李蓉，陳志平，張巨勇

摘要：針對(duì)工程材料及熱處理課程現(xiàn)有教學(xué)模式的不足，本文提出工程材料及熱處理課程改革，并分別闡述了改革目標(biāo)、思路、內(nèi)容與實(shí)現(xiàn)方式。結(jié)合實(shí)踐表明，該課程的教學(xué)改革具有積極作用。

關(guān)鍵詞：工程材料；熱處理；教學(xué)模式；課程改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）19-0039-02

“工程材料及熱處理”作為一名機(jī)械工程師的必修課，在國(guó)內(nèi)高校教育過(guò)程中普遍存在重理論輕實(shí)踐的教學(xué)理念，以及缺乏對(duì)學(xué)生技能培養(yǎng)的現(xiàn)象。單一的授課方式增加了學(xué)生對(duì)本課程的枯燥感和厭惡感；陳舊的實(shí)踐環(huán)節(jié)無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力的培養(yǎng)；新材料、新工藝知識(shí)體系增加的緩慢性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與企業(yè)或工廠的“零距離”對(duì)接。

一、工程材料及熱處理課程教學(xué)狀況

“工程材料及熱處理”課程是一門(mén)理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)的課程，但目前教學(xué)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題包括：

1.現(xiàn)有課程內(nèi)容體系在知識(shí)點(diǎn)的選擇和安排上沒(méi)有脫離傳統(tǒng)的教學(xué)理念。新材料、新技術(shù)、新工藝方面知識(shí)點(diǎn)增加緩慢。

2.現(xiàn)有課程安排中沒(méi)有同程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生難以將所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)與分析、解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題相聯(lián)系。

3.學(xué)生對(duì)課程認(rèn)識(shí)不夠，誤認(rèn)為本門(mén)課程就是簡(jiǎn)單的記憶。學(xué)完課程后往往只有一個(gè)“陶瓷”、“塑料”等非常模糊而籠統(tǒng)的概念。

二、改革理念、思路及目標(biāo)

課程改革理念、建設(shè)思路與目標(biāo)如下：

1.改革教學(xué)方法與教學(xué)手段。針對(duì)“工程材料及熱處理”理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)的特點(diǎn)，注重教學(xué)內(nèi)容的精選，著重講清“問(wèn)題是什么”、“問(wèn)題的背景是什么”、“問(wèn)題的性質(zhì)是什么”、“問(wèn)題的解決方法是什么”等內(nèi)容。

2.新建一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)、實(shí)驗(yàn)水平高、與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合緊密的新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以滿足課程建設(shè)的實(shí)際需要。

3.以企業(yè)典型應(yīng)用為載體，實(shí)現(xiàn)以實(shí)例項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)模式。以吉利汽車(chē)制造廠的實(shí)際案例，如以“帝豪EC7模具工藝的改進(jìn)”為載體，將學(xué)習(xí)過(guò)程轉(zhuǎn)化為“企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情景的再現(xiàn)”，實(shí)現(xiàn)“將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為專業(yè)技能”的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

4.將工程中的典型案例引入教學(xué)內(nèi)容，并借助教師的引導(dǎo)、學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和課堂討論，使學(xué)生掌握工程材料與熱處理的思路和基本方法；提高學(xué)生分析問(wèn)題和綜合設(shè)計(jì)的能力。

5.提出復(fù)合材料的有限元研究觀念，引入教師在研項(xiàng)目，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入科研實(shí)踐，掌握分解任務(wù)、各個(gè)擊破的解決問(wèn)題方法，為學(xué)生今后可能的科研需求打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6.培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，形成良好的職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。分組進(jìn)行教學(xué)，按組分配任務(wù)，進(jìn)行討論、查閱資料、分工合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

