机械类专业“工程材料”课程教学改革

摘"要：“工程材料”作为面向机械工程专业的一门专业基础必修课，具有较强的理论性和应用性，可为后续一些基础专业课的学习起到支撑作用，也能为学生未来从事机械设计、制造以及研究和开发新材料及其零部件提供必要的专业知识和基本技能。然而，该门课程涉及的内容比较广泛，不同专业和行业背景下使用的工程材料及面临的实际问题差别很大。开展该门课程的教学改革，对提高学生的学习兴趣、提高人才培养质量至关重要。

关键词：“工程材料”教学；专业特色；教学相长

中图分类号：G712文献标识码：A

Teaching"Reform"of"\"Engineering"Materials\"Course"of"the

Mechanical"Engineering"Majors

—Taking"Vehicle"Engineering"Major"as"an"Example

Long"Ying

School"of"Electromechanical"Engineering，Guangdong"University"of"Technology"GuangdongGuangzhou"510006

Abstract：As"a"basic"compulsory"course"for"mechanical"engineering"majors，the"course"of"＜"Materials"Engineering＞nbsp;has"strong"theory"and"application，which"can"provide"necessary"professional"knowledge"and"basic"skills"for"the"study"of"subsequent"courses"and"students'"future"mechanical"design，manufacturing，research"and"development"of"new"materials"and"their"parts.It"has"strong"practicability"and"also"plays"a"supporting"role"in"the"subsequent"study"of"some"basic"professional"courses.However，the"course"covers"a"wide"range"of"topics，and"the"engineering"materials"used"and"practical"problems"faced"in"different"professional"and"industrial"contexts"vary"greatly.It"is"very"important"to"carry"out"the"teaching"reform"of"this"course"to"improve"students'"learning"interest"and"the"quality"of"talent"training.

Keywords：\"Engineering"materials\""teaching；professional"characteristics；teaching"and"learning

1"机械类专业工程材料课程概述

“工程材料”是机械类专业的基础课，讲授机械工程材料的基础理论和热处理技术，介绍机械零件的常见失效形式以及钢铁材料成分、晶体结构、微观组织、力学性能、牌号和热处理工艺方法的课程。该课程涵盖了材料的成分、组织结构、工艺和性能之间的关系及其影响规律，还有零件在不同工作条件下对性能的需求，为零部件的合理选材和工艺路线的制定，提供材料的基本概念和基本知识［13］。广东工业大学机电学院各个专业该课程的授课时间为第3个学期，之后开设“机械制造基础”“材料力学”和“生产实习”等相关课程。课程的主要目的，是使学生获得有关机器零部件常用金属材料和非金属材料的基本理论知识，并初步具备根据零件工作条件和失效方式，合理选择和使用材料，正确制定零件的冷、热加工工艺路线的能力。同时，为后续课程的学习及未来从事机械设计、制造以及研究和开发新材料及其零部件提供必要的专业知识和基本技能。

2"“工程材料”教学现状

“工程材料”课程为1.5学时，24课时。课时不长，内容体系复杂，涉及较多材料科学与工程专业理论和概念，知识点繁杂，学生往往难以理清主线，教师难以激发学生积极性。在教学中普遍存在以下问题：

（1）目前，没有专门针对机械学科专门出版的《工程材料》或《材料科学基础》方面的教材和参考书，现阶段主要使用材料专业的《工程材料》作为授课教材［4］。教学中，往往以工程材料科学和技术为大背景，从工程材料对国家经济建设、社会发展的重要性出发，理解通用的机械零件选材、热处理工艺设计对力学性能和使用性能的影响，大而泛缺乏针对性。然而，机械工程材料不能脱离制造业单独存在，只有了解了工程材料的机械性能、物理性能、化学性能以及工艺和经济等各种性能，才能根据零部件及其使用要求，合理选材和加工，生产出合格的产品［5］。

（2）不同专业和行业背景下使用的工程材料及面临的实际问题差别很大［6］。车辆工程专业的学生更熟悉并且未来更有机会接触汽车相关零部件，与机械制造专业中涉及常用零部件和装备，如机床等所用工程材料的发展、使用工况及零部件的失效形式大相径庭。这可能导致学生在学习该门课程的过程中，由于课程内容所涉及的实例与专业跨度很大而兴趣不是很高。与此同时，该课程与工程实践联系紧密，学生对实际生产和工程问题的思考和解决处理能力较弱，片面地学习书本上的理论知识，一遇到实际问题就不知所措，丧失了分析问题和处理问题的能力。

