关于《工程材料》课程教学的使命探讨

郭娜娜，殷凤仕，孙金钊，尹文红，王洪涛，姜学波，王兆君，于文强，朱建

(山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博)

一 引言

《工程材料》课程是以机械工程、交通运输工程以及农业工程等装备设计与制造领域为应用背景，面向机械、交通和农机等机械类本科专业所开设的一门技术基础课程。该课程内容包含了材料类专业的《材料科学基础》《金属热处理原理》《金属材料学》等多门专业课知识，是一门理论性很强的课程。对非材料类的专业学生来说，在学习《工程材料》课程时，普遍感觉内容抽象、概念多、不容易理解，尤其是对《工程材料》课程的学习目的不明确，学习的动力不足。我们教学团队为提高教学质量，在课堂教学过程中融入思政内容[1]，开展综合性实验教学[2]等方法，并在智慧树平台完成了在线课程的建设情况，取得了较好的效果，目前已经有江苏大学、沈阳工业大学、内蒙古工业大学等19 所学校学生选择该课程进行教学，如图1 所示。为进一步加深学生对《工程材料》课程学什么和为什么学的理解和认识，提高学生学习的主动性和趣味性，从而提高教学质量，本文根据《工程材料》课程的教学内容和目的，探讨了该课程的教学使命，以最简练的语言来描述，并通过课程内容、教学方法及评价方式的设计等完成三个教学使命。

二 课程教学的使命

《工程材料》课程的主要内容包括材料的结构、材料的性能、材料的凝固与相图、金属塑性变形与再结晶、材料中的相变与热处理技术、表面技术、合金化原理以及常用工程材料的成分、组织和性能特点及应用[3,4]。材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系规律，是贯穿在《工程材料》课程的一条主线，是隐藏在工程材料中的科学原理，是工程材料中的奥妙之所在，是认识材料、选择材料和用好材料的理论基础，重要但不容易掌握，需要学生在学校过程中不断地总结、归纳。因此，《工程材料》课程教学的第一个使命就是让学生探索工程材料中的这些科学原理，用“探索工程材料奥妙”来描述。

图1 智慧树平台工程材料课程选课情况

《工程材料》课程教学内容中的热处理技术、合金化技术、表面技术以及常用工程材料是根据工程材料中的科学原理发展出的用于解决工程实际问题的各种应用技术。通过这些技术的应用，可以控制工程材料的性能，满足不同使用环境的需要。因此，通过学习工程材料，不仅可以掌握工程材料中的科学原理，还可以利用这些科学原理进一步控制工程材料的性能。因此，《工程材料》课程教学的第二个使命是让学生掌握这些材料的改性技术，用“掌控工程材料性能”来描述。

装备制造业以机械、汽车、船舶、航空航天为主，同时涉及冶金、能源、化工、信息等多种国民经济的重要行业[5,6]。在装备设计与制造过程中，材料的选择与应用是需要考虑的基础和重要因素，特别是在高端装备制造领域，材料的性能往往是整个装备实现高性能化的限制性环节。因此，作为装备设计与制造领域的大学生，未来能否选好、用好材料是决定高端装备制造水平的关键因素。因此，学好《工程材料》课程可以“助力高端装备制造”，这是《工程材料》课程教学的第三个使命。

三 课程教学使命之间的关系

“探索工程材料奥妙”就是探索材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系规律，即探索工程材料中隐藏的科学原理；“掌控工程材料性能”是利用工程材料中隐藏的科学原理发展的材料改性技术，即热处理技术、合金化技术、表面技术等控制材料的性能，满足不同环境条件下的服役要求；掌控了工程材料性能，有助于解决高端装备制造中存在的材料问题。可见，“探索工程材料奥妙”是“掌控工程材料性能”的基础，“助力高端装备制造”是“掌控工程材料性能”的目的。

图2 智慧树平台课程信息

四 课程教学使命符合《工程材料》课程教学的目的

《工程材料》课程教学的宗旨是使非材料类专业的本科生能在较少学时的教学过程中建立起材料科学与工程的总体思维方式，不仅要掌握有关材料性能的基本概念，更重要的是建立一种性能与成分、组织结构以及加工工艺之间相互关联的概念，强化宏观与微观相互关系的观念，从而为其选择材料并使用该材料达到最佳性能提供一个总体思路[3]。

工程材料课程是机械类和近机械类各专业的重要技术基础课，课程的目的是使学生获得工程材料的基本理论知识，掌握材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系，了解常用材料的应用范围和加工工艺，初步具备合理选择材料、正确确定加工方法、妥善安排工艺路线的能力[3]。

“探索工程材料奥妙”就是探索材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系规律，就是工程材料的基本理论知识；“掌控工程材料性能”不仅是掌握常用材料的性能，而且还提出控制材料性能，可以使学生进一步具备合理选择材料、正确确定加工方法、妥善安排工艺路线的能力。可见，本文提出的《工程材料》课程教学的使命，不仅符合《工程材料》课程教学的目的，还在原有基础上有所提高。

表1 部分教学内容学习目标、教学方法和手段以及作业的详细设计情况

五 课程教学的实施

如何进行课程内容、教学方法及评价方式的设计是完成工程材料课程三个教学使命的关键。该课程已在智慧树平台完成了在线开放课程的建设（https://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/2069141#teachTeam），如图2 所示为工程材料课程在智慧树平台的课程信息。因此该课程采用“线上线下”相结合的教学模式进行[7,8]。此外，明确各章节的教学目标并设计教学方法和手段，如表1 所示为部分教学内容学习目标、教学方法和手段以及作业的详细设计情况。通过小组讨论、PPT 讲述、案例分析等多种方式让学生更多的参与到教学的各个环节中。同时课程讲授中融合思政元素，将搜集到的课程思政素材如重大工程中出现的材料问题、生活生产中的先进材料以及材料领域领军人物等融入到相应章节的讲授中，促进以上教学的实施设计合理的评价方式是极其关键的，在评价环节中更注重过程评价，因此增加平时成绩占比，包含：作业、出勤和课堂参与度（30%）+小组PPT 讲述（30%）+案例分析（30%）+（课前知识回顾10%）四个部分，并细化各个考核指标的评价标准，如表2 所示。其中PPT 讲述部分的成绩由其余小组同学互相打分获得。

表2 案例分析评价标准

六 结语

本文根据《工程材料》课程教学的内容和目的，提出了用“探索工程材料奥妙，掌控工程材料性能，助力高端装备制造”三句话概括《工程材料》课程的教学使命，来加深学生对《工程材料》课程学什么和为什么学的理解和认识，从而提高学生学习的主动性和趣味性。我们教学团队在建设在线开放课程时，将这三句话放在了教学视频的片头，进一步加深了学生对《工程材料》课程使命的认识。