基于生产实践知识的《工程材料》课程教学改革

＊王金亮 习小慧* 王贵 王坤 薛景鈡 梅瑞斌

（1.广东海洋大学机械与动力工程学院 广东 524000 2.东北大学秦皇岛分校 河北 066004）

随着我国经济的快速发展，工程技术领域对其所涉及的工程技术提出了更高的要求，例如为了实现汽车行业的节能减排，汽车轻量化的技术要求变得越来越高[1]。因此，为了保证经济的快速发展，如何培养出与之相适应的工程技术人才是现今教育面临的难题。

材料是工程发展的载体，掌握材料的组织结构及性能特点是工程技术人员的必备知识。《工程材料》是专门讲授工程材料性能特点的课程，成为许多工程类专业的必修专业基础课[2]，比如广东海洋大学机械设计及其自动化专业、能源与动力工程专业、轮机管理专业等。目前，该课程传统的教学方法无法使学生对其产生浓厚的学习兴趣，致使大部分学生只为考试成绩或学分进行相应学习。因此，面对越来越高的工程技术要求，如何提高该课程的教学效果成为教师教学过程中面临的一个难题。

1.工程材料课程教学存在的问题

(1)学生学习兴趣有待提高

随着科技的进步，人类社会已从工业时代走向了信息时代，网络和自媒体技术得到了迅速发展。由于手机发展的智能化和4G/5G网络的高速化，直播、网游已成为当今社会娱乐的焦点，这些信息时刻改变着民众的思想意识。大学生作为民众的一个群体，同样受多样化、趣味化娱乐信息的影响。此结果导致大部分学生的兴趣点被提高，降低了对课本中专业科学知识的学习兴趣，出现了在课堂上学生使用手机打游戏、看视频的现象。

《工程材料》课程是近机械类工科专业重要的专业课，其掌握程度直接影响学生进入企业的工作质量。通过该课程的设置，可以使近机械类工科学生掌握有关工程结构和机器零件常用的金属材料、非金属材料的基本理论知识和性能特点，并具备对其所从事工业领域中的工程结构、机器零件等材料进行合理选用和使用，实现合理性结构设计和工艺编制。然而，《工程材料》课程教材是针对所有相关专业的教材，其涵盖了多方面知识。而对于非材料类专业的学生来说，在学习该门课程过程中，往往感觉该课程与自己所学专业无关，且教材涵盖知识面太广，致使学生无法对该课程产生浓厚的学习兴趣。这使得很大一部分学生，只为了考试成绩或学分而去学习这门课程。此现象导致学生完成《工程材料》课程学习之后，并未提高自己的专业技能，致使该课程教学出现弊端[3]。

以上分析可知，由于外部环境变化及非材料类专业学生对《工程材料》课程的不重视，导致大部分学生对该门课程的学习兴趣不高。因此，如何让非材料类专业的学生对《工程材料》课程主动产生学习兴趣，并进行深入学习，提高自己的专业技能，适应越来越高的工程技术要求，是该门课程教学难点。

(2)教学方法有待创新

由上所知，《工程材料》课程教材涵盖了多方面知识，以清华大学出版社出版的朱张校和姚可夫老师编写的教材为例，其包含了钢铁材料、有色金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料、功能材料和新材料，同时还包括金属材料的组织结构及性能特点、工程零件失效分析与选材原则、典型工件的选材及工艺路线设计等共10章。而对于非材料类学生来说，由于专业课的学时限制，致使学生学习该门课程的学时很少，如广东海洋大学能源与动力工程专业的学生只有18个理论学时学习该门课程。因此，如何在短课时内将知识有效地传递给学生，并让学生通过课程学习，增强自主学习的主观能动性是该门课程教学的一个核心问题。针对课堂教学，传统的教学方法是教师课前充分备课，将书上的知识点进行总结凝练，形成逻辑链条，之后利用PPT等手段呈现给学生，进行课堂教学。而对于《工程材料》课程，由于教材知识点多且课程总学时少，致使教师在利用传统教学方法教学过程中，只能讲授部分核心知识点，无法实现知识点的全覆盖。此外，由于是非材料类学生，其学习《工程材料》课程中的一些知识是零基础，例如晶体结构等知识，而这些知识还是不容易学习的难懂知识，这导致教师仅通过传统的教学方法且利用有限课时进行教学，无法达到良好的教学效果。因此，利用传统教学方法对非材料类学生进行总学时较少的《工程材料》课程教学存在很大弊端[4]。

