工程材料及熱處理課程教學(xué)改革與實(shí)踐

工程材料及熱處理課程教學(xué)改革與實(shí)踐

鄒利華吳海江王小明郭文敏曾娣平Summary：本文針對我校工程材料及熱處理課程教學(xué)中的現(xiàn)狀及不足，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、綜合考核方案四個方面對工程材料及熱處理課程進(jìn)行了教學(xué)改革。四年的教改實(shí)踐表明，學(xué)生利用課程知識解決工程問題的能力得到了提高。Key：工程材料及熱處理；教學(xué)改革；實(shí)踐：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A：1674-9324（2018）28-0166-02工程材料及熱處理是普通高校機(jī)械類/近機(jī)械類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，我校機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化、車輛工程等多個專業(yè)（年均超450人）開設(shè)了本課程。課程要求學(xué)生熟練掌握工程材料的基本理論及其基礎(chǔ)知識，熟悉材料的“成分—組織結(jié)構(gòu)—加工工藝—性能與應(yīng)用”之間的相互聯(lián)系和變化規(guī)律，掌握常見材料的性能、應(yīng)用范圍及熱處理工藝，初步形成根據(jù)零件的工作條件/性能要求合理選用材料并正確制訂零件加工工藝路線的能力[1]。本課程內(nèi)容多、概念多、術(shù)語多、分散性大、系統(tǒng)性差，學(xué)生學(xué)習(xí)困難，難以實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際。筆者結(jié)合近年來的教學(xué)實(shí)際，對工程材料及熱處理課程教學(xué)改革做出了積極探索。一、教學(xué)內(nèi)容改革工程材料及熱處理課程原教學(xué)內(nèi)容由如下三個部分組成：（1）工程材料的基礎(chǔ)理論知識包括：材料結(jié)構(gòu)與凝固、材料的性能、二元合金相圖及鐵碳合金、鋼的熱處理，著重介紹工程材料的基本概念、基礎(chǔ)理論以及之間的關(guān)系及其影響規(guī)律。（2）主要機(jī)械工程材料的“成分—組織結(jié)構(gòu)—性能”和應(yīng)用包括：常見的工業(yè)用鋼、鑄鐵、非鐵金屬、非金屬材料等，在課程講授中，注重鋼鐵材料、非鐵金屬和非金屬材料的強(qiáng)化機(jī)理、性能特點(diǎn)和工程應(yīng)用并重。（3）材料的選擇和應(yīng)用包括：常見工程材料及零件的失效形式、選材基本原理及方法、工藝路線的制定及分析，特別著重講授熱處理工藝的實(shí)際應(yīng)用。其中，第一部分注重理論基礎(chǔ)，第二部分注重理論與應(yīng)用并重，第三部分注重理論聯(lián)系實(shí)際的工程應(yīng)用[2]。但在實(shí)際教學(xué)過程中，往往由于教材編排偏重原理和教師講授力求學(xué)生原理清晰這兩個原因，造成最后一部分教學(xué)時數(shù)不足甚至嚴(yán)重不足，學(xué)生實(shí)踐能力差。為了解決這一問題，工程材料及熱處理教學(xué)團(tuán)隊(duì)與機(jī)械制造基礎(chǔ)教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多次聯(lián)合研討，確定了兩門課程中內(nèi)容重疊的相關(guān)知識點(diǎn)，進(jìn)行了合理的教學(xué)分配，對工程材料及熱處理課程知識點(diǎn)進(jìn)行了精簡，同時為第三部分教學(xué)內(nèi)容添加了3個課時的案例教學(xué)，并在此基礎(chǔ)上修改了教學(xué)大綱，組織相關(guān)教師集體學(xué)習(xí)了新大綱，教師在講授課程時更要注重培養(yǎng)學(xué)生利用課程知識解決工程問題的能力，這使得學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力得以加強(qiáng)。二、教學(xué)方法改革工程材料及熱處理課程內(nèi)容繁多，并且科學(xué)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性相結(jié)合，授課難度大，進(jìn)行卓有成效的教學(xué)方法改革是改善授課效果的關(guān)鍵一環(huán)。課題組首先最重視的是學(xué)生對課堂的要求，“一切以學(xué)生為本”，在多個年級、多個課堂采用問卷調(diào)查的方式了解當(dāng)前學(xué)生對教師教學(xué)方法的需求、意見及建議。其次在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上確立了“生動、高效”的原則，在這一原則的指導(dǎo)下統(tǒng)一采用了多媒體教學(xué)。多媒體課件統(tǒng)一采用教學(xué)名師制作的電子課件，并補(bǔ)充精選的一部分精品開放課件、Flash視頻、PPT特色課件等，使得整個授課過程圖文并茂、生動形象、信息量大。再次在教學(xué)過程中注重互動，不斷研討如何更有效的采用討論式、啟發(fā)式及案例式教學(xué)方法等。例如，針對“合金結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)用”這一知識點(diǎn)，教師設(shè)計(jì)了“表格填空式教學(xué)方案”，設(shè)計(jì)表格如表1所示。其中A1—A5、……、E1—E5各項(xiàng)為空格，A、B、C、D、E各項(xiàng)具有內(nèi)在聯(lián)系，A1—A5連續(xù)變化或者有一定的關(guān)系。