（3）传统的教学模式下以教师讲授为主，学生的参与度很低。大部分教学内容比较抽象，不好理解，加大了学生学习的困难。虽然通过多媒体技术可以将抽象的知识点以更生动形象的方式展现出来，但仍然无法提高学生的参与度［78］。学生的学习热情是学习活动最好的动力，它直接影响并制约着学习的方式，且对学习效果必然会产生很大的影响。

（4）在整个工程机械装备设计和制造知识体系当中，工程材料都是不可替代的，后续的很多教学环节都会涉及工程材料教学相关内容，可以说是贯穿始终［9］。然而，目前的教学没有做到将工程材料与后续课程，尤其是与之直接相关“金工实习”和“机械制造基础”教学有效结合，不利于学生建立综合知识体系。

（5）伴随着经济的发展，制造业领域对于新材料的需求持续扩大，近年来新材料行业发展迅速。汽车材料的应用也在不断发展。目前汽车材料的发展趋势主要朝着轻量化、环保、智能化、多功能化发展。“工程材料”课程的内容，多年来以传统的金属材料，尤其是钢铁材料为主，以铝合金为代表的车用新型材料方面很少涉及。理解材料的发展史，了解和熟悉工程材料的更新迭代及其对产业带来的影响，对开阔学生视野、提高学习积极性发挥了关键作用。

针对上述问题，本论文提出以车辆专业为例，进行有专业特色的“工程材料”课程改革和探索。

3"“工程材料”教学改革具体内容

3.1"有专业特色的教学内容改革

在教学中增加一些汽车零部件的实际处理案例，比如钢的热处理，可以以变速箱的轴和齿轮的热处理为例，将热处理工艺对轴和齿轮材料的成分、微观结构和力学性能以及服役性能等通过三维动画和相关视频资料，让学生亲眼看见，身处问题之中，通过加强实践教学环节让学生将书本知识与实际问题建立其相关联系。这对课程教师提出了更高的要求，不但要能将“工程材料”课程的知识点讲述清楚，还要能结合车辆专业、针对汽车零部件的工程材料的失效及其成分结构和性能之间的关系，举一反三。

教师作为教学环节中“教”的主体，其本身知识架构和素养的提高，对课程教学质量起着非常关键的作用，也是教学改革拟解决的核心问题。针对学生的专业进行课程教学改革，也能激励教师更多地了解学生的知识背景、学生的兴趣点以及学生所在专业和行业可能遇到的具体问题，以及更好地掌握课程与课程之间联系，以便帮助学生架起课程之间的桥梁，从而强化“教学相长”。

3.2"寓教于乐的参与式教学内容改革

学生是“学”的主体。教学中要尽可能多地以学生为本，通过设计合理的教学环节，侧重提高学生“学”的主动性和积极性。

首先，可以在课堂中引入学生报告环节。根据教学班学生人数，3～5人一组，就本组成员相对熟悉的汽车相关零部件，分析其在使用过程中对材料性能的要求、性能与材料的热处理工艺和相、组织和结构等之间的相互关系，零部件的性能提升与材料更迭之间的关系，及其在汽车产业中的核心竞争力，现场做报告。报告的主要素材是PPT，可结合视频和动画进行讲解。其次，上课前一天把报告发给任课教师，教师针对报告的逻辑性和内容的呈现方式等提出修改意见，返回给学生修改。每次报告设在课堂开始前5分钟。

通过该过程，一方面可以推动学生自己去了解汽车零部件的发展动态和材料的发展，尤其是新材料的发展对汽车行业的影响，提高学生对“工程材料”课程相关知识点的理性认识。另一方面，加强团队分工合作能力和针对一个具体的主题进行信息输入和输出的能力。让学生自己参与到课堂，更好地提高他们的学习兴趣和责任感，在重视教的同时，重视“学”这一主动过程，进一步促进教学相长。还能在基础理论和传统材料的基础上，对新材料的性能及其应用前景等进行有效补充。每一次报告结束后，设2分钟提问环节，请听的同学提出自己感兴趣的问题。这不但可以促使同学们认真听报告，还能激励他们针对报告中自己感兴趣的内容进行深入的思考和提问。在问和答的环节中，互相学习。

此外，将课程报告，包括听报告问问题的环节纳入平时成绩考核的一部分，采用分组计分制，进一步完善和丰富考核机制。另一方面，阶段性的引入汽车企业专家讲授工程实践问题，条件允许的话，组织学生去就近的汽车企业参观生产线。提前跟企业专家沟通课程的内容和侧重点，请专家紧密结合工程材料的基本理论，针对汽车制造过程中可能遇到的相关问题进行分析。加强知识的实际运用能力，将工程现象、实际问题与课程知识内容结合，使课堂知识立体化。提高学生兴趣的同时，提升学生实际工程解决问题的能力，深化教学内容。

