新工科背景下《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)探索

郭二廓

摘? 要：《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》是高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)必修課程，該課程具有理論體系復(fù)雜、知識(shí)覆蓋面廣、綜合實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。針對(duì)該課程特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳的情況，結(jié)合新工科的培養(yǎng)要求，文章分析了現(xiàn)有課程教學(xué)體系和教學(xué)現(xiàn)狀中存在的問(wèn)題，并據(jù)此提出了《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》的課程教學(xué)改革探索：一是構(gòu)建大工程材料的內(nèi)在課程體系、二是采用多元化的教學(xué)模式、三是注重理論與實(shí)踐的統(tǒng)一性，旨在滿足新工科專業(yè)的課程建設(shè)需要，提高應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程材料及制造技術(shù);新工科;課程改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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

當(dāng)前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)本科人才的培養(yǎng)要求越來(lái)越高。為了適應(yīng)快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)，培養(yǎng)新型工程創(chuàng)新人才，高等工程教育必須進(jìn)行全面、深刻的改革和創(chuàng)新[1]。新工科（Emerging Engineering Education，3E）是基于國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的我國(guó)工程教育改革方向[2]。隨著新工科內(nèi)涵的不斷延伸，現(xiàn)有的一些機(jī)械工程類專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已不適應(yīng)新工科背景下的培養(yǎng)要求，而傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)也難以滿足提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力的需求。

《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》是高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)和近機(jī)械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)必修課程。它是在傳統(tǒng)的《金屬工藝學(xué)》基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一門課程，具有理論體系復(fù)雜、知識(shí)覆蓋面廣、綜合實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)培養(yǎng)高質(zhì)量、交叉復(fù)合型、工程應(yīng)用型人才具有重要作用。在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，由于學(xué)生工業(yè)背景知識(shí)欠缺，實(shí)踐認(rèn)識(shí)不足，再加上內(nèi)容繁雜，教學(xué)效果不太理想。近年來(lái)，針對(duì)《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》的課程教學(xué)改革方面，雖然部分文獻(xiàn)[3-6]對(duì)相似課程的教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法與教學(xué)手段創(chuàng)新，以及人才培養(yǎng)模式改革等方面進(jìn)行了探索，但是在新工科背景下該課程的改革還需要進(jìn)一步探索。本文分析了現(xiàn)有課程教學(xué)體系和教學(xué)現(xiàn)狀中存在的問(wèn)題，結(jié)合新工科的培養(yǎng)要求，提出了該課程的教學(xué)改革方向：一是構(gòu)建大工程材料的內(nèi)在課程體系，二是采用多元化的教學(xué)模式，三是注重理論與實(shí)踐的統(tǒng)一性。

二、現(xiàn)有課程教學(xué)體系及教學(xué)現(xiàn)狀

《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》的培養(yǎng)目標(biāo)是通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握有關(guān)機(jī)械工程材料及機(jī)器零件成型方法的基本理論、基本知識(shí)和技能，理解常用機(jī)械工程材料的成分、組織結(jié)構(gòu)及工藝對(duì)性能的影響，了解機(jī)械領(lǐng)域的新材料及成型加工的新技術(shù)、新工藝和發(fā)展趨勢(shì)，具備合理選用機(jī)械工程材料、毛坯的能力，并根據(jù)工程材料的相關(guān)應(yīng)用要求，具備對(duì)其進(jìn)行合理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和測(cè)試的能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和將來(lái)從事專業(yè)生產(chǎn)技術(shù)工作奠定必要的基礎(chǔ)。

目前，我校的《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程是作為機(jī)電類、近機(jī)械類相關(guān)專業(yè)的必修課，主要包含兩個(gè)部分內(nèi)容，一部分是《工程材料及其成型基礎(chǔ)》，另一部分是《機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)》。隨著高等教育改革的不斷深入，強(qiáng)化基礎(chǔ)和學(xué)時(shí)銳減的矛盾日益突出，這一點(diǎn)在該課程上體現(xiàn)尤為明顯。本課程共60學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)占8個(gè)學(xué)時(shí)，也就是說(shuō)，要使學(xué)生要在52學(xué)時(shí)內(nèi)掌握各種工藝方法本身的規(guī)律性及其在機(jī)械制造中的應(yīng)用和相互聯(lián)系，對(duì)授課教師的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)安排的要求極高，而傳統(tǒng)的教學(xué)方法多以教師講授為主，以典型實(shí)驗(yàn)、課后作業(yè)和學(xué)習(xí)指導(dǎo)手冊(cè)為輔，學(xué)習(xí)效果以考試成績(jī)來(lái)評(píng)定。但是這種教學(xué)模式不僅教學(xué)效果不理想，而且不符合新工科背景下的人才培養(yǎng)要求。究其原因，主要有以下幾個(gè)方面。

