新工科背景下《工程材料及制造技术基础》课程教学探索

郭二廓

摘  要：《工程材料及制造技术基础》是高等学校机械类专业的一门技术基础必修課程，该课程具有理论体系复杂、知识覆盖面广、综合实践性强等特点。针对该课程特点和学生学习效果不佳的情况，结合新工科的培养要求，文章分析了现有课程教学体系和教学现状中存在的问题，并据此提出了《工程材料及制造技术基础》的课程教学改革探索：一是构建大工程材料的内在课程体系、二是采用多元化的教学模式、三是注重理论与实践的统一性，旨在满足新工科专业的课程建设需要，提高应用型人才的培养质量。

关键词：工程材料及制造技术;新工科;课程改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）24-0079-03

Abstract： Fundamentals of Engineering Materials and Manufacturing Technology is one of the compulsory courses for mechanical students in higher education. The course involves complex theoretical system， wide knowledge and lots of practice. In view of the characteristics of the course and students' poor learning effect， this thesis analyzed the problems existing in the current course teaching system combined with the training requirements of new engineering. The strategies for course teaching reform are put forward： to establish an intrinsic curriculum system for large engineering materials， to use a diversified teaching model， and to pay attention to the unity of theory and practice so as to meet the requirements for new engineering majors and cultivate the high-level engineering talents.

Keywords： Engineering Materials and Manufacturing Technology; new engineering; teaching reform

一、概述

当前，随着我国经济的快速发展，企业对本科人才的培养要求越来越高。为了适应快速发展的经济，培养新型工程创新人才，高等工程教育必须进行全面、深刻的改革和创新[1]。新工科（Emerging Engineering Education，3E）是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的我国工程教育改革方向[2]。随着新工科内涵的不断延伸，现有的一些机械工程类专业课程的教学内容和教学方法已不适应新工科背景下的培养要求，而传统验证性实验教学也难以满足提升学生的工程实践能力的需求。

《工程材料及制造技术基础》是高等学校机械类专业和近机械类专业的一门技术基础必修课程。它是在传统的《金属工艺学》基础上发展而来的一门课程，具有理论体系复杂、知识覆盖面广、综合实践性强等特点，对培养高质量、交叉复合型、工程应用型人才具有重要作用。在实际的教学过程中，由于学生工业背景知识欠缺，实践认识不足，再加上内容繁杂，教学效果不太理想。近年来，针对《工程材料及制造技术基础》的课程教学改革方面，虽然部分文献[3-6]对相似课程的教学内容改革、教学方法与教学手段创新，以及人才培养模式改革等方面进行了探索，但是在新工科背景下该课程的改革还需要进一步探索。本文分析了现有课程教学体系和教学现状中存在的问题，结合新工科的培养要求，提出了该课程的教学改革方向：一是构建大工程材料的内在课程体系，二是采用多元化的教学模式，三是注重理论与实践的统一性。

二、现有课程教学体系及教学现状

《工程材料及制造技术基础》的培养目标是通过对本课程的学习，使学生掌握有关机械工程材料及机器零件成型方法的基本理论、基本知识和技能，理解常用机械工程材料的成分、组织结构及工艺对性能的影响，了解机械领域的新材料及成型加工的新技术、新工艺和发展趋势，具备合理选用机械工程材料、毛坯的能力，并根据工程材料的相关应用要求，具备对其进行合理实验设计和测试的能力，为后续专业课程学习、实验环节和将来从事专业生产技术工作奠定必要的基础。

目前，我校的《工程材料及制造技术基础》课程是作为机电类、近机械类相关专业的必修课，主要包含两个部分内容，一部分是《工程材料及其成型基础》，另一部分是《机械制造工艺基础》。随着高等教育改革的不断深入，强化基础和学时锐减的矛盾日益突出，这一点在该课程上体现尤为明显。本课程共60学时，其中实验环节占8个学时，也就是说，要使学生要在52学时内掌握各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系，对授课教师的教学内容、教学方法和实验安排的要求极高，而传统的教学方法多以教师讲授为主，以典型实验、课后作业和学习指导手册为辅，学习效果以考试成绩来评定。但是这种教学模式不仅教学效果不理想，而且不符合新工科背景下的人才培养要求。究其原因，主要有以下几个方面。