(3)考核方法有待完善

针对《工程材料》课程教学，传统考核方式侧重于考查学生对重点核心知识的掌握程度，重点关注学生对专有名词概念的记忆及基础理论的理解等[5]。《工程材料》课程是直接服务于工程生产的课程，在高等教育不断走向素质教育和创新教育的背景下，学习此课程的目的是使学生掌握与生产实践相关的知识，并能将所学知识直接服务于生产。然而，采用传统考核方式对《工程材料》课程教学进行考核，会促使部分学生利用短期突击方式熟记课堂重点讲授的知识点，完成考试。这类学生仅仅完成了考试，获得了该门课程所对应的学分，而并未真正掌握与工程生产实践相关的知识，无法做到对所学知识融会贯通、学以致用，即无法利用所学知识对工程中出现的问题进行有效分析和解决。因此，采用传统考核方式对《工程材料》课程教学进行考核存在着一定不足。对此，为了培养工程生产实践的适用性人才，针对非材料类学生，改善《工程材料》课程的考核方法势在必行。

2.生产实践知识在教学过程中的重要性

《工程材料》是服务于生产实践的一门课程，其教学应与生产实践密切相连。如前所述，非材料类学生在学习《工程材料》课程时，往往感觉该课程与自己所学专业无关，致使学生无法对该门课程的学习产生浓厚兴趣。针对此问题，教师在课堂上讲授这门课程时，如何让学生认识到学习该课程的重要性及学好该课程对自身职业发展的重要性至关重要。生产实践知识是连接课堂理论学习与生产实践的纽带。大学是学生由学生时代向工作时代跨越的过渡期，在这期间，学生均会对自己的专业领域有着浓厚的兴趣和好奇，想了解进入企业工作之后利用所学知识能做什么，如何贡献社会和国家的发展。生产实践知识能很好地解答上述问题，其可以让学生了解到自己所学知识与实际生产之间的关联性。基于学生对自己所学专业领域的兴趣和好奇，实践知识还可以调动学生学习的主动性和积极性，促进学生主观学习态度的培养。此外，生产实践知识中的一些实质性难题，在我国的国情下可以激发学生的爱国情操，发愤图强，为国家的伟大复兴贡献力量。例如，芯片材料是制约我国半导体行业发展的一个瓶颈问题，教师在授课过程中合理利用相关生产实践知识，可以集中学生课堂学习的注意力，达到很好的教学效果。同时，学生在学习基础理论时，教学内容中融入生产实践知识，可以加强学生对教材中枯燥的基础理论知识的理解，达到事半功倍的效果。综上，生产实践知识可以改善教学效果，与课堂教学息息相关。

3.基于生产实践知识的课程教学方法改革

(1)基于生产实践知识的理论教学

教学方法是衡量教学质量高低的关键性指标，选用合适的教学方法是提高教学质量和效率的重要前提[6]。如前所述，提高非材料类学生学习《工程材料》课程的兴趣是一个难题。生产实践知识能有效地调动学生学习的积极性，将其融入理论教学，可以形成理论+实际耦合式教学手段。该教学方式既能提高学生学习的积极性，又能提升教学内容的实践性，是一种行之有效的创新性教学方式。例如，针对能源与动力工程专业的学生，锅炉等构件是服务于该专业的工业装置。因此，教师对该专业学生进行《工程材料》课程教学时，应将锅炉的制造材料、服役条件等知识融入课堂，通过锅炉材料的组织、性能等生产实践知识讲授《工程材料》课程中的金属材料组织、性能部分，这样能使学生更容易掌握该部分知识。通过此方式教学，能让学生体会到学习该门课程对自身发展的重要性，增强其主动学习的兴趣。因此，采用生产实践知识与理论知识耦合式教学能很好地提升教学效果。

(2)基于表征技术的现代方式教学

随着科技的发展，材料表征技术得到了快速发展。例如，利用高温激光共聚焦显微镜可以原位观察金属材料的结晶过程、固态相变等过程。这些表征技术的发展让我们对材料的组织和性能有了更深的认识。教师在讲授《工程材料》课程时，可以利用现代表征技术获得的结果视频进行直观教学，如讲授金属结晶和固态相变过程时，利用多媒体技术播放金属结晶和固态相变的表征结果视频，学生通过教学视频能直观地了解教材中讲授的基本理论知识。此教学方式既提高了学生的学习兴趣，也提高了学生对难点知识的理解。因此，在现在教学方式中引入先进的表征结果能很好地提升教学效果。

