王建江 趙 芳 許寶才

軍械工程學(xué)院 河北石家莊 050003

材料是發(fā)展現(xiàn)代武器裝備的基石，是現(xiàn)代高新兵器技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。我院工程材料課程的基本教學(xué)理念就是使學(xué)生貫徹材料科學(xué)理論與兵器工程實(shí)踐相結(jié)合的方針，增強(qiáng)工程素質(zhì)、打牢創(chuàng)新基礎(chǔ)，為成為新型軍事人才儲(chǔ)備必要的材料相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基礎(chǔ)方法。

1　課程簡(jiǎn)介

工程材料課程是我院兵器工程與車(chē)輛運(yùn)用工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課，是研究材料的化學(xué)成分、熱處理工藝、組織結(jié)構(gòu)與使用性能之間相互關(guān)系和變化規(guī)律的一門(mén)應(yīng)用科學(xué)課程。該課程通過(guò)對(duì)晶體結(jié)構(gòu)理論、固態(tài)相變理論、熱處理原理與工藝以及金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料的教學(xué)，力求使學(xué)員掌握兵器與車(chē)輛常用材料的性能特點(diǎn)、主要用途以及強(qiáng)化改性的工藝方法，為后續(xù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造基礎(chǔ)課程和專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打牢基礎(chǔ)，努力在培養(yǎng)學(xué)員的機(jī)械工程素質(zhì)和專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新能力方面發(fā)揮重要作用[1]。

本課程以增強(qiáng)學(xué)員工程素質(zhì)、打牢創(chuàng)新基礎(chǔ)為指導(dǎo)思想，貫徹材料科學(xué)理論與兵器工程實(shí)踐相結(jié)合的方針，從兵器工程和車(chē)輛運(yùn)用工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)際需求出發(fā)，在教學(xué)內(nèi)容安排上堅(jiān)持以結(jié)構(gòu)材料為主功能材料為輔、金屬材料為主非金屬材料為輔、鋼鐵材料為主有色金屬為輔的原則，注重培養(yǎng)學(xué)員掌握傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料知識(shí)的自主學(xué)習(xí)能力、獲取新材料、新工藝、新技術(shù)的獨(dú)立探索能力，分析和解決有關(guān)材料問(wèn)題的知識(shí)應(yīng)用能力。

本課程以材料的化學(xué)成分、熱處理工藝、組織結(jié)構(gòu)和使用性能之間的相互關(guān)系及變化規(guī)律為主線(xiàn)，把課程的內(nèi)容劃分為4個(gè)模塊：由材料的晶體結(jié)構(gòu)、金屬與合金的結(jié)晶、鋼的熱處理原理以及鋼的合金化構(gòu)成了本課程的理論模塊；由工業(yè)用鋼、有色金屬和非金屬材料構(gòu)成本課程的材料模塊；由熱處理工藝和機(jī)械零件的失效與選材構(gòu)成本課程的應(yīng)用模塊；兩個(gè)課程實(shí)驗(yàn)構(gòu)成本課程的實(shí)踐模塊。理論模塊為課程的主線(xiàn)，材料模塊始終貫穿這條主線(xiàn)，應(yīng)用模塊為課程總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供案例，實(shí)踐模塊為工程素質(zhì)的培養(yǎng)提供操作訓(xùn)練平臺(tái)。

本課程的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)員掌握工程材料的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論、基本方法，能夠運(yùn)用晶體學(xué)和金相知識(shí)、固態(tài)相變理論和熱處理原理分析金屬材料特別是鋼鐵材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、熱處理工藝與力學(xué)性能之間的相互關(guān)系及變化規(guī)律；能夠針對(duì)武器裝備常用零件進(jìn)行合理選材和熱處理工藝設(shè)計(jì)，制訂正確的零件加工路線(xiàn)，為提高和改善裝備零部件的使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命提供相應(yīng)的技術(shù)保障；熟悉常用鋼材的性能特點(diǎn)及主要用途，了解常用有色金屬材料、高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料的性能特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。通過(guò)本課程的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練，要求學(xué)員學(xué)會(huì)全方位、多角度、深層次觀察現(xiàn)象，歷史、辨證、全面分析問(wèn)題的科學(xué)思維方法，培養(yǎng)大膽探索、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，為成為高素質(zhì)新型軍事人才奠定基礎(chǔ)[1]。

