《工程材料》课程教学方法的改革及应用

谢志雄 谈芬芳 罗平

摘要：为了培养应用型高级工程技术人才，作者在《工程材料》课程中开展了利用理论指导实践的教学研究，本研究以项目为导向，利用多元化教学资源进行翻转课堂教学，培养全面应用型人才。本文结合《工程材料》课程特点和学生实际情况，提出了一些具体的、行之有效的教学方法和手段，将典型零件材料选用的课堂讨论和材料采购的课外活动相结合，拓展了学生的知识领域，激发了学生的学习兴趣，提高了本课程的教学效果和趣味性。

关键词：工程材料;视频教学;翻转课堂;课堂讨论

中图分类号：G642.4     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）41-0200-02

引言

目前，国内材料类的课程教学，大多基于传统的以教师为主导的课堂灌输式教学方式，缺乏完整的材料熔炼、金相制备、组织性能测试、热处理实训等教学环节，学生动手能力较差。《工程材料》是机械类、近机械类学生必修的一门专业基础课，我们在教学内容上重点阐述工程材料的性能与其组织结构之间的联系;说明如何通过工艺手段改变材料的组织结构，以达到提高材料性能的目的;介绍常用工程材料牌号及其应用等基本知识;为工程结构和机械零件的设计及其制造提供合理选用材料的方法。由于该课程的教学内容涉及面广，许多知识点是学生以前未涉及的领域，于是在教学中我们十分注重教学法的研究。我校针对材料类课程特点和应用型高级工程技术人才的培养目标，开展了《工程材料》课程教学方法的改革与创新研究。

一、利用多元化教学资源翻转课堂

多媒体技术的应用给传统教育带来巨大影响，利用多媒体技术对文本、声音、图形、图像、动画等的综合处理及其强大交互式特点编制的各学科系列计算机辅助教学课件，创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境，为教学的顺利实施提供形象的表达工具;同时能有效地激发学生的学习兴趣，真正改变传统教学单调模式，使乐学落到实处。多媒体技术的出现，为教学手段改进提供了新的机会，产生不可估量的教学效果。《工程材料》课程教学围绕“一条主线，两张图，三种材料，四把火”展开，“成分决定微观组织、组织结构决定性能、性能决定其用途，改性处理通过改变内部组织结构从而提高材料的机械性能和改善其工艺性能”的教学主线，决定了该课程的学习离不开显微组织结构、离不开相图，因此我们在《工程材料》CAI课件中插入了大量彩色显微组织图片和材料熔炼、金相制备、组织性能测试、改性处理等生产线视频录像、动画及虚拟实验。多元立体视频教学资源为翻转课堂提供了必要条件，降低了学生课前预习基本概念、基础知识的难度，大大提高了课堂上典型材料案例教学的学习效率，收到了事半功倍的效果。

以往作者在课堂上会讲授三种材料的典型牌号、成分控制范围、微观组织结构、机械性能、工艺性能及其用途，改性处理方法的选用及工艺路线，如果只是依靠教材上的简单描述，学生在学习时，会感觉到抽象、繁杂，学起来枯燥，难于理解。通过教学研究和不断的尝试，作者借助多媒体CAI软件生动展示材料微观组织结构的动态变化过程，如对晶体结构和缺陷等，采用三维立体图形，让学生观察其形体特征、内部结构等，即清晰，又动感;如对位错运动，结晶和重结晶过程，冷却曲线的形成，合金相图的建立，共析碳钢的奥氏体化等工艺，采用二维或三维动画模拟将微观过程可视化，配上教师旁白，形象生动、直观、感染力很强，变单纯的听觉语言为视听同步的动画模拟演示，可化解难点，大大降低了学生学习的难度，提高了教学效率和教学效果。另外，作者将大课堂分为若干个学习小组，课前预习教学视频，课堂上针对生活中学生熟知的材料开展讨论，并随堂测试，不仅加深了学生对材料性能和用途的理解，学以致用，还起到了活跃课堂气氛，调动学生学习兴趣的作用。

二、开展材料选用及其采购的实战项目教学

专业基础课教学的主要原则是理论指导实践，能学以致用解决实际工程中的具体问题，然而教材上的课后习题都是一些基本概念、基础知识、基本原理等理论问题，实践性的问题很少。对此，应根据实际需要设计出一些习题，使学生明白本课程的学习在将来工作中的用处。比如在讲解热处理时，事先给定学生一个大作业：大批量生产某重载汽车齿轮，请提出若干材料选用方案和热处理工艺路线。讲课时教师引导学生考虑该齿轮零件的服役条件和供货协议中的力学性能指标要求，并让学生结合材料的成分控制与热处理工艺路线及其参数的制定等方面展开课堂讨论，讨论中有的小组提出用渗碳钢，有的小组选用调质钢，经过交流讨论，最后小组提出了满足此服役条件的材料及其热处理工艺。通过对实际问题的分析、讨论，使学生主动地参与到思考和分析问题当中;反过来也使学生掌握了所选材料的成分工艺性能及其用途，真正将所学知识灵活地应用于专业实践中去。

