工程材料教学方法与课程改革初探

孙红亮 杨 康 朱德贵 邱 慧

西南交通大学材料学院 四川成都 610031

工程材料是各工程类专业尤其是材料专业学生必修的一门技术基础课程，也是类机械专业知识实践的基础课程。掌握工程材料的基本知识有利于拓宽机械类专业学生的知识结构，提升其综合科学素质。所以如何建设好该门课程，对其毕业生的培养质量影响很大。工程材料课程主要介绍实际工程中使用的各种材料，尤其是钢、铁等金属材料，本课程开设的目的是培养学生区别、认识各材料的基本性能和热处理工艺，并能够灵活选材[1]的能力。但在实际课程教学中发现，采用传统的教学方法，学生获得知识较慢、课堂氛围沉闷，究其原因是由本门课程的特点决定的。

传统的工程材料课程教学体系将材料类专业学生应掌握的工程材料学知识进行缩减，所用教材和实际教学内容却又强调材料学的理论性与系统性，而忽视了非材料专业(如机械、能源、动力、化工等专业)学生材料相关知识基础薄弱的实际，在某些知识点方面，如晶体学、合金相图，对学生要求过高，耗费时间较长，却得不到好的教学效果。在教学过程中未侧重强调在工程实践中合理选材、灵活取材的重要教学思想，未能突出工程材料学在其他学科中的交叉应用。结果就是很多非材料专业毕业生连常用材料的牌号与基本特性都没有掌握，因而灵活取材、选材，并选择正确的加工方法和制定工艺路线更是无从谈起。加之工程材料学本身教学内容广、概念多且较为抽象，学生学习感到枯燥乏味，现有的教学方法已无法满足工程材料对于非材料专业学生的教学需求，工程材料课程改革势在必行。本次改革从教学内容、教学方法和手段以及课程体系建设等方面对工程材料的教学进行探讨。

1 明确教学目标　优化教学内容

机械类专业的学生毕业后主要从事机械类产品的开发、设计与制造加工的相关工作，合理正确地选取材料是从事此类工作的基础，而随着科学技术的发展，选材用材也成为降低成本、提高产品质量的重要手段。材料工程师和机械设计工程师对于工程材料知识的需求是不同的，不仅侧重点有差异，深度也不一样。机械工程师侧重于正确地选材、用材，合理选择加工方法并制定工艺路线。他们需要的是工程设计制造中相关材料知识的运用能力，相对于材料工程师来说，更加偏向于材料的实际应用。因此机械类专业工程材料课程的教学要求和教学目标应符合机械类专业学生的实际工作需要，强调学以致用。

因此，针对新的教学要求和目标，本次改革对工程材料课程的内容进行了重组。在满足所需基础理论知识的前提下，遵从“精简基础、突出重点、实用为度”的原则，将课程内容重组为三个部分。第一部分是材料科学基础知识，在此部分删掉了不必要且较深入的理论内容(如晶面、晶向指数，复杂的位错结构理论)，精简晶体学、相图以及热处理原理工艺等知识。第二部分为合理选材、用材知识。此部分为本课程的重点，应加强工程材料的实际应用内容，在总学时不变的情况下，增加实验学时并减少纯理论课时。第三部分是工程材料的加工工艺，要求学生可以对所选材料采用合理的加工方法并制定出加工路线。

2 改进教学方法　丰富教学手段

工程材料课程涉及的概念多、内容多，知识点抽象、知识面广，不仅有基本概念与原理，也有工程实践应用内容。目前的教学模式，基本上是沿用传统的板书教学，即“知识传授型”教学，教师以课堂灌输为主，难以克服教学内容多而杂的难点，将知识有效地传授给学生。本次改革选择以翻转课堂[2]为主要教学模式，利用先进的现代科学手段创新优化教学方法，丰富教学手段，并充分结合工程材料课程的特点，收获了良好的教学效果。翻转课堂旨在实现知识传授和知识内化的颠倒，将传统课堂中知识传授转移至课前完成，知识的内化则由原先课后做作业的活动转移至课堂中的学习活动，很好地解决了工程材料学知识杂、繁、多的难点。

