中美材料加工类课程的教学方法比较研究

摘 要 通过对普渡大学和江汉大学材料加工类课程在课程设置、课堂教学方法、教学手段、课堂管理、实验安排、成绩评定和对教师的考核与评价等方面的分析和比较，发现两所大学在培养应用型人才方面有很多共同点，也有一些不同的地方。从课程设置来看，教学内容基本相同，普渡大学将课程安排在低年级，而江汉大学恰好相反。从课堂教学方法、教学手段和课堂管理来看，普渡大学更加偏重于“案例教学”“交互教学”和“小组讨论”，由学生自己构建知识体系；而江汉大学侧重于对知识的传授，将教师构建的知识体系传授给学生。从实验安排上来看，普渡大学的实验安排科学，使每一个学生都有动手机会；而江汉大学的实验集中，效率高，成本低，效果较差。从学生成绩评定来看，普渡大学趋向于对平时学习过程的考核，而江汉大学采取的还是以最终考试结果为导向的考核。在对教师的考核方面，普渡大学着重于学生学会了什么，江汉大学着重于教师教了什么。基于这些共同点和差异点的分析，对中美两国的教育者来说，相互了解两个大国的教育方法，有助于采取更适合的教学方法来提高教学效率和教学水平。

关键词 材料加工；教学方法；普渡大学；江汉大学

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1671-489X（2014）10-0122-05

1 引言

普渡大学（Purdue University）是一所历史悠久的研究性公立大学，建校于1869年。普渡大学里面有名的就是它的工科实力，登月第一人阿姆斯特朗就毕业于这所学校，有多名诺贝尔奖获得者是这里的教授或学生。自1878年开始授予工科学位以来，普渡大学授予工科本科学位人数一直在美国处于领先位置，每50名美国工程师中就有一名来自于普渡大学[1]。学校在校生有39 697人，其中中国学生有3623人；学校占地9.336平方公里，附加60.084平方公里农业工业研究场所。美国新闻与世界报道（US news）排行中，普渡工学院2011年在排行上为第8名。其工学院开设的专业覆盖航空航天、农业、生物、生物医学、化学、土木、建筑、电子、计算机、工业、材料、机械、原子、勘察以及一些交叉学科[2]。

江汉大学始建于1978年，是2001年由四所学校合并，武汉市举全市之力易地兴建的一所综合性大学。学校坐落在武汉经济技术开发区三角湖畔，总占地面积为2114亩，有学生1.6万多人。学校拥有经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学、艺术学等11大学科门类。

普渡大学机械技术系（MET）中的机械制造专业和江汉大学机电学院的材料加工及控制工程专业中都设置有材料加工类课程，这两个专业人才培养的目标都是应用型人才的培养。基于这两点，这两所大学在材料加工类课程中采用的教学方法是具有可比性的。

在国内对于中美教学方法的比较研究中，无一例外地都是从美国教育的优越性来看待国内教育的落后性，但是，笔者通过参与普渡大学材料类课程的整个上课过程，结合自己的教学经验，从正反两个方面来比较两者的优缺点。通过比较两所学校的教学方法的优缺点，对促进双方的交流与改进是有意义的，同时对中美其他高校也有一定的借鉴意义。

2 课程设置

在普渡大学，根据不同的材料及不同的加工方法，材料加工类课程被分为三门课：材料加工Ⅰ、材料加工Ⅱ和制造系统。材料加工Ⅰ在一年级的第二学期开设，主要讲解金属及陶瓷材料的测试及加工，包括铸造、焊接、锻造、冲压及其他连接技术；材料加工Ⅱ在二年级的第一学期开设，主要包括塑料成分、测试（拉伸、硬度、熔流性、冲击、摩擦、光泽和不透明度）和加工，包括注塑模、吹塑模、真空热成型模、化学发泡、旋转模、压塑模、挤出模；制造系统在二年级第二学期开设，主要讲解材料的机械加工，包括车、铣、刨、磨及数控加工等方面内容。

这些课程都是专业的基础课，是为MET和MFET学生设计的入门课程。因此，展示给学生哪些内容可以在今后进行深入学习，帮助学生从高中向大学阶段过渡，以及提高他们对专业的兴趣，是需要认真设计的。

尽管这些课程是为低年级学生开设的，但是也可以提供给高年级学生甚至是研究生来上课。比如一些转专业的学生或其他专业的学生选修这门课程，或者一些没有通过考试的学生来选这门课程。在美国的完全学分制下，有的学生会因为工作而停止上课，当他们在社会上觉得有必要继续学习的时候，他们又会回过头来选修课程，完成学业。这与我国课堂里的学生几乎为同一年级学生有所不同。但是，随着完全学分制的推行，这一现象会在我国的课堂中普遍出现的。