將表格制作為PPT課件，A、B、C、D、E各項(xiàng)空白的表格1可以在學(xué)習(xí)本知識點(diǎn)前向?qū)W生展示，使得學(xué)生的預(yù)習(xí)更有條理；也可以在學(xué)習(xí)中向?qū)W生展示，此時將已經(jīng)講授過的部分填充好相應(yīng)內(nèi)容，大部分學(xué)生可以根據(jù)已填好的內(nèi)容，回答出未填充處應(yīng)該填什么，以增強(qiáng)師生的教學(xué)互動；還可以在學(xué)習(xí)后展示已經(jīng)填充好所有內(nèi)容的表格1，增強(qiáng)學(xué)生對這部分知識的整體認(rèn)識，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。通過在整個教學(xué)過程中不斷閃現(xiàn)表格1的PPT課件，大部分學(xué)生反映他們已經(jīng)在不知不覺中將“合金結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)用”這一知識點(diǎn)所有的重要內(nèi)容綜合在一起，實(shí)現(xiàn)了理解記憶并易于融會貫通。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革工程材料及熱處理課程原實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱設(shè)置了金相顯微鏡使用及金相試樣制備、鐵碳合金平衡態(tài)組織的顯微分析、碳鋼的熱處理、金屬材料的硬度試驗(yàn)四個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（共計(jì)8實(shí)驗(yàn)課時），而工程材料熱處理課程僅提供了4個課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課時，最多只能完成兩個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因此需要對實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行合理選擇與分配。經(jīng)過課題組的討論與研究，金相顯微鏡的使用及金相樣品制備/鐵碳合金平衡狀態(tài)組織的顯微分析兩個項(xiàng)目為基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，教學(xué)過程簡單，以“教師講解、示范→學(xué)生按照示范實(shí)驗(yàn)”的過程進(jìn)行，授課教師可以自由選擇一個教學(xué)。對碳鋼的熱處理/金屬材料的硬度試驗(yàn)兩個實(shí)驗(yàn)，則要求授課教師統(tǒng)一開設(shè)了碳鋼的熱處理實(shí)驗(yàn)這一綜合性實(shí)驗(yàn)。碳鋼的熱處理綜合性實(shí)驗(yàn)開放度高、工作量大并且富有挑戰(zhàn)性，學(xué)生需要在實(shí)驗(yàn)前兩周內(nèi)組隊(duì)、提交實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)申請，授課教師需要在實(shí)驗(yàn)前一周內(nèi)對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行審閱，將修改意見及時反饋給學(xué)生。方案合格的學(xué)生方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室按照流程完成實(shí)驗(yàn)。四、綜合考核方案改革工程材料及熱處理課程原綜合考核方案為：期末閉卷考試占70%，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)占10%、平時作業(yè)占10%、課堂出勤占10%。對本課程而言，這一考核方案的弊端在于閉卷考試分值所占比重較大，閉卷考試注重學(xué)生對概念、原理的理解和記憶，難以有效考察學(xué)生的實(shí)踐動手能力，因此本項(xiàng)目在四年間，從如下幾個方面對綜合考核方案進(jìn)行了改革：首先，2011—2013級學(xué)生在保持原綜合考核方案的基礎(chǔ)上，在閉卷考試中多設(shè)計(jì)了開放性考題，考題的答案并不唯一，而是側(cè)重于考察學(xué)生是否可以靈活運(yùn)用所學(xué)知識以及運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力。其次，從2014級學(xué)生開始，改革綜合考核方案，降低閉卷考試分值比，將考試所占分值降低至50%，提高實(shí)踐考察分值比，考察中加入新的內(nèi)容——“綜合性作業(yè)”，綜合性作業(yè)包括相關(guān)的開放性實(shí)驗(yàn)、相關(guān)大學(xué)生創(chuàng)新大賽、相關(guān)科技創(chuàng)新（包括知識產(chǎn)權(quán)、科技論文等），分值占20%。同時，對工程材料及熱處理非標(biāo)準(zhǔn)化考試模式的探索貫穿于整個項(xiàng)目的實(shí)施過程中。五、教改效果我校工程材料及熱處理課程教學(xué)改革從2011級機(jī)械制造及其自動化、車輛工程等專業(yè)開始實(shí)施至今，已有四屆超過1800個學(xué)生參與。通過課程考核結(jié)果、相關(guān)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)表現(xiàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及就業(yè)單位的相關(guān)反饋，本教學(xué)改革切實(shí)提高了學(xué)生利用課程知識解決工程問題的能力，學(xué)生合理選用材料并正確制訂零件加工工藝路線