《工程材料及成型技术基础》课程的案例教学方法探讨

曹宇

摘 要：《工程材料及成型技术基础》是高等院校机械类专业必修的重要专业基础课，但知识点逻辑关联度很散，学生学通较难，学以致用更难。该文探讨了机械类本科生《工程材料及成型技术基础》课程的创新案例教学方法，包括：（1）结合当前读图时代特征和“翻转课堂”教学模式，提出了“翻转课堂”的图表互换教学方法；（2）设计了基于知识点串联的综合实验和基于网络知识库的虚拟仿真环境案例教学方式；（3）基于微信公众号的学生课后碎片化学习探索模式。课堂教学效果表明，学生主动学习和课外探索兴趣大大提高，教学质量得到有效提升。

关键词：工程材料及成型技术 翻转课堂 图表互换 知识点串联 碎片化学习

中图分类号：G45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0170-02

《工程材料及成型技术基础》是高等院校机械类专业必修的重要专业基础课，主要内容以机械零件的材料、性能及成形方法为主线，分工程材料和成型技术两部分，工程材料部分主要讲述工程材料基础知识（材料的晶体结构、结晶相图、显微组织等）和应用知识（热处理、各类金属材料、非金属材料以及零件的选材等）；成型技术部分主要讲述铸造、锻造、焊接等热加工技术。课程特点是知识点多而散，不便于记忆，学生掌握相互联系难度较大，难以学以致用。

诸多教学经验[1-3]表明，案例教学法是行之有效并被广泛采用的教学方法。笔者近5年来在温州大学机电工程学院机械类专业10个班级本科生的《工程材料及成型技术基础》课程教学实践中，尝试了多种案例教学方法，以下总结介绍一些学生接受度高、反馈效果良好的经验。

1 “翻转课堂”的图表互换案例教学

1781年德国哲学家康德提出认知图式（schema）的概念，认为概念并非孤立地存储在记忆中，而是相互联系，构成了反映现实中相互联系的事物的认知结构图式，而一旦形成图式，以后的反映就会受到这种图式的影响。随着现代移动互联网的普及，人类社会进入了“读图时代”。人们每天获得的大量信息都源于“读图”（即通过看图画获取信息），而非传统阅读文字获取信息的“读文”方式。

结合近几年来日益流行的“翻转课堂”教学模式，笔者尝试设计了几个典型的“图表互换”教学试验，培养学生的全局观、归纳能力、创新意识与想象力，反响较好。课前，学生先通过读教材、查阅资料、与老师、同学在线交流等方式进行知识学习；课堂上，教师则把学生分成小组完成指定的图表转变案例，学生是教学活动的主体，老师处于被支配地位，进行引导与解惑答疑。

例如：将铁碳合金平衡相图的七点六线归纳成“温度-成分-组织”的三元表格，即进行“相图→表格”转换；将热处理工艺的“四把火”（退火、正火、淬火及回火）、钢铁的分类等内容，先归纳出知识总结表格，然后画出“材料成分-工艺条件-相变反应-产物组织-力学性能”的逻辑树图或在铁碳合金平衡相图对应位置上完成标注，即完成“表格 逻辑图”转换。值得指出的是，图表互换案例的设计要考虑灵活性和开放性，图式表达至少有以下基本特征[4]：图式具有变量；图式可以嵌套，一个图式可以包含在另一个图式之中；图式表征的是抽象水平上的知识；图式所表征的不是定义而是知识；图式活动是一种主动过程；图式是一种认知单元，有了这种单元就能够评价所加工材料的匹配程度。

2 基于知识点串联的综合实验教学案例

虽然《工程材料及成型技术基础》课程内容繁杂，但仍然存在着一根逻辑上的“成分+工艺→组织→性能”主线，灵活的设计基于知识点串联的动手实践教学案例，有助于知识的强化和迁移，加深了学生对课程知识全貌的理解和记忆。

为此，开设了典型牌号的“碳钢的力学性能与其成分、热处理工艺之间关系”“冷变形与再结晶退火温度对显微组织与力学性能影响”的综合性实验，巩固理论知识，培养和提高学生综合分析能力和实践动手能力，为后继学习机械设计、模具制造工艺等课程和毕业设计，培养专业核心能力。

此外，世界钢铁协会下的钢铁大学网站（www.steeluniversi

ty.org）提供了钢铁应用、钢铁设计及冶炼等仿真模块，由此引导学生利用该虚拟仿真环境自由选择材料成分或设置工艺参数，运用教材理论知识去主动探寻、分析和解决仿真中可能出现的失常和事故，实现学生工程应用能力的全面发展，是一种较好地学生课后实践案例自学模式，解决了该课程安排动手实践课时不足的难题。

3 合理利用好学生课后的碎片化学习时间

近年来，随着生活节奏加快和科学技术发展，人们的学习时间、空间都已从连续、固定、封闭走向灵活、开放、多元，学习呈现出碎片化[5]，传统大模块大粒度学习内容无法更好满足学习者利用碎片化时间所进行微型学习活动。当前，随着移动互联网的普及，大学生几乎人手一台智能手机，越来越多的把课余时间花在微信、QQ等社交工具或网络游戏上，由此带来了一个挑战：如何引导学生利用好碎片化学习规律？

解决方法的首要关键在于提供碎片化学习资源。基于碎片化学习发生的情景，碎片化学习所需的资源必须是碎片化、易获得、易传播共享、受青睐的资源。幸运的是，这样的资源已有不少提供者，如：公开课、TED、MOOC、微视频等。例如：笔者推荐学生关注了几个工程材料及成型技术有关的微信订阅号、公众号（如“热处理生态圈”“铸造生态圈”“锻压世界”“现代焊接”“材料科学与工程”等），这些资源由行业协会、学会、期刊或大公司提供并定期更新，基本每天都有来自企业一线的生产案例资源被精心编辑成5～10分钟可以看完的技术文章或微视频，很多学生均反馈非常爱看这些，与正在学的课程中真实案例紧密相关，大大提升了学生学以致用的兴趣和案例分析能力。

参考文献

[1] 孙军业.案例教学[M].天津：天津教育出版社，2004.

[2] 朱迪思·H·舒尔曼.教师教育中的案例教学法[M].上海：华东师范大学出版社，2007.

[3] 王秀芝.案例教学中需要研究的几个问题[J].中国高等教育，2006（12）：44-45.

[4] 田延明.语言离散-连续图式表征认知模式研究[D].上海外国语大学，2012：27-28.

[5] 王觅.面向碎片化学习时代微视频课程的内容设计[D].华东师范大学，2013：31-51.