016，（8）：67-67.

[4]孙耀宁，于青，孙文磊.机械工程材料开放性实验体系建设探讨[J].中国现代教育装备，2014（7）：45-46.

[5]罗洪峰，史留勇，林茂.机械工程材料教学创新与改革[J].教育教学论坛，2017（4）：143-144.endprint