《機(jī)械工程材料》教學(xué)改革研究

張瑞霞，李啟友，柯 鑫，饒伯華，常萬(wàn)順

（武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 機(jī)電工程系，湖北 武漢430223）

《機(jī)械工程材料》教學(xué)改革研究

張瑞霞，李啟友，柯 鑫，饒伯華，常萬(wàn)順

（武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院 機(jī)電工程系，湖北 武漢430223）

在《機(jī)械工程材料》的教學(xué)過程中，通過先進(jìn)的教學(xué)理念和科學(xué)的課程體系，運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)方法并進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能、培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣，顯著提高了教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的教學(xué)效果。

機(jī)械工程材料；教學(xué)改革；啟發(fā)式教學(xué)；綜合實(shí)驗(yàn)

一、引言

《機(jī)械工程材料》課程是機(jī)械類和近機(jī)類各專業(yè)學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。機(jī)械工業(yè)是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域，機(jī)械工程材料可分為金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類。材料科學(xué)是以凝聚態(tài)物理和物理化學(xué) 、晶體學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合冶金、機(jī)械、化工等領(lǐng)域的研究成果探討材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系，力求用經(jīng)濟(jì)合理的方法制造出有效的器件或構(gòu)件滿足使用功能要求的一門學(xué)科[1]。武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院是一所培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的獨(dú)立學(xué)院，《機(jī)械工程材料》是學(xué)院機(jī)電工程系和汽車工程系專業(yè)學(xué)生的必修課?！稒C(jī)械工程材料》是一門以機(jī)械工程應(yīng)用為背景，理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。該課程教學(xué)存在的問題是：課程內(nèi)容頭緒多，涉及材料微觀結(jié)構(gòu)、材料性能、材料應(yīng)用、新型工程材料及金屬學(xué)與熱處理工藝等，學(xué)生負(fù)擔(dān)重；概念、名詞術(shù)語(yǔ)繁多學(xué)生容易混淆；原理規(guī)律多，理論計(jì)算少（除利用杠桿定律計(jì)算平衡相的成分、重量百分比外，基本沒有計(jì)算的內(nèi)容），學(xué)生不適應(yīng)；大量涉及材料的微觀結(jié)構(gòu)，內(nèi)容抽象、繁雜學(xué)生難于理解和掌握；教學(xué)過程中過于拘束于傳統(tǒng)材料科學(xué)的理論的完整性和邏輯性，在較大程度上造成了教學(xué)內(nèi)容的膨脹與有限學(xué)時(shí)之間不可調(diào)和的矛盾；傳統(tǒng)的 “注入式”教學(xué)方法使學(xué)生處于被動(dòng)地位，壓制了學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造性，進(jìn)而使之失去學(xué)習(xí)興趣。如何使學(xué)生掌握足夠的材料基礎(chǔ)理論知識(shí)并能在工程實(shí)踐靈活應(yīng)用是我們教學(xué)中亟需解決的課題，該課程的教學(xué)改革勢(shì)在必行。本文從改革教學(xué)理念、改進(jìn)教學(xué)方法和綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)方面對(duì)《機(jī)械工程材料》教學(xué)進(jìn)行探討。

二、改革教學(xué)理念，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才

改革機(jī)械工程材料課程重理論、輕工程應(yīng)用的教學(xué)理念，建立以工程教育為重點(diǎn)、注重對(duì)學(xué)生工程意識(shí)和工程能力培養(yǎng)的新理念。材料科學(xué)與工業(yè)工程的關(guān)系極為緊密,在廣泛進(jìn)行企業(yè)調(diào)研并征求企業(yè)專家意見的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械工程實(shí)際，制定《機(jī)械工程材料》課程教學(xué)大綱。根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)優(yōu)化、構(gòu)建《機(jī)械工程材料》課程教學(xué)體系，課程體系注重聯(lián)系物理、化學(xué)、工程力學(xué)及金屬工藝學(xué)等課程相關(guān)內(nèi)容，從 “材料服役狀態(tài)→性能要求→材料組織→材料成份→加工過程”思路入手組織教學(xué)，引導(dǎo)、幫助學(xué)生牢固掌握材料基礎(chǔ)理論知識(shí)，并能根據(jù)工程實(shí)際正確合理選材及制訂加工工藝路線，注重工程意識(shí)、工程能力的鍛煉，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