7.強(qiáng)化能力、過(guò)程考核，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。改變傳統(tǒng)考核方法重理論輕應(yīng)用的方式，采取強(qiáng)化能力、過(guò)程考核，注重學(xué)生的參與，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。加大學(xué)生平時(shí)成績(jī)比重，將期末考核轉(zhuǎn)變?yōu)檎鹿?jié)考核。實(shí)踐考核與理論考核相互結(jié)合，形式上做到有機(jī)統(tǒng)一、相互滲透。可以就某一材料或工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題，例如圍繞“玉兔號(hào)”月球車(chē)，設(shè)定一個(gè)與材料或工藝相關(guān)的寫(xiě)作范圍，讓學(xué)生自己根據(jù)問(wèn)題去尋找答案。

三、課程改革內(nèi)容

本課程的主線為：成分—組織—性能—典型材料。常見(jiàn)的章節(jié)內(nèi)容是：晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、金屬的塑性變形、相圖、鐵碳合金、鋼的熱處理、合金鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬材料簡(jiǎn)介及工程材料的選用等。其中重點(diǎn)是相圖、熱處理（包括原理與工藝）和合金化原理。調(diào)整課程基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容、增加實(shí)踐模塊環(huán)節(jié)、融合工廠實(shí)例與科研項(xiàng)目，提高學(xué)生對(duì)相圖、熱處理和合金的運(yùn)用能力，成為本課程改革的核心內(nèi)容。結(jié)合教改理念、思路與目標(biāo)，課程改革的具體內(nèi)容主要如下圖所示。首先，對(duì)于基本知識(shí)方面，要求學(xué)生掌握晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶、金屬的塑性變形、相圖、鐵碳合金、鋼的熱處理、合金鋼、鑄鐵、有色金屬、非金屬材料及工程材料等基本知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)施完成基本的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，考核方式以章節(jié)考試為主。其次，增加案例實(shí)踐環(huán)節(jié)。主要結(jié)合我?！白吭接?jì)劃”的合作單位——寧波吉利汽車(chē)公司的工廠實(shí)例，如“6σ在焊點(diǎn)質(zhì)量改進(jìn)中的應(yīng)用”、“帝豪EC7模具工藝的改進(jìn)”、“鼓式制動(dòng)器及其蹄片切削機(jī)設(shè)計(jì)”等實(shí)際工藝環(huán)節(jié)，展開(kāi)案例型教學(xué)，考核方式以個(gè)人實(shí)踐考核的形式為主。最后，結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，提升自主學(xué)習(xí)能力、增加團(tuán)隊(duì)合作能力。主要結(jié)合我國(guó)在研的深空太陽(yáng)天文臺(tái)主反射鏡、主桁架結(jié)構(gòu)的材料選擇與工藝設(shè)計(jì)的科研需求，或者以大家感興趣的神舟十號(hào)、嫦娥三號(hào)、“玉兔號(hào)”月球車(chē)等項(xiàng)目對(duì)材料與工藝的展開(kāi)，充分激發(fā)學(xué)生對(duì)工程材料的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生自主調(diào)研、通力合作解決問(wèn)題。在實(shí)際項(xiàng)目學(xué)習(xí)中普及“有限元分析”方法在復(fù)合材料設(shè)計(jì)理念中的科研思想，開(kāi)闊學(xué)生的科研視角?？己朔绞揭詧F(tuán)隊(duì)式的論文報(bào)告為主?；谝陨险n改內(nèi)容，結(jié)合教改理念、思路、目標(biāo)，可以解決課堂教學(xué)中以下問(wèn)題：（1）普遍認(rèn)為本課程“學(xué)而無(wú)用”——加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的宏觀認(rèn)識(shí)。老師在講解過(guò)程中，一定要把握好宏觀與微觀，既能把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，也能把簡(jiǎn)單的現(xiàn)象上升到科學(xué)的深度。在本課程緒論環(huán)節(jié)，應(yīng)把本課程進(jìn)行宏觀描述一下。（2）枯燥的學(xué)習(xí)方式——把課程內(nèi)容生活化、簡(jiǎn)單化。課程當(dāng)中很多專業(yè)的知識(shí)點(diǎn)實(shí)際上和日常生活做人做事的道理一樣。比如，在講述晶體缺陷時(shí)候，就讓學(xué)生知道：第一，完美的晶體是不存在的，晶體一定存在缺陷；第二，晶體缺陷不一定是缺點(diǎn)，在工程上有其用武之地。（3）重點(diǎn)知識(shí)的掌握——以點(diǎn)帶面，用簡(jiǎn)單的思路來(lái)講述復(fù)雜的道理。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的連貫性，一定要把基礎(chǔ)知識(shí)講清楚，然后逐步延伸。比如，鐵碳相圖是本課程的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，包括共晶相圖和共析相圖等，而共晶相圖和共析相圖的基礎(chǔ)都是勻晶相圖，而勻晶相圖的重點(diǎn)就是兩點(diǎn)：第一，結(jié)晶過(guò)程中的某具體溫度時(shí)刻的液相和固相的具體成分確定（這就是液相線和固相線的另一層含義）。第二，結(jié)晶過(guò)程中的某具體溫度時(shí)刻的液相和固相的相對(duì)含量確定（這就是杠桿原理）。掌握了以上兩點(diǎn)，整個(gè)相圖就全盤(pán)皆活。（4）相關(guān)知識(shí)容易遺忘——通過(guò)滲透材料科技史的方法強(qiáng)化印象。材料科學(xué)很多原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索過(guò)程，甚至在科技史上還走了彎路。如果僅簡(jiǎn)單地就事論事，學(xué)生印象肯定不深刻，甚至不理解，即使把原理和理論背下來(lái)了，碰到實(shí)際問(wèn)題可能很難靈活運(yùn)用。所以，以科技史的形式給學(xué)生講解，穿插一些材料軼事以及一些小典故，強(qiáng)化學(xué)生記憶、增加學(xué)習(xí)樂(lè)趣。比如，講解單晶體的時(shí)候，就可以把貝爾在檢查電話系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池電極板表面長(zhǎng)出了一些針狀的晶體——“晶須”。這些理想的晶體比現(xiàn)實(shí)帶有缺陷的晶體的強(qiáng)度增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)。然后再講述晶須的出現(xiàn)如何擴(kuò)大了金屬材料的應(yīng)用，目前可以作為增強(qiáng)材料與其他材料組成復(fù)合材料。這樣學(xué)生印象才深刻，同時(shí)還為后面非金屬材料的講解做好鋪墊。