（一）教學(xué)內(nèi)容面向工程化程度不夠

新工科作為一種新型工程教育，其育人的本質(zhì)沒(méi)有變，但對(duì)人才的培養(yǎng)要求發(fā)生了變化[2]。一方面，新形勢(shì)下人才培養(yǎng)面向工程化程度不夠。當(dāng)前我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡，雖然我國(guó)提出了“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，但很多制造領(lǐng)域還處在電氣化和自動(dòng)化的發(fā)展階段，因此對(duì)工程技術(shù)人才的需求復(fù)雜多樣，這就要求在新工科背景下，培養(yǎng)能夠繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享和面向工程化的復(fù)合型人才。另一方面，新材料、新工藝、新技術(shù)的工程應(yīng)用在教學(xué)內(nèi)容中體現(xiàn)不夠。以機(jī)械類專業(yè)常用的鋼鐵材料為例，近年來(lái)，傳統(tǒng)的鋼鐵冶煉、澆鑄、軋制、熱處理和加工工藝和方法出現(xiàn)了許多創(chuàng)新改進(jìn)技術(shù)，例如組織的微合金化技術(shù)、鋼組織淬火分離技術(shù)、超快速冷卻技術(shù)TMCP（控制軋制和控制冷卻）、焊接熔池凈化技術(shù)，以及新型組織和材料的帶來(lái)的特殊加工工藝等。因此，目前該課程的教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)發(fā)展和工程化需求對(duì)接不夠緊密，不能滿足新工程背景下的工程教育對(duì)教學(xué)內(nèi)容的新要求，還需要進(jìn)一步探索面向產(chǎn)業(yè)化和工程化的教學(xué)內(nèi)容改革方法。

（二）教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新性

隨著高等教育改革的不斷深入，強(qiáng)化基礎(chǔ)和學(xué)時(shí)銳減的矛盾日益突出，現(xiàn)有的教學(xué)方法已不適應(yīng)新工科的培養(yǎng)要求，并且逐漸走向兩個(gè)極端。一方面，仍然采用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。例如：在講授鐵碳合金相圖知識(shí)點(diǎn)時(shí)，多數(shù)教師仍然采用講授與板書(shū)結(jié)合的形式，教學(xué)過(guò)程略顯沉悶和呆板，使本來(lái)就抽象和晦澀的相圖更加難以理解，教學(xué)效果也很難達(dá)到預(yù)期要求。另一方面，過(guò)分依賴多媒體教學(xué)手段，弱化了教學(xué)方法的作用。隨著互聯(lián)網(wǎng)+在教育教學(xué)領(lǐng)域的推廣，翻轉(zhuǎn)課堂、微課、慕課等紛紛來(lái)襲，這些手段的引入使教學(xué)內(nèi)容化抽象為直觀、化繁雜為簡(jiǎn)單，然而，這種教學(xué)方法也會(huì)使知識(shí)碎片化，不利于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)在理論體系的理解和掌握。例如，在《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》的學(xué)習(xí)過(guò)程中，不僅要識(shí)記和辨析諸多的概念，而且還要把握住各章節(jié)之間的一條主線。因此，要使學(xué)生能夠盡量消化和理解工程材料及其成形的基本理論和知識(shí)，還要進(jìn)一步的在教學(xué)方法上進(jìn)行探索。

（三）實(shí)踐與理論環(huán)節(jié)結(jié)合不足

《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》是一門與實(shí)踐緊密相關(guān)的課程，工程材料及成形技術(shù)的工程應(yīng)用是本課程核心內(nèi)容，其基本原理與基本知識(shí)的學(xué)習(xí)要落實(shí)在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的具體工程應(yīng)用上，特別是材料在不同條件下的組織和性能、工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)工藝性以及不同切削成形方法的優(yōu)缺點(diǎn)等，學(xué)生必須具備一定的實(shí)踐觀察才能更好的理解和掌握，而目前該課程的前期基礎(chǔ)僅有金工實(shí)習(xí)和4個(gè)基礎(chǔ)性觀察實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐環(huán)節(jié)不足以滿足理論環(huán)節(jié)的支撐要求。此外，現(xiàn)有的教學(xué)模式將理論和實(shí)踐在時(shí)空上分離[3]，理論部分由主講教師負(fù)責(zé)前期講授，而實(shí)踐部分由專門的實(shí)驗(yàn)教師后續(xù)完成，這樣就使實(shí)踐環(huán)節(jié)與理論環(huán)節(jié)相脫節(jié)，在理論環(huán)節(jié)上學(xué)生由于缺少感性認(rèn)識(shí)而對(duì)一些抽象的知識(shí)點(diǎn)難以理解，在實(shí)踐環(huán)節(jié)上學(xué)生由于理論知識(shí)掌握模糊只能停留在獲得一些較低層次的感性認(rèn)識(shí)和操作技能，從而造成了學(xué)生知和行的不統(tǒng)一。