三、改進(jìn)教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和互動(dòng)性

機(jī)械工程材料課程脫離工程應(yīng)用的傳統(tǒng) “注入式 （灌輸式）”教學(xué)方法，老師教得累，學(xué)生學(xué)得累，學(xué)生學(xué)后云里霧里、一團(tuán)亂麻，而工程實(shí)際應(yīng)用仍束手無(wú)策。如何讓學(xué)生（初學(xué)者）學(xué)好抽象、深?yuàn)W、陌生的材料科學(xué)知識(shí)并應(yīng)用于工程實(shí)際，我們采用啟發(fā)式教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性?！墩撜Z(yǔ)·述而》中“不憤不啟，不悱不發(fā)。舉一隅不以三隅反，則不復(fù)也。”指的就是啟發(fā)式教學(xué)，即把握啟發(fā)的時(shí)機(jī)、解開關(guān)鍵點(diǎn)：不到他努力想弄明白但仍然想不透的程度不要去開導(dǎo)他；不到他心里明白卻不能完善表達(dá)出來(lái)的程度不要去啟發(fā)他。概括地講，啟發(fā)式教學(xué)的本質(zhì)特點(diǎn)是激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的主動(dòng)性和積極性，它是一個(gè)教學(xué)的指導(dǎo)方針，是一種教學(xué)原則，也是一種教學(xué)模式，更是一種教學(xué)指導(dǎo)思想，是“啟”和“發(fā)”的完美結(jié)合，教師開啟，學(xué)生發(fā)揮，“教”是教師導(dǎo)向，“學(xué)”是學(xué)生發(fā)展，教與學(xué)協(xié)調(diào)統(tǒng)一[2]。啟發(fā)式教學(xué)是教學(xué)改革中一種科學(xué)的人性化的方法，也是一個(gè)有建設(shè)性的思路，更是一種順應(yīng)中國(guó)教育發(fā)展的趨勢(shì)，它滲透在各種啟發(fā)式教學(xué)方法之中。引入啟發(fā)式教學(xué)有多種途徑：?jiǎn)柎鹗絾l(fā)、糾錯(cuò)式啟發(fā)、討論式啟發(fā)。啟發(fā)式教學(xué)堅(jiān)持學(xué)生是教學(xué)的主體，尊重學(xué)生的自主意識(shí)，一切教學(xué)活動(dòng)都是圍繞和促進(jìn)學(xué)生的學(xué)。具體到機(jī)械工程材料課程課堂教學(xué)，要堅(jiān)持以下幾點(diǎn)：

（一）教學(xué)中師生地位的改變。應(yīng)該將課程的主體從教師身上轉(zhuǎn)移到學(xué)生身上。教師不僅要講解材料科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、工程應(yīng)用案例，還應(yīng)給學(xué)生提供探索、研究和表現(xiàn)的空間，鼓勵(lì)學(xué)生開動(dòng)腦筋，自己動(dòng)手，給學(xué)生提供社會(huì)實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。教師在講授課程的過程中，要了解“授之以魚不如授之以漁”的道理，應(yīng)避免一味的講解現(xiàn)成理論，而應(yīng)該始終處于一種“從屬”地位，做好課堂中的組織者、發(fā)現(xiàn)者和探索者，通過觀察學(xué)生的思維變化和結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，讓學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈求知欲[3]。

（二）調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。啟發(fā)式教學(xué)的本質(zhì)是讓學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)中，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考問題，主動(dòng)探討問題的答案，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。課堂討論是啟發(fā)學(xué)生思維的一種有效形式，教學(xué)過程中，老師結(jié)合材料工程實(shí)際應(yīng)用選題組織學(xué)生討論。例如我們根據(jù)“機(jī)床主軸”、“模具材料”、“汽車輕量化”等材料工程實(shí)際應(yīng)用選題，分選材、加工工藝路線、熱處理、零部件的失效等專題組織學(xué)生討論，督促學(xué)生主動(dòng)參與并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析、解決工程實(shí)際問題。同時(shí)在每一章節(jié)的內(nèi)容講授結(jié)束后,留出一定的時(shí)間在課堂上讓學(xué)生進(jìn)行討論,將本章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行橫向串聯(lián)和復(fù)習(xí)，然后由教師提問、講解并記錄平時(shí)成績(jī)。啟發(fā)式教學(xué)要求教師具備扎實(shí)的學(xué)科理論知識(shí)、靈活的講課方式、較強(qiáng)的教學(xué)組織能力創(chuàng)造和諧的課堂教學(xué)秩序和氣氛。在答問過程中，教師應(yīng)正確處理學(xué)生的答案，對(duì)待學(xué)生標(biāo)新立異的回答，教師應(yīng)及時(shí)給予鼓勵(lì)，對(duì)于明顯錯(cuò)誤的回答，教師應(yīng)給予誠(chéng)懇的糾正[4]，啟發(fā)式教學(xué)實(shí)施效果才會(huì)體現(xiàn)。

（三）采用多元化教學(xué)方式。教學(xué)方式必須和教學(xué)目標(biāo)相配合，傳授基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)可以運(yùn)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。例如：晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的標(biāo)定等主要運(yùn)用了傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式，逐步演繹、推導(dǎo)、計(jì)算，這更容易使學(xué)生理解，從而掌握運(yùn)用所學(xué)過的知識(shí)理解材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；金屬的結(jié)晶過程結(jié)合了動(dòng)畫,使結(jié)晶過程更加清晰明了地展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生對(duì)其動(dòng)態(tài)過程有更直觀的感受；鋼的熱處理則采用看錄像、視頻的方式,加深了學(xué)生對(duì)淬火、回火等過程的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)中控制講解的速度,留給學(xué)生一定的思考時(shí)間和引導(dǎo)學(xué)生的思路,從而收到了較好的教學(xué)效果。將板書、教具等傳統(tǒng)的教學(xué)手段與現(xiàn)代化教學(xué)手段相結(jié)合，使課堂教學(xué)形式由單調(diào)呆板變得豐富生動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，從而提高教學(xué)質(zhì)量和水平。