（一）教学内容面向工程化程度不够

新工科作为一种新型工程教育，其育人的本质没有变，但对人才的培养要求发生了变化[2]。一方面，新形势下人才培养面向工程化程度不够。当前我国产业发展不平衡，虽然我国提出了“中国制造2025”发展战略，但很多制造领域还处在电气化和自动化的发展阶段，因此对工程技术人才的需求复杂多样，这就要求在新工科背景下，培养能够继承与创新、交叉与融合、协调与共享和面向工程化的复合型人才。另一方面，新材料、新工艺、新技术的工程应用在教学内容中体现不够。以机械类专业常用的钢铁材料为例，近年来，传统的钢铁冶炼、浇铸、轧制、热处理和加工工艺和方法出现了许多创新改进技术，例如组织的微合金化技术、钢组织淬火分离技术、超快速冷却技术TMCP（控制轧制和控制冷却）、焊接熔池净化技术，以及新型组织和材料的带来的特殊加工工艺等。因此，目前该课程的教学内容与产业发展和工程化需求对接不够紧密，不能满足新工程背景下的工程教育对教学内容的新要求，还需要进一步探索面向产业化和工程化的教学内容改革方法。

（二）教学方法缺乏创新性

随着高等教育改革的不断深入，强化基础和學时锐减的矛盾日益突出，现有的教学方法已不适应新工科的培养要求，并且逐渐走向两个极端。一方面，仍然采用传统的灌输式教学方法，不能充分调动学生学习的积极性。例如：在讲授铁碳合金相图知识点时，多数教师仍然采用讲授与板书结合的形式，教学过程略显沉闷和呆板，使本来就抽象和晦涩的相图更加难以理解，教学效果也很难达到预期要求。另一方面，过分依赖多媒体教学手段，弱化了教学方法的作用。随着互联网+在教育教学领域的推广，翻转课堂、微课、慕课等纷纷来袭，这些手段的引入使教学内容化抽象为直观、化繁杂为简单，然而，这种教学方法也会使知识碎片化，不利于学生对课程内在理论体系的理解和掌握。例如，在《工程材料及制造技术基础》的学习过程中，不仅要识记和辨析诸多的概念，而且还要把握住各章节之间的一条主线。因此，要使学生能够尽量消化和理解工程材料及其成形的基本理论和知识，还要进一步的在教学方法上进行探索。

（三）实践与理论环节结合不足

《工程材料及制造技术基础》是一门与实践紧密相关的课程，工程材料及成形技术的工程应用是本课程核心内容，其基本原理与基本知识的学习要落实在机械设计与机械制造的具体工程应用上，特别是材料在不同条件下的组织和性能、工艺设计和结构工艺性以及不同切削成形方法的优缺点等，学生必须具备一定的实践观察才能更好的理解和掌握，而目前该课程的前期基础仅有金工实习和4个基础性观察实验，实践环节不足以满足理论环节的支撑要求。此外，现有的教学模式将理论和实践在时空上分离[3]，理论部分由主讲教师负责前期讲授，而实践部分由专门的实验教师后续完成，这样就使实践环节与理论环节相脱节，在理论环节上学生由于缺少感性认识而对一些抽象的知识点难以理解，在实践环节上学生由于理论知识掌握模糊只能停留在获得一些较低层次的感性认识和操作技能，从而造成了学生知和行的不统一。

