机械大类专业《工程材料及热成型工艺》课程教改研究?

戴晓元，华熳煜　罗奕兵　龙春光　寇莉莉

摘 要：分析了机械大类专业对《工程材料及热成型工艺》课程的要求和课程教学效果不理想的原因，提出了课程教学内容、方法、考核形式的有关改革措施，以着重提高学生的学习兴趣和学生的工程技术应用能力为目的，使课程的教学更适合社会经济发展对高质量机械大类专业人才的要求。

关键词：工程材料；热成型工艺；教学改革

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0000-00

《工程材料及热成型工艺》是高等院校机械大类专业的主干课程之一，是一门阐述工程材料科学及材料成形方法的技术基础课。我校机械大类设置有机械制造及自动化、车辆工程、汽车服务工程、材料成型及控制工程4个专业，该课程是这前3个专业的专业技术基础课，材料成型及控制专业对工程材料及其成型方法的要求更高。针对前3个专业，本课程的任务是从工程材料的应用角度出发，阐明工程材料的基本理论，了解材料的成分、加工工艺（塑性变形、热锻、焊接等加工、热处理）、组织与性能之间的关系，介绍金属零件热加工工艺方法（铸造、锻造和焊接）等基本知识 [1-2]。使学生通过课程的学习，在掌握工程材料的基本理论、常用工程材料及零件热加工工艺的基本知识的基础上，具备根据零部件的服役条件合理选择材料、正确制定其成形工艺方法和妥善安排工艺路线的能力，为后续课程的学习和今后从事机械（包括车辆）设计与制造相关行业工作奠定必要的基础，同时对拓宽专业面、培养复合型人才，适合社会经济发展对高质量机械大类专业人才的要求，是不可缺少的重要环节。

然而，该课程的教学效果一直不理想，其原因主要是：⑴ 《工程材料及热成型工艺》课程本身具有理论概念多、理论体系复杂、内容广泛、综合实践性强的特点；⑵ 现有的教学安排中，课程的教学课时少；⑶ 学生缺乏工业背景知识、感性认知少，学习兴趣不大。因此，有必要针对这些问题，从课程体系安排、课程教学内容、教学方法和考核形式等方面进行一系列的改革，提高课程的教学效果，满足社会对机械大类专业学生工程材料及其成形工艺方面的要求。

一、 教学内容与课程体系

《工程材料及热成型工艺》课程涉及的基本概念、基本知识点和基本理论繁多，针对机械大类专业对课程的要求特点，合理安排教学内容。⑴ 以能使本课程各部分内容能衔接为目的，来取舍基本概念、基本理论及其比重。比如我们选用的北京大学出版、申荣华主编的教材中，基本理论中晶面、晶向都没有涉及，但不讲解这部分内容，无法解释不同晶体结构金属材料塑性变形性能的优劣，所以在课程进行当中，有意加入了这部分内容，以方便学生理解。再如，由于机械工程设备、车辆等加工与使用的零部件材料主要是钢铁材料，在授课过程中，尽量详细讲解与钢铁材料有关的部分，而高分子材料、工程陶瓷、复合材料相关内容只进行简略介绍或学生自学；⑵ 与课程相关的标准，不论教材中介绍的是新标准还是旧标准，课堂上新旧标准内容、标准变动规律和查取最新标准的方法都要进行介绍，以提高学生在后续课程、及工作后的适用能力。国家标准一般会定期地进行修订，而教材的编写和使用因其自身周期的原因，使用的标准普遍滞后；企业之间的技术合同，更多使用新标准，而企业内部生产员工，往往更熟悉老标准 [3-5]。基于这种矛盾，必须讲授变动大的标准、国家相关标准的修订规律、最新规律的查找方法；⑶ 从课程体系安排上，最好是本课程与金工实习同时进行，或交叉进行，使学生能同时加深感性认识和理性认识，增进对理论的理解，二者的教学效果都可以得到提高 [6-7]。

二、 教学方法

1、 教学过程中贯穿材料四面体概念

从绪论讲授开始，提出并强调材料四面体的概念，即材料的成分、加工方法、组织、性能四者的关系，成分决定了材料的冷热塑形加工可以选择的方法，加工方法和成分一起决定了材料的组织，而材料的组织与材料的各种性能（刚性除外）几乎是一一对应的关系，即有什么样的组织就有什么样的性能。机械大类专业学生在课程学习期间，每一章节结束，在总结复习时，都可以对应材料四面体归纳本章节中所涉及的成分、加工、组织、性能四者中具体的关系及其影响规律，起到提纲挈领的效果，使学生的思维能从每章节具体的细节之中跳出来，去对应材料四面体中本章节所涉及的材料四面体中哪几类之间的相互关系，有利于学生在课程学习中站在较高的位置，对课程有整体观，有利于对所学内容进行归纳总结并反向细化。

2、课堂上采用多媒体与黑板板书相结合

多媒体教学可以把声音、动画、视频有机的结合起来，信息量大、更直观，也能通过示意表达诸如结晶过程中金属内部组织的变化。能吸引学生的眼球，提高他们对工程材料及其加工方法的学习兴趣。如晶体、晶格、晶胞、三种常见的金屬晶体结构等基本概念非常抽象，采用多媒体手段，可以准确呈现三维的空间结构，也可以避免在黑板上画图费时，更有助干学生理解，教学效果更好。

黑板板书教学比较费时，对三维空间问题表达不如多媒体清晰，但是教师书写过程的同时，学生可以跟上讲解老师的思维，也有足够的时间去消化、理解、吸收。

在采用多媒体教学的过程中教师必须控制幻灯片播放的进度，针对不同教学内容，幻灯片讲解、停留的时间不一。如绪论部分，图片多，速度可以很快，主要目的是引起学生的学习兴趣；钢热处理原理，则应结合Fe-Fe3C相图，尽量讲透彻的前提下，幻灯片应当慢放，甚至长时间停留。而在讲解合Fe- Fe3C相图，碳含量为0.45%亚共析钢的平衡结晶过程和计算室温下其组织组成物和组成相的质量分数时，就需充分发挥多媒体教学和板书教学相结合的优势，多媒体演示45钢的平衡结晶过程中相、组织的转变，黑板板书相变反应及相关杠杆定律的计算，两者的结合，更利于学生理解学习 [8]。

3、课堂上多种教学方法相结合

《工程材料及热成型工艺》课程的概念多、内容多、杂，教师在授课过程中，要充分利用各种教学方法，活跃课堂气氛，调动学生的学习兴趣，让学生参与到课堂教学中来。例如，可以围绕一个主题，让同学们分组讨论，最后派代表发言，或一小组形式写一报告、总结；采用启发式教学，多提问，让同学们多思考；对于重点内容，在讲述后的下一次课，以提问的形式复习、提醒、总结。