三、課程教學(xué)改革探索

（一）構(gòu)建大工程材料的內(nèi)在課程體系

傳統(tǒng)的《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》是將熱加工和冷加工按照先后順序來(lái)講授，這樣劃分的好處是使課程內(nèi)容由淺入深、由基礎(chǔ)理論到實(shí)際應(yīng)用，便于學(xué)生理解。同時(shí)，也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，即學(xué)生前后所學(xué)內(nèi)容脫節(jié)嚴(yán)重。在考試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于一些考查前后知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通能力的題目答題情況較差，這也從側(cè)面反映教師并沒(méi)有注重從課程內(nèi)容全局的角度把握課程。我們仔細(xì)梳理一下可以發(fā)現(xiàn)，這門課程的核心內(nèi)容其實(shí)是圍繞著一條主線展開(kāi)的：成分-工藝-結(jié)構(gòu)-性能-選材-改性-成形-加工。因此，在新工科背景下該課程應(yīng)構(gòu)建大工程材料的內(nèi)在課程體系，課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)打破熱加工與冷加工的界限、打破各章節(jié)之間的限制，通過(guò)舉例一些典型機(jī)械零件的制造過(guò)程，使學(xué)生能夠根據(jù)機(jī)械零件性能要求和使用條件，對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材、熱處理、成形及制定加工工藝路線，將相對(duì)獨(dú)立的各章節(jié)內(nèi)容建立起內(nèi)在聯(lián)系，使學(xué)生系統(tǒng)化學(xué)習(xí)相關(guān)理論，形成一個(gè)有機(jī)的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)。

（二）采用多元化的教學(xué)模式

在新工科背景下，應(yīng)注重現(xiàn)代教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合。一方面，充分利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體的優(yōu)勢(shì)，將多元化的教學(xué)方式和方法吸收進(jìn)課程教學(xué)中，使專業(yè)知識(shí)中涉及到的大量理論和原理更加直觀地呈現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和理解。另一方面，繼承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)案例教學(xué)，列舉學(xué)生日常生活中接觸到的或是能接受的生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)例，幫助學(xué)生理解復(fù)雜原理，通過(guò)對(duì)重難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)地分析歸納，指導(dǎo)學(xué)生辨析重難點(diǎn)概念。例如，在講授本課程的重難點(diǎn)內(nèi)容鐵碳合金相圖時(shí)，我們參考網(wǎng)絡(luò)上的一些教學(xué)方法，采用“口訣助記法”，把復(fù)雜的鐵碳合金相圖歸納為“兩平”、“三垂”、“十星”、“五弧”、“十二面”，以便于學(xué)生識(shí)記相圖。此外，我們還綜合運(yùn)用“圖表歸納法”、“特征分析法”、“條件篩選法”等多種方法對(duì)本課程進(jìn)行學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

（三）注重理論與實(shí)踐的統(tǒng)一性

適當(dāng)增加課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)在本課程中所占比例。在實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡脑O(shè)置上要提出一些開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力;在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和選擇上要適當(dāng)增加一些能與工程應(yīng)用緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力;在實(shí)踐過(guò)程上充分利用大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)，通過(guò)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和對(duì)零部件的加工，培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)課程后續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和指導(dǎo)。本課程的學(xué)習(xí)并不局限于這一門課程，根據(jù)調(diào)查結(jié)果[6]，各地區(qū)工科院校機(jī)械類專業(yè)《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程的上課學(xué)期基本安排在第4學(xué)期或第5學(xué)期，各院校的《生產(chǎn)實(shí)習(xí)》課程基本安排在第6和第7學(xué)期。生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)是學(xué)生將本課程所學(xué)理論知識(shí)落實(shí)在機(jī)械制造工程應(yīng)用上的最佳途徑，特別是對(duì)于一些關(guān)鍵零部件的選材、熱處理、成形和加工工藝等，如果不能給予合理的指導(dǎo)和講解，學(xué)生將錯(cuò)過(guò)復(fù)習(xí)和鞏固該課程所學(xué)知識(shí)的最佳時(shí)期。因此，學(xué)校在后續(xù)安排生產(chǎn)實(shí)習(xí)帶隊(duì)教師時(shí)，應(yīng)將相關(guān)課程教師列入其中，使理論環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)教師相統(tǒng)一。

四、結(jié)束語(yǔ)

新工科建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，探索新工科背景下的《工程材料及制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革也是一個(gè)不斷完善的過(guò)程。為了適應(yīng)新時(shí)期的人才培養(yǎng)需求，必須從大工程材料的高度去把握課程內(nèi)容，關(guān)注新材料、新技術(shù)、新方法，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新課程教學(xué)方法，注重理論和實(shí)踐的統(tǒng)一，才能切實(shí)滿足新工科專業(yè)的課程建設(shè)要求，培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的新工科人才。

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