这些课程没有上游课程，需要了解的相关知识有在高中阶段所具备的有关物理和化学知识就足够了。其下游课程主要包括应用静力学、动力学、材料强度、机械零件等。在上这些课之前，让学生了解加载、材料在加载时的反应、材料及形状对强度的影响等。

这三门课程在每学期里用15周时间，每周有两次上课或互动环节，一次课为50分钟。期末考试在第16周。每周有16个学生在每一个实验单元进行110分钟的实验。有200多名学生选择这些课程。

江汉大学材料加工类课程主要由工程材料、金属工艺学、机械制造基础Ⅰ和机械制造Ⅱ组成。工程材料是在大二的下学期开设的，主要从材料研究、制备方法和材料应用的角度出发，阐明金属材料、高分子材料、陶瓷材料和功能材料的基本理论，了解材料的成分、制备工艺、组织结构与性能之间的关系。金属工艺学是在大三上学期开设的，主要讲解钢的热处理、钢铁材料、非铁金属及其合金、非金属材料、铸造、金属压力加工、焊接、高分子材料加工、陶瓷材料加工、复合材料加工、粉末冶金加工及快速成型技术。机械制造基础Ⅰ和机械制造Ⅱ分别在大三下学期和大四上学期开设，主要讲解金属的车、铣、刨、磨等切削加工、数控加工、特种加工和模具加工方法等。

笔者认为工程材料、金属工艺学和机械制造基础Ⅰ为专业基础课，凡是机械类专业的学生都需要上这些课。每学期大约有340人上这些课程，分为50～60人一个班上课。机械制造Ⅱ是专业方向课程，只有50～60人上这门课。每门课都有实验，实验课基本占课程总学时的12%。

通过课程设置来比较，两所学校学生所学的内容基本上是相同的，但是教学的时间有所差别。普渡大学三门课的总学时大约为100学时，而江汉大学的总学时大约为150学时。从这一点可以看出，普渡大学将更多的时间留给了学生，让学生有更多的作业时间和创新时间。江汉大学则将更多的时间花在课堂教学，这样就要让教师花更多的时间在课堂教学方面，而不能有更多的时间来安排学生的创新性作业和创新型教学方法的研究。对课程在时间进度上的安排完全是颠倒的，普渡大学安排在低年级，而江汉大学则安排在高年级上课。虽然普渡大学的安排是学生大学的入门课程，但是让学生一下子就进入到专业状态，对学生的要求较高。如果学生在课堂上不能够完全理解加工工艺过程，反而会降低对专业的兴趣。江汉大学的学生是经过大一时期的金工实习和课程学习之前的认知实习之后，才学习这些专业课程的，这样的安排使学生有一个较为清晰的感性认识，对课堂教学的理解能力就会提高。从加强学生对工艺过程的理解来看，江汉大学的安排更为合理一些。

3 课堂教学方法

课堂教学方法是在一定的理论指导下，为实现既定教学目标而采用的课堂教学形式。一名优秀的教师应该掌握和了解多种教学方法，并在了解这些方法的优点和适用条件及局限后，根据具体的教学目标和教学情境运用合适的教学方法。在笔者所了解的一些课堂中，普渡大学的课堂大多采用以激发学生的潜能为目标的“案例教学”“交互教学”和“小组讨论”三种模式。

1）对于案例教学，教师先在课堂上通过实例将一些材料加工过程及相关理论展示给学生，让学生构建这些概念知识，然后让学生利用网络和教师提供的参考书目来收集资料。选取不同的加工对象，运用所学的知识，对材料及工艺进行分析、比较和判断，最后形成自己的加工工艺，以作业的形式提交，适当的时候会选取优秀的学生进行课堂演讲。在江汉大学的课堂中，也有一些案例教学[3]，比如：教师提供零件图纸，学生按组组建一个虚拟的公司，成立公司的组织机构；然后，通过虚拟的各部门的配合，设计出零件的加工工艺方案，采购加工设备，布置车间平面，根据所有的过程，确定一个零件所需的价格；在一定的时间，就会有一组学生在班上汇报他们的过程，最后有一个最终演讲；学生中选举评委组，确定各组的分数，并计入平时成绩。这样就会让学生对所学的知识有一个全面的应用。