綜上所述，本文分析了現(xiàn)有工程材料及熱處理課堂教學(xué)中的普遍問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題提出了該課程的課堂教學(xué)改革思路與改革內(nèi)容，并對(duì)其改革的實(shí)現(xiàn)提出了相應(yīng)的方法。通過(guò)我們?yōu)槠诮荒甑恼n堂實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在工程材料及熱處理課程教學(xué)過(guò)程中實(shí)施課堂教學(xué)的相關(guān)改革，對(duì)提示我校機(jī)械工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)我校工程教育，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)機(jī)械工程人員具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]高為國(guó)，董麗君，吳安如.基于卓越工程師培養(yǎng)的“機(jī)械工程材料”課程建設(shè)[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)學(xué)報(bào)，2010，20（3）：74-77.

[2]陳國(guó)金.工科類(lèi)大學(xué)生創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，（3）.

[3]紀(jì)華剛.卓越計(jì)劃校企聯(lián)合機(jī)制的研究與實(shí)踐[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（高教研究版），2011，（9）.

基金項(xiàng)目：本文為杭州電子科技大學(xué)2013年度高等教育研究課題（No.ZC1301）、杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2013年本科教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目（No.2013-5）、杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院師范中心2012年度教改項(xiàng)目的專項(xiàng)論文。

第一作者：李蓉（1979-），女，講師，博士。