本課程共30學(xué)時(shí)，其中課堂理論教學(xué)26學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)4學(xué)時(shí)，通常安排在大學(xué)第四學(xué)期開(kāi)設(shè)，周教學(xué)時(shí)數(shù)為4～6學(xué)時(shí)。所用教材為王運(yùn)炎主編的機(jī)械工業(yè)出版社2009版的《機(jī)械工程材料》和自編《工程材料及機(jī)械制造系列課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》。

本課程為考試課，考試成績(jī)采用百分制計(jì)算，其中平時(shí)成績(jī)(含回答問(wèn)題、作業(yè)和專(zhuān)題報(bào)告等)占20%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%，考試成績(jī)占60%?？荚嚥扇￠]卷的方式進(jìn)行考核。

2　課程教學(xué)存在的主要問(wèn)題與對(duì)策

從上述工程材料課程的教學(xué)指導(dǎo)思想、教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容、教學(xué)要求和教學(xué)安排可以看出，該課程涉及教學(xué)內(nèi)容多，要求高，但學(xué)時(shí)少，教學(xué)強(qiáng)度大。多期教學(xué)后，學(xué)員對(duì)該課程的普遍反映如下。

一是教學(xué)內(nèi)容繁雜，名詞概念和技術(shù)術(shù)語(yǔ)多，容易混淆，各知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在邏輯關(guān)系薄弱。其實(shí)，這并不奇怪，工程材料課程是材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)多門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課的一個(gè)濃縮，它包含材料機(jī)械性能、金屬學(xué)原理、熱處理原理、熱處理工藝、金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復(fù)合材料等數(shù)門(mén)課程的基本內(nèi)容。課程的每一個(gè)章節(jié)可能就是一個(gè)完全獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)或?qū)W科分支，因而整個(gè)課程的內(nèi)容銜接不夠嚴(yán)密，邏輯性不強(qiáng)。

二是內(nèi)容寬泛但不深入。每一章節(jié)的內(nèi)容難以從最基本的物理、化學(xué)基礎(chǔ)開(kāi)始構(gòu)建，大多情況是在介紹一些結(jié)論性的基本規(guī)律，顯得課程深度不夠，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)總感到知其然而不知其所以然，不便記憶鞏固。教學(xué)中若把握不準(zhǔn)深淺度和寬廣度，易導(dǎo)致學(xué)生將其歸為科普課[2]。

三是大二學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和機(jī)械加工工藝的感性知識(shí)缺乏，學(xué)生工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)少，對(duì)這門(mén)許多來(lái)自于實(shí)踐、應(yīng)用性極強(qiáng)、在課程中出現(xiàn)的眾多圖表、圖形和曲線(xiàn)的物理意義難以理解，不會(huì)應(yīng)用，造成學(xué)習(xí)吃力，死記硬背。

為了解決上述問(wèn)題，教員在授課程過(guò)程中特別是課程結(jié)束時(shí)，要針對(duì)課程教學(xué)基本要求，善于把課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系按學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律有機(jī)地加以串聯(lián)和組合，要加強(qiáng)對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)整體的思考，要注重對(duì)課程知識(shí)作高層次的歸納、概括和總結(jié)，使學(xué)生理解該課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，掌握該課程的本質(zhì)。這樣就可以使學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中清楚地知道每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)在知識(shí)結(jié)構(gòu)中的作用和地位，使學(xué)員能按照科學(xué)的方法獲得知識(shí)、鞏固知識(shí)，從而掌握學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)，便于有意義學(xué)習(xí)的保持與再現(xiàn)，便于對(duì)獲得知識(shí)的運(yùn)用。

3　一種課程總結(jié)方法介紹

這里介紹一種工程材料課程總結(jié)的圖解法以揭示其知識(shí)結(jié)構(gòu)。所謂課程總結(jié)圖解法就是把課程中重要的圖表和曲線(xiàn)進(jìn)行有機(jī)整合并以圖的形式表達(dá)出它們之間的相互聯(lián)系和邏輯關(guān)系，也就是說(shuō)，圖解中每一個(gè)板塊都對(duì)應(yīng)著課程中或教材中的一張圖表或一條曲線(xiàn)，對(duì)應(yīng)著一個(gè)重要的內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)。例如，含碳量對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響就是用性能與含碳量之間的一個(gè)二維平面曲線(xiàn)、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織特征就是用一組金相照片，而這些圖表或曲線(xiàn)在相應(yīng)的教材中都得到了充分的體現(xiàn)。

