《工程材料及成型技术》课程教学改革探讨

刘昊+董光明

摘要：《工程材料及成型技术》是高等教育机械类专业的一门重要的综合性技术基础课程。本文分析和总结了课程的特点以及教学现状，基于课程特点从教学主线与重点、教学方法和教学实验三个方面探讨了课程改革方案，以期激发学生学习动机和自主性，提高教学效果。

关键词：课程特点；学习动机；教学主线；教学方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）11-0089-02

《工程材料及成型技术》是高等教育机械类专业的一门重要的综合性技术基础课程[1]，肩负着为国家制造业战略的实施培养具有创新精神的专业人才与技术人才的任务。课程内容由工程材料和成型技术两大部分组成。通过本课程的学习，在给出一般机械产品或其零部件的功能、工作环境和结构设计的前提下，学生能独立完成选材、编制加工工艺等整个制造过程，并能对产品及零部件的结构设计给出指导性建议。

一、课程特点与教学现状

1.教学内容涵盖广，教学重点不够突出。根据大学通识教育的指导思想，本课程实际上由原先的《工程材料》、《金属工艺学》和《材料成型技术基础》三门课程的内容合并而成。本课程教学内容多而繁杂，包含材料学、热处理工艺、工艺设计、结构设计等。近些年，专业基础课程的课时被缩减，在客观上造成了教学内容与教学课时不成比例，导致在教学中教师不得不一味地赶进度来完成教学内容。这就容易造成课堂气氛沉闷，学生学习兴趣低，教学效果堪忧。

2.课程综合性强、涉及基础知识多。本课程的教学内容建立在材料科学、材料力学、机械设计、机械制图等课程的基础知识上，具有基本概念多、记忆性强、逻辑性较差的特点。例如，课程中介绍了大量常用的金属材料、非金属材料和复合材料，需要识记众多的牌号、性能特点、热处理工艺、适用场合等等，对于机械类专业的工科学生，材料科学基本知识储备较为薄弱，对出现的相近概念容易混淆，很难进行理解记忆，导致学生在考试前突击记忆，即使考试顺利通过，在考试后这些知识迅速被遗忘，达不到理想的教学目的。

3.课程理论性与实践性强，与金工实习或工程训练结合紧密。课程具有较强的理论性，尤其在工程材料部分，涉及大量晶体学、金属学、凝固学的基本概念和原理。同时课程也具有实践性强的特点，例如，在材料性能上就包括静载拉伸实验、冲击实验等；在成型技术上更包含了以铸造、锻造、焊接为代表的各种成型方法。而实践性比较强的教学内容，如果只是通过传统的课堂讲解灌输知识，往往老师教得枯燥而费力、学生学得吃力而乏味。许多院校认识到必须开展相关实验教学，以增强教学效果。但由于实验设置单调，引导性差等原因，导致学生机械化地、按部就班地进行实验，没有达到设置实验教学的预期目的。

二、教学内容与方法的探索与思考

1.明确教学主线，紧扣教学重点。课程教学内容繁多，但应该充分挖掘各部分教学内容中内在的逻辑关系，明确教学主线，形成合理的知识网络。在教学中，首先向学生强调表明教学主线，结构知识体系，随后逐步细化。这样，一方面有助于学生从较高的视角把握课程的总体内容，另一方面也能帮助学生从逻辑上理解各部分教学内容，深化记忆。例如，在工程材料部分，前三章内容分别是：材料的主要性能、金属材料的组织结构、热处理即表面处理，章节内容看似相对独立。但在教学中要注意贯穿“微观组织结构——宏观性能表现”这条教学主线，这样，第一章内容是材料宏观性能表现，具体细化为强度、塑性、韧性、硬度为代表的力学性能和材料的工艺性能；第二章内容解析材料的微观组织结构，根据教学主线，讲授相关微观组织结构特点时，回顾并建立与宏观性能的关联，如点、线、面的晶体缺陷与力学性能的关联；第三章的内涵是通过热处理改变微观组织结构而调控力学性能。

为适应学时的缩减，在教学中不能多点开花，一定要注意突出重点。根据学生反馈，铁碳合金相图抽象难以理解。但铁碳相图同时也是教学重点，是关联后续选材、热处理、成型工艺的主线。如果学生不能学会铁碳合金相图，本课程后续大部分内容的学习，学生都很难真正理解，必然落入碎片化的简单机械记忆，导致学习动力和学习兴趣下降。在仅有32个学时的条件下，材料学基础部分的教学内容仅针对金属材料展开，再考虑到针对机械工程方面的实际应用，对于后续非金属材料和复合材料、非金属材料成型章节，应该留给学有余力的学生课后自学。