(3)课堂教学与学生自学耦合式教学

非材料类学生通过自学可以弥补《工程材料》课程学时的不足。因此，实现学生自学与课堂教学耦合式教学是解决《工程材料》课程学时不足的重要手段。如何调动学生自学的积极性及安排自学内容是该混合式教学的主要难点。非材料类学生对《工程材料》课程无法产生学习兴趣是由于学生对《工程材料》课程认识不深，不了解该课程对自己以后的职业生涯有何影响，生产实践知识是衔接《工程材料》课程与学生学习兴趣的有效桥梁，可以让学生了解到学习《工程材料》课程的重要性，是调动学生积极性的重要手段，所以利用与所授专业相关的生产实践知识引导学生并布置相关自学内容能有效调动学生自主学习的积极性。例如，针对能源与动力工程专业的学生，课堂上教师利用锅炉泄露及相关爆炸事故做引导，阐明锅炉安全运行的必要性及重要性，同时阐述锅炉安全运行的条件。通过以上介绍，让学生了解到掌握锅炉材料力学性能的重要性。对此，可布置学生自学材料力学性能特点这一章节。在布置自学任务的同时，还需要给学生设立必须掌握的自学任务，如材料的抗拉强度、屈服强度、塑韧性等性能指标及相应性能的表征方法等。学生带着老师布置的任务，在求知欲的促使下，会尽自己最大努力去完成自学任务。

4.基于生产实践知识的课程考核方式改革

考核方式在某种程度上决定了学生对该课程的重视程度。针对传统考核方式的不足，本文提出将生产实践知识引入考核内容，形成靶向式考核模式。新模式下的考核方式将生产实践知识主动引入平时考核和期末考试两个部分，以生产实践知识为引导，调动学生完成考核内容的积极性，突破了传统考核方式中学生死记硬背和不求甚解的不足。新模式下的平时考核占比50%，除了考勤外，主要设置以生产实践知识为引导的课程大作业，让学生通过查找课本及文献资料完成考核。例如，针对我校能源与动力工程专业的学生，在设置考核内容时，可以根据该专业的应用背景设置考核题目，锅炉是该专业学生就业之后从事工作的载体，可以根据锅炉的使用要求，长期、安全、稳定地运行条件等设置材料选择题目，通过该类题目的设置，可以让学生掌握锅炉安全可靠性与材料选用之间的关系，针对所选材料，学生会认真调研环境因素压力、温度、工作介质对所选材料服役性能的影响。此外，还可设置经济、材料成型工艺等因素，要让学生了解到锅炉制造的经济合理性及制造工艺性。在考试考核中，同样以生产实践知识为引导，结合教材知识设置不同的考试题目，考试考核可以设为开卷考试，主要考察学生运用所学知识解决问题的能力。例如，以实例作为考核题目，让学生根据实例利用课堂所学的工程材料知识判断实例中材料选用的合理性，若不合理，让学生根据自己的所学知识进行选材，并给出分析和解决问题的理论依据。期末考核方式在课程开始第一节课正式告知学生，让学生了解到，如果不好好学习该课程，会导致期末考试无法完成考核，进而调动学生学习的积极性。通过以上课程考核改革，可以让学生感受到学习《工程材料》课程的必要性和重要性，使学生能很好地调动学习《工程材料》课程的积极性，增强主动学习该课程的能动性，改善该课程的教学效果。

5.结束语

为培养适应经济发展的应用型和创新型人才，本文基于生产实践知识对《工程材料》课程的教学和考核方法进行了创新性改革。在教学过程中融入生产实践知识能有效地提高学生学习该门课程的积极性，使学生意识到学好该门课程的必要性和重要性，进而增强其自主学习的主观能动性。本次教学改革，以学生为中心，从学生角度出发，利用生产实践知识对教学方案进行了规划和设计，实现了以现代教育为目标的新型“工程材料”课程教学体系建设，为适应我国经济发展的应用型和创新型人才的培养提出了新思路。