工程材料課程主要研究的是金屬材料的化學(xué)成分、加工工藝、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律。材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的工作者從系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)出發(fā)，積累了許多有效的方法，其中之一就是相關(guān)法：即從大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā)，建立性能P與組織結(jié)構(gòu)參量S之間的相互關(guān)系：

F(P，S1，S2，……)= 0

應(yīng)用這種關(guān)系，便可通過(guò)工藝T改變組織結(jié)構(gòu)，從而控制性能。因此，搞清工藝T、組織結(jié)構(gòu)S和性能P之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律，就成為掌握本課程實(shí)質(zhì)的關(guān)鍵。而T，S，P之間的相互關(guān)系是眾多而復(fù)雜的，表達(dá)它們之間相互關(guān)系的方法又是多樣的。這就需要抓住最主要的矛盾，做到提綱挈領(lǐng)，尋找最簡(jiǎn)明的、一目了然的表達(dá)，而本課程中二個(gè)最重要的圖表：Fe-Fe3C相圖和鋼的C曲線(xiàn)恰恰是這一問(wèn)題的核心。為此，從這兩張圖出發(fā)，向外輻射，依次找出與之相關(guān)的其他內(nèi)容，分清層次、搞清結(jié)構(gòu)、理順關(guān)系，就可以圖解這一最簡(jiǎn)明的方式，表達(dá)出它們的相互關(guān)系和變化規(guī)律，從而給出本課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)和總結(jié)，具體如圖1所示。

圖1　工程材料課程總結(jié)圖

此圖解的核心是Fe-Fe3C相圖和鋼的C曲線(xiàn)，但同時(shí)又分為上下兩區(qū)，上區(qū)主要反映了組織、性能、工藝間的關(guān)系，下區(qū)反映了Fe-Fe3C相圖和鋼的C曲線(xiàn)的應(yīng)用及含碳量、合金元素對(duì)它們的影響。

此圖解的上區(qū)又分為4個(gè)層次，并按照組織→工藝→性能的順序向外輻射。除核心Fe-Fe3C相圖和鋼的C曲線(xiàn)外；第二層次(第二圈)反映了依據(jù)該兩張圖推斷出的碳鋼在室溫下可獲得的常見(jiàn)組織；第三層次(第三圈)反映的是各組織與性能間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；第四層次(第四圈)反映的是為了獲得該組織所采取的相應(yīng)熱處理工藝。此圖解沿半徑方向的各內(nèi)容有著緊密的聯(lián)系，由里向外，反映出內(nèi)容間的一種邏輯關(guān)系：組織結(jié)構(gòu)決定性能，性能受加工工藝控制。

此圖解共有30張圖組成，這30張圖均可在相應(yīng)教材中找到，如果明白了這30張圖(曲線(xiàn))的來(lái)龍去脈，記住了它們的形態(tài)，理解了其物理與工程意義，清楚了它們之間的相互聯(lián)系和邏輯關(guān)系，并能夠靈活應(yīng)用，那就可以說(shuō)熟悉了本課程的基本理論，掌握了課程本質(zhì)，能夠做到舉一反三，觸類(lèi)旁通。

4　結(jié)語(yǔ)

工程材料課程是工科學(xué)生的基石，其內(nèi)容繁雜、知識(shí)點(diǎn)多但不夠深入的特點(diǎn)決定了必須調(diào)整教學(xué)方法，提倡自主學(xué)習(xí)。這種圖解課程總結(jié)法清晰展現(xiàn)了課程重要內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，不僅幫助教師理順授課思路，在授課過(guò)程中將課程內(nèi)容和知識(shí)條理化、系統(tǒng)化、形象化，而且?guī)椭鷮W(xué)生理解課程中眾多圖表、圖形和曲線(xiàn)相互之間的內(nèi)在聯(lián)系，有利于對(duì)知識(shí)的記憶、鞏固和運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生真正從材料成分、工藝、結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系出發(fā)，全面認(rèn)識(shí)工程材料、學(xué)會(huì)選擇和使用材料，同時(shí)也使學(xué)員的智力、能力、興趣、方法、意志等方面得到了應(yīng)有的發(fā)展。

[1]李俊壽,趙芳.《工程材料》課程標(biāo)準(zhǔn)[A].軍械工程學(xué)院2014年版人才培養(yǎng)方案及課程標(biāo)準(zhǔn)[C].2014:222-225.

[2]鞏前明,姚可夫,邵洋.淺議工程材料課程教學(xué)與大學(xué)生自主學(xué)習(xí)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2016(1):59-63.