3.3"知识点与后续课程内容融会贯通

车辆专业“工程材料”课程是最近两年才增加的新课程，主要是为后续的“金工实习”和“机械制造基础”课程做材料相关基础知识的铺垫。在“工程材料”课程的讲授中，非常有必要结合“金工实习”和“机械制造基础”中涉及的材料成型和加工方法等，建立工程材料的加工性能与材料的基本性能，以及其基本性能的来源即成分和结构之间的关系。例如，铸造，主要是利用金属材料加热熔化的特性，而熔点与其金属键结合直接相关，也决定了材料本身的流动性和充型能力，最终决定所获得的铸件的质量和性能。锻造，主要是利用金属的延展性，而延展性与金属内部的缺陷——位错直接相关。在讲授钢铁材料的热处理相关内容时，结合零部件的成型和机械加工工艺过程中具体的热处理工艺及其目的，分析材料本身的特性是如何影响其成型加工和使用性能的，而热处理又是如何通过影响材料的微观组织结构从而改善材料的物理性能和使用性能的。

加强同一专业不同课程授课，尤其是“工程材料”与“金工实习”和“机械制造基础”这三门课程的任课教师之间的交流和合作，将知识点逐一串起来，进行有专业特色的教学内容和教学方法改革，不但能增强趣味性，对后续其他课程的讲授也非常有利。比如，对学生而言，更好地理解了课程之间的关联，更有利于将知识“化零为整”，触类旁通，从而有效掌握系统的专业知识，提高专业素养。

3.4"“传统材料”与“新材料”的有机融合

金属材料在制造业中一直占主要地位，传统的金属材料的结构和性能特点，是“工程材料”课程的重点和基础。但同时，不断有新材料进入制造业，每一种新材料的出现，都可能推动相关制造业的进步，但同时也会带来材料成型和加工等的问题。在课程中，适当关注新材料及其替代传统材料以实现零部件等功能和性能的升级，从事相关科研工作的教师可以就自己擅长的某一新材料体系进行简短而浅显易懂的科普，激发学生对工程材料，尤其是新材料的兴趣，有效拓展学生知识面和信息面。

结语

针对机械类专业“工程材料”课程教学过程中存在的具体问题，以车辆专业为例，提出多种革新方法，通过在课堂中以视频、汽车企业技术员分析工程实践问题和学生以课堂报告形式自己寻找和分析实践问题等形式，建立具有专业特色的“工程材料”课程的教学体系；并在讲授过程中，充分结合“工程材料”课程与后续过程，尤其是与“金工实习”和“机械制造基础”课程之间的关联，帮助学生构筑工程材料加工工艺—成分和结构—物理化学性能—使用性能之间的相互关系。一方面，从“教”的角度，提倡教师花更多时间精力，不断更新专业知识，加强与相关课程授课教师之间的沟通交流，以及保持对教学的热爱，进行有专业特色的教学内容改革；另一方面，重视“学”这一主动过程，让学生更好地参与到课程教学环节中来，将理论知识与实际问题相结合，提高学生对专业的认识和热爱，对未来所从事行业的了解，并将相关课程融会贯通，从而培养更适应行业发展的专业人才。

本论文提出的专业特色的教学方法，虽然仅以车辆专业为例，但其经验可推广至其他专业，也可为其他课程的教学改革提供参考。

参考文献：

［1］满田囡，沙桂英，王赫男，等.“新工科”背景下工程材料课程教改探索［J］.中国冶金教育，2022（1）：4749.

［2］王鹏家，常城，刘国庆，等.机械类专业工程材料课程实践教学改革研究［J］.中国现代教育装备，2023（1）：160162.

［3］乔冰.基于工程教育认证的机械工程材料课程的教学改革［J］.教学研究，2023（1）：121123.

［4］朱敏.工程材料（第二版）［M］.冶金工业出版社，2018.

［5］董文辉，张占伟，刘兴民，等.工程教育专业认证背景下材料科学基础混合式教育改革与实践［J］.中国现代教育装备，2023（7）：8082.

［6］李惠，黄瑞敏.基于应用型人才培养目标的道路工程材料课程教学改革［J］.现代商贸工业，2023（9）：248250.

［7］王波.机械工程材料课程的教学改革［J］.机电教育创新，2020（2）：114.

［8］李妙玲，武亚平.基于OBE理念的《机械工程材料》教学改革与探索［J］.洛阳理工学院学报（自然科学版），2020，30（03）：9496.

［9］李积武，张辉，熊小青.机械类专业“工程材料”实验课程的教学改革与实践——以嘉兴学院为例［J］.嘉兴学院学报，2021，33（03）：117120.

作者简介：龙莹（1984—"），女，汉族，湖南湘潭人，博士，副教授，研究方向：无机非金属材料。