2.合理运用教学方法，激发学习动机。教学手段与方法的合理运用，能帮助学生深入浅出地理解知识点，也能激发学习动机。工程材料及成型技术的课程内容实际上与日常生活息息相关，教师可以充分利用学生身边感兴趣的事物，引入知识点的学习。例如，向学生播放弯曲勺子的魔术视频，激发学生学习金属材料的兴趣，也对形状记忆合金有深刻的认识。

组织生动有趣的教学语言，可以有效提升教学效果，加深学生印象。比如，讲述到钢的热处理时，学生通常容易混淆退火、正火、淬火、回火之间的区别和关系。若根据四种热处理工艺的关系，讲授中称“退火和正火是一对双胞胎，淬火和回火是一对好兄弟”，使学生深化理解退火和正火工艺目的的相似性和工艺特点的区别，淬火和回火热处理之间的关系。在各教学单元或知识点之间，利用其内在的逻辑关系，设置合理的过渡性语言或者问题，帮助学生内化理解。比如，在金属材料的组织结构中，学习了合金的晶體结构和基本概念后，提出问题“合金的结晶过程是怎么样的呢”，进而引出合金相图的教学内容，这样既表示了所学知识点之间的逻辑关系，又通过设问导入新的教学内容。

对于抽象难懂的概念及理论，要善于运用图片、动画、视频等多媒体教学手段，将抽象的知识点感性化、具体化、形象化，使学生更易理解，也更能加强记忆。比如，通过真实的金相组织显微图片配合相应的示意图，引导学生理解和区分珠光体、莱氏体、贝氏体等组织的分布特点。

在金属材料的教学中，要罗列学习介绍碳素结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、碳素工具钢、合金工具钢以及不锈钢、耐热钢、耐磨钢等特殊性能钢等常用金属材料。如果采用以教师为主体进行讲解的传统教学方法，学生被动接受，严重挫伤学生学习的主动性，教学效果很不理想。组织讨论环节，分小组，每个小组负责一类材料，引导学生主动搜集资料，然后小组之间讨论学习。这样改变了学生简单接受讲授知识的学习方式，调动了学生积极性，有利于培养创新型人才。

3.注重实验，巩固课堂教学效果。本课程实践性强的特点意味着在教学中必须强调实验教学和课堂教学的结合，以實验教学巩固强化课堂教学，才能达到理想的教学效果。这一点基本是本课程教育教学的共识。针对这门课程，各院校也开设了“碳钢的力学性能”、“金相组织观察”、“冷变形强化”等综合实验[2]，目的在于巩固课堂所学基本理论与概念，培养学生综合分析能力和动手实践能力。但目前实验课教学，多采用教师制定实验计划，学生按照实验计划中的步骤一步一步执行的方式来进行。这种方式学生缺乏自主思考过程，在整个实验进程中处于被动接受状态，甚至在完全没有理解实验性质的情况机械地执行完了实验过程。这背离了与实验开设的初衷和目的，无法激活学生的积极性和创造力。

在实验教学中，探索出新的实验教学方案：设置分组竞赛，由教师明确实验要求和目标，学生独立设计实验方法，通过教师确定实验可行性，最终在小组间评价实验效果。例如，开设“钢的热处理”实验，实验要求和目标是采用热处理提高钢的硬度，给学生提供几种不同的钢材以及可使用的热处理设备，由学生根据课堂知识自主选择钢材、独立设计热处理工艺，在教师审核可行性后执行实验，以硬度提升幅度等指标评价各小组的实验效果。这样，以实验的自主性激发学生创造力，以竞争机制刺激学生的学习动机。

三、结语

通过总结《工程材料及成型技术》的课程特点以及在目前教学中面临的共性问题，从明确教学主线与重点、合理运用教学方法、提升实验教学三个方面，对本课程的教学改革进行了初步的探讨。所提出措施旨在通过激发学生学习动机和自主性，巩固教学成果和提高教学效果。

参考文献：

[1]林建榕.工程材料及成形技术[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]曹宇.《工程材料及成型技术基础》课程的案例教学方法探讨[J].科技教育，2015，（31）.

Discussion on the Teaching Reform of Engineering Materials and Molding Technology

LIU Hao，DONG Guang-ming

（School of Mechanical Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

Abstract："Engineering materials and forming technology of mechanical specialty of higher education" is an important basic course of comprehensive technology. This paper analyzes and summarizes the course characteristics and teaching situation，based on the characteristics of the course from the teaching and focus on the three aspects of teaching methods and teaching experiment of curriculum reform plan，in order to to stimulate students' learning motivation and autonomy，improve the teaching effect.

Key words：curriculum characteristics；learning motivation；teaching main line；teaching method