工程材料及热处理课堂教学改革

李蓉，陈志平，张巨勇

摘要：针对工程材料及热处理课程现有教学模式的不足，本文提出工程材料及热处理课程改革，并分别阐述了改革目标、思路、内容与实现方式。结合实践表明，该课程的教学改革具有积极作用。

关键词：工程材料；热处理；教学模式；课程改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）19-0039-02

“工程材料及热处理”作为一名机械工程师的必修课，在国内高校教育过程中普遍存在重理论轻实践的教学理念，以及缺乏对学生技能培养的现象。单一的授课方式增加了学生对本课程的枯燥感和厌恶感；陈旧的实践环节无法实现生产能力的培养；新材料、新工艺知识体系增加的缓慢性，无法实现与企业或工厂的“零距离”对接。

一、工程材料及热处理课程教学状况

“工程材料及热处理”课程是一门理论性和实践性均较强的课程，但目前教学过程中存在的主要问题包括：

1.现有课程内容体系在知识点的选择和安排上没有脱离传统的教学理念。新材料、新技术、新工艺方面知识点增加缓慢。

2.现有课程安排中没有同程的实验教学环节。学生难以将所学习的知识点与分析、解决生产实际问题相联系。

3.学生对课程认识不够，误认为本门课程就是简单的记忆。学完课程后往往只有一个“陶瓷”、“塑料”等非常模糊而笼统的概念。

二、改革理念、思路及目标

课程改革理念、建设思路与目标如下：

1.改革教学方法与教学手段。针对“工程材料及热处理”理论性和实践性均较强的特点，注重教学内容的精选，着重讲清“问题是什么”、“问题的背景是什么”、“问题的性质是什么”、“问题的解决方法是什么”等内容。

2.新建一些实验设备先进、实验水平高、与生产实践结合紧密的新实验项目，以满足课程建设的实际需要。

3.以企业典型应用为载体，实现以实例项目为导向的教学模式。以吉利汽车制造厂的实际案例，如以“帝豪EC7模具工艺的改进”为载体，将学习过程转化为“企业现场情景的再现”，实现“将理论知识转化为专业技能”的学习目标。

4.将工程中的典型案例引入教学内容，并借助教师的引导、学生的动手实践和课堂讨论，使学生掌握工程材料与热处理的思路和基本方法；提高学生分析问题和综合设计的能力。

5.提出复合材料的有限元研究观念，引入教师在研项目，带领学生进入科研实践，掌握分解任务、各个击破的解决问题方法，为学生今后可能的科研需求打下坚实的基础。

6.培养团队协作精神，形成良好的职业能力和职业素养。分组进行教学，按组分配任务，进行讨论、查阅资料、分工合作，培养团队协作精神。

7.强化能力、过程考核，提高学生的学习兴趣。改变传统考核方法重理论轻应用的方式，采取强化能力、过程考核，注重学生的参与，培养学生主动学习和创新能力。加大学生平时成绩比重，将期末考核转变为章节考核。实践考核与理论考核相互结合，形式上做到有机统一、相互渗透。可以就某一材料或工艺设计问题，例如围绕“玉兔号”月球车，设定一个与材料或工艺相关的写作范围，让学生自己根据问题去寻找答案。