我们设计了将零件设计制造和材料选用采购相结合的实战项目，利用学生自己在课程设计中设计出来的现有零件图;分析零部件主要结构及其制造工艺方案，选用合适的材料及其改性处理工艺，然后组建材料采购团队，形成一份标书;联系3家材料供应商（真实供应商）作为招标对象;召开一次小组会议，确定该材料的正式供应商，并形成会议纪要。由于他们处于一种从未经历过的气氛中，表现得比较兴奋，他们觉得刺激的经历就是寻找材料供应商。对于这种基于生产实践为考虑的教学方法，加上完备的实验手段和新颖的作业方式，能更好地达到本课程的教学目的，不仅激发了学生的学习兴趣和热情，也拓展了学生的知识领域。从学生的反应来看，学与用的结合可以提高教的效果和学的质量。学生在理论与生产实践的联系中，使枯燥无味的理论变得生动直观，锻炼了学生运用知识解决问题的能力。

三、实验教学及创新

工程材料课程开设了两个实验，一是铁碳合金金相显微组织观察，二是钢的热处理及硬度测试。学生会先看实验操作视频，然后由实验员示范金相的制备和显微镜的调试，金相显微组织的观察，学生再亲自调试显微镜观察各类材料的金相显微组织，不仅增强了学生的感性认识，使课程的教学重点难点具体化、形象化，使概念和规律简单化，易于学生的理解和掌握，还能理论指导实践，现学现用，极大地调动了学生的积极性，激发了学生的学习兴趣性[1]。为了大胆地调动学生的创新思维，需要进一步完善实验室开放制度以及设计综合性实验和创新实验，比如增设材料熔炼、金相制备、组织性能测试等实验，还可以开设机械工程领域应用广泛的中碳钢、调质钢的热处理工艺参数的优化设计实验，比如设计45#亚温淬火工艺实验等。

四、关于增设材料类课程实训的建议

为改变过去材料类课程存在“纸上谈兵”的问题，突出专业技能的培养，建议在工程训练中心增设工程材料实训部门，开展材料类课程实训，为学生提供真实的材料冶炼、加工、改性处理工艺及其鉴别和加工的训练环境，强调师生互动，强化案例教学，将各部分知识融会贯通，学以致用，加强了实践教学，调动了学生积极性。如果条件允许，甚至可以带领学生深入校外实习基地参观实习，加强学生对各种材料的感官认识，将实践性较强的教学内容组织有针对性的现场教学。比如参观武钢、洛阳一拖、十堰二汽等企业及其材料分析测试中心，了解常用工程材料的冶炼、加工、改性处理工艺过程，这样学生的学习积极性大大提高，且深刻增加了感性认识，为课堂教学打好基础。

另外，提前进入企业，让学生能了解自己毕业后可能从事的行业，觉得学有所用，还可以对课本上没有涉及到的新材料及其改性处理工艺有一定的了解认识，也可以对其以后的毕业就业提前做好心理转变培养，对学生的毕业就业有一定的指导意义。

参考文献：

[1]徐自立，陈慧敏，吴修德.工程材料[M].华中科技大学出版社，2015.1

[2]谈芬芳，宛农，陈仪先，等.优化课程体系，构建立体化教学模式[J].武汉工业学院学报，2008，（12）.

[3]陈曦，彭光俊，王志海.《工程材料》课程部件的有序重构[J].理工高教研究，2006，25（6）：19-121.

[4]谈芬芳，陈仪先，宛农，等.《工程材料与材料加工工艺》课程教学改革和实践[J].广西轻工业，2011，146（1）：124-129.

[5]谢祖锡.材料成形设备与自动化课程教学内容及教学方法的探讨[J].装备技术，2004，（1）：56-57.

Innovation and Application of Teaching Method about "Engineering Materials"

XIE Zhi-xiong1，TAN Fen-fang2，LUO Ping1

（1.School of Materials and Chemical Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China;

2.School of Mechanical Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430023，China）

Abstract：In order to train applied senior engineering and technical personnel，the author carried out a research on teaching method about engineering materials course. Based on a project，the study was expected to train applied talents by using multiple teaching recourses and flipped classroom. In this paper，some detailed and effective teaching methods were proposed considering the characterization of the course. We developed the knowledge area，motivated the study interest and increased the teaching efficiency and employment combined the classroom discussion and extra-curricular activities.

Key words：engineering materials;video teaching;flipped classroom;class discussion