（四）定期舉辦關(guān)于材料的學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)。讓學(xué)生參加學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，了解材料科技發(fā)展最新動(dòng)態(tài)和近代成形技術(shù)，開拓視野，并精心準(zhǔn)備一些問題，讓學(xué)生獲得與老師互動(dòng)的機(jī)會(huì)。通過參加學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，極大地激發(fā)了學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力和學(xué)習(xí)興趣。理論教學(xué)過程中，要充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源，給學(xué)生播放師昌緒等材料首席科學(xué)家關(guān)于材料發(fā)展和展望的講座視頻，并在講座結(jié)束后開展課堂討論。通過對(duì)這些科學(xué)前沿研究成果的介紹，加深學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解，接觸到最新的科學(xué)知識(shí)，達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

四、加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生動(dòng)手及創(chuàng)新能力

機(jī)械工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，是理論教學(xué)的重要補(bǔ)充和延伸，其目的是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)鞏固課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手能力和良好的科學(xué)素質(zhì)訓(xùn)練方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，它既是對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)掌握程度的一種檢驗(yàn)，也是衡量學(xué)生多方面能力的一項(xiàng)重要內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中占有重要地位。本課程對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，增加了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，使綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占總實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的30%以上。

教師給出緊貼生產(chǎn)一線要求的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生通過查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)方案經(jīng)指導(dǎo)教師審定后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在對(duì)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)時(shí)，著重考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力，主要考查四方面內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。對(duì)于具有創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方案并取得較好的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給予適當(dāng)加分。

下面以綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——《熱處理對(duì)材料性能的影響》為例介紹綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程。首先選用45鋼作為研究主體，通過設(shè)計(jì)不同的熱處理工藝，用洛氏硬度計(jì)測(cè)量不同熱處理工藝（淬火、回火）下工件的硬度值，聯(lián)系硬度與強(qiáng)度的關(guān)系，理解淬火、回火對(duì)鋼材性能的影響，并對(duì)比不同熱處理工藝下材料的組織、性能和工藝之間的聯(lián)系。通過此實(shí)驗(yàn)，學(xué)生熟悉材料硬度的測(cè)定原理及方法、硬度實(shí)驗(yàn)的物理意義和工程意義，了解顯微硬度的測(cè)量范圍及方法，學(xué)會(huì)使用洛氏硬度計(jì)；掌握金屬金相試樣制備技術(shù)，了解金相顯微鏡的構(gòu)造、成像原理并掌握金相顯微鏡的使用方法，觀察各種熱處理工藝處理后的組織形貌；掌握常規(guī)熱處理（退火、正火、淬火、回火）工藝及操作方式。通過綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生加深認(rèn)識(shí)熱處理工藝對(duì)鐵碳合金的成分、組織和性能之間關(guān)系的理解及成分、組織對(duì)性能的影響，掌握熱處理的工藝曲線等。

綜合試驗(yàn)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提升學(xué)生查閱、理解文獻(xiàn)資料的技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生注意力、觀察力、想象力、發(fā)散思維能力和抽象思維能力方面有許多課堂教學(xué)所不能替代的重要作用，同時(shí)進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的科技寫作能力。

五、結(jié)語(yǔ)

通過以上幾個(gè)方面的教學(xué)改革實(shí)踐，《機(jī)械工程材料》的教學(xué)效果得到了很大的提升，初步得到如下結(jié)論：（一）先進(jìn)的教學(xué)理念和科學(xué)的課程體系建設(shè)是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的基礎(chǔ)和保證；（二）現(xiàn)代化的教學(xué)方法是實(shí)施教學(xué)改革的重點(diǎn)；（三）綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用是教學(xué)改革的有力推動(dòng)。技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革和課程建設(shè)是一項(xiàng)科學(xué)性強(qiáng)、涉及面廣、影響深遠(yuǎn)的系統(tǒng)工程。我們只有不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際教學(xué)中日益完善、充實(shí)和深化，才能促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。另外，應(yīng)用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行《機(jī)械工程材料》的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)建設(shè)、提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果成為《機(jī)械工程材料》課程建設(shè)新的研究方向和任務(wù)。

[1]于永泗，齊民.機(jī)械工程材料[M].大連理工大學(xué)出版社，2006-01.2-3.

[2]王夢(mèng)寒，李玉鳳.啟發(fā)式教學(xué)在“材料成形工藝學(xué)”課程中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力教育，2009，（9）.

[3]李瑩瑩，彭琦.《塑料成型模具設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].廣西輕工業(yè)，2010，（6）.

[4]王春華.開展啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007，（3）.