三、课程改革内容

本课程的主线为：成分—组织—性能—典型材料。常见的章节内容是：晶体结构与结晶、金属的塑性变形、相图、铁碳合金、钢的热处理、合金钢、铸铁、有色金属、非金属材料简介及工程材料的选用等。其中重点是相图、热处理（包括原理与工艺）和合金化原理。调整课程基础知识内容、增加实践模块环节、融合工厂实例与科研项目，提高学生对相图、热处理和合金的运用能力，成为本课程改革的核心内容。结合教改理念、思路与目标，课程改革的具体内容主要如下图所示。首先，对于基本知识方面，要求学生掌握晶体结构与结晶、金属的塑性变形、相图、铁碳合金、钢的热处理、合金钢、铸铁、有色金属、非金属材料及工程材料等基本知识点，结合学校现有实验设施完成基本的实验环节，考核方式以章节考试为主。其次，增加案例实践环节。主要结合我校“卓越计划”的合作单位——宁波吉利汽车公司的工厂实例，如“6σ在焊点质量改进中的应用”、“帝豪EC7模具工艺的改进”、“鼓式制动器及其蹄片切削机设计”等实际工艺环节，展开案例型教学，考核方式以个人实践考核的形式为主。最后，结合教师的科研项目，提升自主学习能力、增加团队合作能力。主要结合我国在研的深空太阳天文台主反射镜、主桁架结构的材料选择与工艺设计的科研需求，或者以大家感兴趣的神舟十号、嫦娥三号、“玉兔号”月球车等项目对材料与工艺的展开，充分激发学生对工程材料的兴趣，鼓励学生自主调研、通力合作解决问题。在实际项目学习中普及“有限元分析”方法在复合材料设计理念中的科研思想，开阔学生的科研视角。考核方式以团队式的论文报告为主。基于以上课改内容，结合教改理念、思路、目标，可以解决课堂教学中以下问题：（1）普遍认为本课程“学而无用”——加强学生对课程的宏观认识。老师在讲解过程中，一定要把握好宏观与微观，既能把复杂问题简单化，也能把简单的现象上升到科学的深度。在本课程绪论环节，应把本课程进行宏观描述一下。（2）枯燥的学习方式——把课程内容生活化、简单化。课程当中很多专业的知识点实际上和日常生活做人做事的道理一样。比如，在讲述晶体缺陷时候，就让学生知道：第一，完美的晶体是不存在的，晶体一定存在缺陷；第二，晶体缺陷不一定是缺点，在工程上有其用武之地。（3）重点知识的掌握——以点带面，用简单的思路来讲述复杂的道理。根据知识点的连贯性，一定要把基础知识讲清楚，然后逐步延伸。比如，铁碳相图是本课程的一个重点和难点，包括共晶相图和共析相图等，而共晶相图和共析相图的基础都是匀晶相图，而匀晶相图的重点就是两点：第一，结晶过程中的某具体温度时刻的液相和固相的具体成分确定（这就是液相线和固相线的另一层含义）。第二，结晶过程中的某具体温度时刻的液相和固相的相对含量确定（这就是杠杆原理）。掌握了以上两点，整个相图就全盘皆活。（4）相关知识容易遗忘——通过渗透材料科技史的方法强化印象。材料科学很多原理和实验结果经历了漫长的探索过程，甚至在科技史上还走了弯路。如果仅简单地就事论事，学生印象肯定不深刻，甚至不理解，即使把原理和理论背下来了，碰到实际问题可能很难灵活运用。所以，以科技史的形式给学生讲解，穿插一些材料轶事以及一些小典故，强化学生记忆、增加学习乐趣。比如，讲解单晶体的时候，就可以把贝尔在检查电话系统故障时发现蓄电池电极板表面长出了一些针状的晶体——“晶须”。这些理想的晶体比现实带有缺陷的晶体的强度增加几个数量级。然后再讲述晶须的出现如何扩大了金属材料的应用，目前可以作为增强材料与其他材料组成复合材料。这样学生印象才深刻，同时还为后面非金属材料的讲解做好铺垫。

综上所述，本文分析了现有工程材料及热处理课堂教学中的普遍问题，针对这些问题提出了该课程的课堂教学改革思路与改革内容，并对其改革的实现提出了相应的方法。通过我们为期近一年的课堂实践，发现在工程材料及热处理课程教学过程中实施课堂教学的相关改革，对提示我校机械工程人才培养质量，促进我校工程教育，实现培养高素质机械工程人员具有重要的现实意义。

参考文献：

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[2]陈国金.工科类大学生创新教学实践[J].实验室研究与探索，2010，（3）.

[3]纪华刚.卓越计划校企联合机制的研究与实践[J].长春工业大学学报（高教研究版），2011，（9）.

基金项目：本文为杭州电子科技大学2013年度高等教育研究课题（No.ZC1301）、杭州电子科技大学机械工程学院2013年本科教学质量工程项目（No.2013-5）、杭州电子科技大学机械工程学院师范中心2012年度教改项目的专项论文。

第一作者：李蓉（1979-），女，讲师，博士。