2）在材料加工课堂教学中，教师也会用到交互式教学方法，以构建一个互相尊重和平等的学习氛围，实现师生之间的相互沟通和加深对新概念的理解。在这一方式中，教师是主导，由教师提出问题，而互动的效果则取决于教师设计的问题，这些问题应适应不同学生的认知能力，引起学生的共鸣。因此，在教学的不同阶段，根据教学内容，既有关于加工概念、加工方法的应用领域等基本问题，也有助于成形缺陷分析的综合问题。教学中教师的提问方法也会给学生在以后的学生交互提问中树立榜样。在课堂中，教师有时会要求邻座的学生相互提问，就教师所提供的信息进行分析和归纳，形成概念。笔者在课堂中也会应用这一手段进行教学，但是互动效果较差。也许是笔者设计问题的水平不太高，问题的难易程度不适中，其中也有学生比较安静和不善于表达这些因素在里面。

通过美国课堂气氛与中国课堂气氛的比较不难发现，差别很大。在美国课堂，只要教师提出问题，学生会马上有反应，若是有讨论要求的话，教室里马上就会嗡嗡声一片。而笔者在课堂上一般需要用“点将”的方法来实现互动，久而久之，也就失去了互动的兴趣与热情。据报道，现在大量中国学生涌入美国课堂，有些学校某些课堂中的中国学生占了大多数。由于上课的气氛过于沉闷，以至于有些选了该门课程的外国学生竟然退课。因此，课堂中的互动效果好，教师是一方面，学生也是非常重要的一方面。当然，并非美国个个教师的课堂气氛都非常好，也有冷场的时候，教师就会在教室里走来走去，等待大胆学生的突破，不得已的时候，还是会采用点将的方法。有一次，教师问有谁见过焊接，一百多人的教室里竟然只有一人举手。

3）小组合作学习。笔者在普渡大学所经历的材料加工课堂中，发现教师采用了小组活动和小组研究这两种方法来组织学生的小组合作学习。

小组活动主要使用的是小组讨论，在实验课中还有合作创作和合作演示等。小组讨论是一种快捷地加深对概念理解的教学方法。美国的教室设计也很有特点，长长的课桌，座椅可以转动，这样在讨论的时候，只要前排学生向后转，就可以实现前后排学生和左右两侧的学生形成一个四人讨论小组。在实验课中的合作主要是分组做实验，然后完成实验报告；在所有实验结束后，还有一个陈述，这些都是小组活动。

美国大学课堂中普遍采用的另一种小组合作模式是团队研究方式，一般由教师根据教学内容设计一个研究主题，班级的学生分成若干人的小组，在主题的范围内自命子课题。用若干周的时间，从问题的提出到方案制订和工艺安排、完成报告、制作演示讲稿和在课堂上作报告，都是小组成员在课外通过收集数据、自学及合作讨论完成这一系列系统化的步骤。这些研究学习都是以对零件的加工为研究对象来学习的。这种学习方法可以激发学生的创新精神，培养其社会责任感，学会如何收集资料，如何保持人际关系和锻炼团队合作能力。但是，笔者看到一些研究小组中也存在滥竽充数的人，也有些小组只有一些数据和资料的堆积，看不到他们的中心思想和主题。当然，大多数还是在这些方法中得到了锻炼。

对比两所大学的教学方法发现，总体而言，普渡大学在案例教学和小组合作学习方面要多于江汉大学。这样的做法对学生自己构建知识体系是很有意义的。同时也可以发现，在构建知识体系的过程中，教师对知识方向的纠偏作用比较小，知识传授的效率不很高。江汉大学以教师在课堂讲述为主导，辅以案例教学和交互教学方法，作业的布置也以传统的习题方式来布置，学生往往难以形成自己的知识体系，甚至大多数学生都不知道一道题目中的已知条件是怎么来的。这样就会导致学生自己面对一个实际问题时，不会自己去寻找已知条件。这样的做法，对学生知识的正确性的引导和传授是比较好的，但会降低学生的创造力。而且，单以题目的形式交给学生，会使学生在做作业的时候相互抄袭，让教师缺乏对所传授知识的效率的评估。这些教学方法各有优缺点，如果是着眼于精英教育，则以开放式的教学方法更适合学生构建自己的知识体系；而对于大众教育而言，则按照教师的知识体系对学生进行传授和灌输，正确性和效率都要高。