三、课程教学改革探索

（一）构建大工程材料的内在课程体系

传统的《工程材料及制造技术基础》是将热加工和冷加工按照先后顺序来讲授，这样划分的好处是使课程内容由浅入深、由基础理论到实际应用，便于学生理解。同时，也带来了一个问题，即学生前后所学内容脱节严重。在考试过程中发现，学生对于一些考查前后知识点融会贯通能力的题目答题情况较差，这也从侧面反映教师并没有注重从课程内容全局的角度把握课程。我们仔细梳理一下可以发现，这门课程的核心内容其实是围绕着一条主线展开的：成分-工艺-结构-性能-选材-改性-成形-加工。因此，在新工科背景下该课程应构建大工程材料的内在课程体系，课程教学内容应打破热加工与冷加工的界限、打破各章节之间的限制，通过举例一些典型机械零件的制造过程，使学生能够根据机械零件性能要求和使用条件，对机械零件进行合理的结构设计、选材、热处理、成形及制定加工工艺路线，将相对独立的各章节内容建立起内在联系，使学生系统化学习相关理论，形成一个有机的整体知识结构。

（二）采用多元化的教学模式

在新工科背景下，应注重现代教学手段与传统教学方法相结合。一方面，充分利用网络和多媒体的优势，将多元化的教学方式和方法吸收进课程教学中，使专业知识中涉及到的大量理论和原理更加直观地呈现，促进学生对所学内容的学习和理解。另一方面，继承和发扬传统教学方法的优点，通过案例教学，列举学生日常生活中接触到的或是能接受的生产应用实例，帮助学生理解复杂原理，通过对重难点内容进行详细地分析归纳，指导学生辨析重难点概念。例如，在讲授本课程的重难点内容铁碳合金相图时，我们参考网络上的一些教学方法，采用“口诀助记法”，把复杂的铁碳合金相图归纳为“两平”、“三垂”、“十星”、“五弧”、“十二面”，以便于学生识记相图。此外，我们还综合运用“图表归纳法”、“特征分析法”、“条件筛选法”等多种方法对本课程进行学习指导。

（三）注重理论与实践的统一性

适当增加课程实验和实践环节在本课程中所占比例。在实验目的的设置上要提出一些开放性实验，培养学生的创新能力;在实验内容和选择上要适当增加一些能与工程应用紧密结合的实验，培养学生的工程应用能力;在实践过程上充分利用大学生科技创新活动，通过对机械产品的设计和对零部件的加工，培养学生理论应用于实践的能力。同时，加强对课程后续实践环节的学习和指导。本课程的学习并不局限于这一门课程，根据调查结果[6]，各地区工科院校机械类专业《工程材料及制造技术基础》课程的上课学期基本安排在第4学期或第5学期，各院校的《生产实习》课程基本安排在第6和第7学期。生产实习环节是学生将本课程所学理论知识落实在机械制造工程应用上的最佳途径，特别是对于一些关键零部件的选材、热处理、成形和加工工艺等，如果不能给予合理的指导和讲解，学生将错过复习和巩固该课程所学知识的最佳时期。因此，学校在后续安排生产实习带队教师时，应将相关课程教师列入其中，使理论环节和实践环节的教学教师相统一。

四、结束语

新工科建设是一个长期的过程，探索新工科背景下的《工程材料及制造技术基础》课程教学改革也是一个不断完善的过程。为了适应新时期的人才培养需求，必须从大工程材料的高度去把握课程内容，关注新材料、新技术、新方法，不断更新教学内容，创新课程教学方法，注重理论和实践的统一，才能切实满足新工科专业的课程建设要求，培养具有较强工程实践能力的新工科人才。

参考文献：

[1]顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017，6：1-13.

[2]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，3：1-6.

[3]许小锋，倪益华，侯英岢，等.《工程材料与机械制造技术基础》课程教学内容改革探索[J].产业与科技论坛，2014，13（12）：194-195.

[4]崔熙贵.新要求下《工程材料及其成型基础》教学改革探索[J]. 高教学刊，2017，24：121-123.

[5]汪志刚，齐亮，朱志云，等.“新工科”背景下《金属材料及热处理》课程改革探索[J].高教学刊，2018，10：121-123.

[6]黄根哲，宋善女.工科院校机械类专业《工程材料与机械制造基础》系列课程发展初析[J].教育教学论坛，2016，23：154-157.