2.1 教学方法的改革

教学方法是指教师和学生为了共同完成“教”和“学”的任务而采用的工作方法，“教”与“学”两种方法相互联系、不可分割。改进教学方法是提高教学效果和教学质量的重要途径，针对本课程的特点，本次课题在实际教学过程中综合了启发式教学，讨论式教学，理论联系实际教学等方法。启发式和讨论式相结合的教学方法较于传统的“填鸭”教学更能调动学生积极性，活跃课堂氛围。教师在授课过程中不应只按照自己的思路来陈述知识或分析问题，还需要引起学生的响应，利用启发式和讨论式教学方法让学生积极参与到课堂中来，可以充分调动他们学习的主动性和积极性，并提高他们自主思考和解决问题的能力。鉴于工程材料的理论内容多、知识点抽象的特点，采用理论联系实际的教学方法，在课堂中恰当引入实际工程中的案例，由实际导出理论，就可以把知识简单化和具体化。如淬透性的概念易混淆且不易掌握，将其联系实际应用进行讲解，就能使学生更容易理解这一概念。

2.2 教学手段的改革

随着科学技术的进步，发展出了很多简便、有效的教学手段，而传统的“教师—黑板—教材”的教学方式再也不能满足现代化教学的要求。通过引进多媒体教学、案例教学以及现场实物教学等新的教学手段，工程材料课程教学效果进一步得到提升。多媒体教学可以把陈述性表达无法取得良好效果的教学内容更直观生动地展示给学生，不仅可以提高学生的学习兴趣，更加深了其对基本理论内容的理解[3]。案例教学法[4]即“围绕一定专业背景(在这里主要是工程材料学)、目的把实际中真实的情境加以典型化处理形成实际的案例，供学生思考分析和决断，并通过独立研究和相互讨论的方式解决案例问题”。以机械设计中的减速器为例，减速器中的箱体、轴、齿轮等不同零件在不同工况下的使用性能要求不同，因而需要针对其不同失效形式进行合理选材，并确定加工路线。现场实物教学对于加深学生对理论知识的理解和提高他们的实践能力有很大的帮助。

3 改革考核方式

考核既是学生学习成果和教师教学质量的考查和体现，更是学生在课程学习中的学习价值和学习方式的导航器[5]。传统的考核方式大多是“一卷定音”的期末考试模式，很多学生靠死记硬背也能通过考试，能否顺利通过课程考试也就成为学生比较关心的问题，甚至是部分学生学习的动力。这种考核方式不能正确反映学生的学习情况，更不能调动学生的学习兴趣和积极性，达不到培养目标。因此，需要对传统的考核方式需要做出一些改革。

为了能够真实地考核出学生对知识的掌握情况，并激发学生学习的动力，本次改革采用了平时学习考核、实践考核和期末测试考核相结合的考核方式，学生对应的成绩也由平时成绩、实践成绩和期末考试成绩三部分组成。平时成绩又细分为课程小论文、课堂讨论和平时作业成绩，这部分主要考核学生对本课程理论知识的掌握程度；实践成绩由实验与工程实践成绩组成，注重考核学生的动手能力和自主解决问题的能力；期末考试试卷由教师自主命题，知识点覆盖全面，考核学生对工程材料知识的综合运用能力。多元化的考核标准充分考虑到答案的多样性与多质性，鼓励不同的想法；既重视考试结果，也重视学习过程；调动学生的学习积极性，不再死记硬背以求通过考试。

4 结语

通过机械工程材料的课程教学实践，从重视探究性、研究性学习，体现以教师为主导、以学生为主体的现代教学理念出发，对教学内容、教学目的和教学方法进行了合理的设计，探讨得出了一套较为合适的教学体系。该体系以翻转课堂为主要教学模式，融合了启发式、讨论式、理论联系实际等教学方法，并辅以信息化教学技术和多元的考核评价方式，将现代教育思想融入了教学实践。另外，随着科学技术的发展与课程改革的实施，机械工程材料还需要及时更新教学内容与教学手段，把最新的研究成果和教学方法融入课程，与时俱进，使教学质量保持在较高的水平。