4 教学手段

目前，在国内采用多媒体上课已经很常见，多媒体在带来便利的同时也存在一些缺陷。如一些公式的推导或一些需要详细讲解的地方，都有可能被多媒体的快速与便捷所忽略掉，有些课堂变成“照片宣科”。在美国课堂里，教师运用的教学手段很多，仪器配备比国内的要齐全。在大教室里面有三台投影仪来显示教学内容，教师可以用其中的一台或两台投影仪来显示教学幻灯片，用其余的投影仪来投影教师的演算过程或其他需要板书的地方。其次，在课堂上也会有一些辅助教具展示给学生看，让学生在课堂中传递观察，如一些材料模型、模具模型或一些有结构特点的产品。有些工艺过程还会使用播放Flash或者录像带的方式给学生演示工艺过程。再有一个教学手段就是利用教学网络资源。普渡大学对每一门课程都有一个公共平台，上面有很多与课程、教学内容、讨论、作业相关的资料，学生进入网络平台就可以下载或浏览这些内容。

在江汉大学的课堂上有着类似的教学手段。但是在仪器配备方面，课堂里只有一台投影仪，而且大多数情况下，投影仪的屏幕将黑板遮住了。教师要进行板书的时候，得把投影仪收起来，这样就会非常麻烦，久而久之，就会只对着幻灯片直接讲了。这方面跟美国相比有一定的差距。在另一方面的差距就是教学资源的网络建设存在不足，只有精品课程才会挂在网上，有网络资源供学生下载或浏览，而忽视了所有课程对这一需求的准备。

5 课堂管理

虽然一些教师认为需要靠教师的个人魅力和学识吸引学生到课堂中来并专心听讲，没有必要进行课堂管理，但是笔者认为课堂管理仍然对学生自由散漫的一个约束，对营造奋发向上的学习氛围有着十分重要的作用。即使在普渡大学，课堂管理也为教师的教学发挥着重要作用。

普渡大学的一学时是50分钟，大多数课程一天只安排一学时，这与我国每节课二学时有很大的不同。由于美国的学生不住在一起，彼此之间不很熟悉，课堂上交头接耳的可能性要小得多。还有，你跟别人说话，别人很可能会觉得你打扰了他，不理你。学生课堂上的积极性高的另一个原因就是他们不想浪费700美元/学分的钱。总体而言，这些现象比国内的课堂要少得多。但是，美国学生并不是每一个都听话，逃课和上课不专心的现象也会存在。学生上课的课堂纪律管理也是一个比较重要的环节。在课堂上采用quiz（小测验）就是一种管理课堂的重要手段。每节课都会由助教将答题纸按人数发给学生，每人一张。发放是在每节课的任意时段，这样可以根据教师的意愿来控制迟到或早退。答题卡是适合于机读的，这样很方便统计和给出成绩。测试的成绩会由助教发到教学网站上，学生可以知道自己的出勤情况。对于课堂上玩手机、玩电脑的学生，教师一般不管，只有在实在看不下去的情况下，才会采取让学生回答问题的方式，把学生的心拉到课堂中来。

江汉大学的课堂管理主要靠点名的方式，这样比较浪费课堂的教学时间。但是，点名的另一个好处就是教师容易记住学生的名字，能够加强师生之间的沟通。也采用排座次的方式，学生在固定的座位上就坐，一旦学生没有来，空着的座位就会反映出来。对于课堂上不专心听讲的学生，也管的比较少，只有在影响教学的情况下才会进行制止。

6 实验安排

实验是这些课程的重要组成部分，也是学生对工艺过程及其作用的一个重要认识途径。材料加工课程的实验分为三大部分：一部分为测试环节，一部分为加工环节，还有一部分是模拟环节。每门课每周总的实验教学时间是110分钟。他们的实验设备大多是单台套，但是采用分时段的实验管理方法，效率很高，而且学生都能够亲自做实验，从中得到锻炼。每次实验有16名学生，这16名学生又分成四组，学生在这50分钟内交叉使用实验仪器，完成实验任务。由于在实验前，学生已经有一个预习，还有实验大纲，大纲已经把设备的操作过程写得很详细了，在上实验课的时候，助教会检查学生的预习情况，因此，学生对仪器的使用都比较了解，不像国内都是由教师手把手地教学生。当然也有学生不会做，这时助教才会过来教他们。

以材料加工Ⅱ为例，从1～5周，进行的是测试环节，测试实验有燃烧性、硬度、拉伸强度、埃左冲击试验、重力、熔流指数、热翘曲等；6～9周进行材料成型实验，包括化学发泡、泡沫珠、压塑模具、吹塑模具、旋转模具、真空热成型、热浸、注塑模具等；10～11周是模拟软件；第12周是绿色可降解塑料热成型、挤出、摩擦系数测量、反光度测量和透明度测量；第13周是生物药品制造及X射线分离金属等；第14周是实验报告；第15周是实习。

江汉大学的实验采用集中安排的形式，比如，一个班的学生集中安排在某周的某节课，根据条件，会将学生分为两组或四组，无论是哪种方式，学生非常多。大家围在一个平台，看着教师动手做，偶尔，教师会挑选一个学生出来示范。这样下来，效果不是太好，学生的亲身体会会很少。笔者认为这里有两方面原因：一是收费较低，没有足够的经费；另一个重要的原因是管理上有问题，实验管理方法不如美国的先进。笔者所在的普渡大学机械工程系的实验室里，只有两名工程师，他们的工资还是以小时计的，这样成本就很低。他们的职责主要是维护设备的正常运转，而做实验主要是助教带着学生做。因此，需要从教学计划和实验室管理两方面更新管理方法，才会取得更好的办学效果。

7 成绩评定

从表1中可以看出普渡大学的成绩评定的一个方面。虽然每门课程的成绩评定方法会有些许差别，但是其总体地将成绩的评定分散在日常学习中这一宗旨是不变的。

江汉大学的成绩评定大多是以期末考试的成绩来决定的。一次期末考试的成绩占70%，平时成绩占30%。在这些平时成绩中，实验、作业和出勤都包括在里面。其总体思路与高考制度相似，一考定终生。因此，这有计算成绩的重要弊病就在于只重视学习的结果，而不重视学习的过程，同时也滋生了学生的偷懒思想和舞弊的念头。这些学生今后是社会的建设者，如果在大学的教育阶段滋生和培养了他们的这些观念，那么今后对其社会价值观念的形成有着重大的影响。我国大学考试成绩的评定方法应该改革。

8 对教师的考核与评价

对教师的教学进行考核和评价是中国和美国教育管理的一项重要工作，在促进教学改进、提高教学水平方面发挥着重要作用。在美国的大学，教师都要进行教学，教学是高校教师的核心任务和主要学术职责。关于这一点，我国也越来越重视对教师的教学任务的强制要求。在课堂教学评价方面，与我国的评价信息来源和评价方法基本相似。从信息来源上来说，美国主要是系主任评价、学生评价和同行评价，其中系主任的评价权重最重。我国的教学评价主要是学生评价和同行评价。从评价方法来讲，美国更多地重视学生独立学习能力培养方面的评价和学生学到了什么知识方面的评价，我国更多地是对教师本身在教材、备课、教学方法等方面的评价。

9 总结

通过对普渡大学和江汉大学材料加工类课程在课程设置、课堂教学方法、教学手段、课堂管理、实验安排、成绩评定和对教师的考核与评价等方面的分析和比较，发现两所大学在培养应用型人才方面有着很多的共同点，也有一些不同的地方。总体说来，普渡大学的教学水平很高，管理水平也很高。所采取的教学方法，有助于学生自己构建知识体系，找到自己的发展方向。江汉大学在教学方法上还比较传统，基本上还是以知识传授为主，保证知识的正确性。在实验教学方面，普渡大学的安排非常科学，但是这样的培养成本较高。由于有着较高的学费作为保障，是完全可以实现每一个学生都有动手机会的目标的。当然，美国的教育也有一些缺点，对我国学生来讲，有很多不适合的地方，是不可以完全复制过来的。就理论知识的传授方面而言，美国的教师是建立在让学生构建知识体系的基础之上的，在短短的课堂内不会对理论知识有系统的讲授，如果学生不能够跟上教师的步伐，或者课后没有花大量时间做作业的话，就会使学业荒废，并不能学到什么知识。就课堂气氛而言，总体是十分活跃的，学生的自由度较大，课堂的一些教学时间会浪费在讨论中或一些准备活动之中，使得学习效率不高。美国大学的教学成本很高，需要较高的收费来维持办学，加上美国政府对教育投资的减少，今后学费提高的可能性继续存在，更高的收费会逼退一些生源，从而使得办学成本有可能成为制约其发展的一大瓶颈。

参考文献

[1]普渡大学[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/980760.htm.

[2]普渡大学[EB/OL].http：//zh.wikipedia.org/wiki/%E6%99%

AE%E6%B8%A1%E5%A4%A7%E5%AD%B8.

[3]左治江，李尧，余五新.金属与塑料成型设备课程中应用型特色教学方法探讨[J].中国现代教育装备，2009（7）：

88-90.