《工程材料及成型技術基礎》課程的案例教學方法探討

曹宇

摘 要：《工程材料及成型技術基礎》是高等院校機械類專業必修的重要專業基礎課，但知識點邏輯關聯度很散，學生學通較難，學以致用更難。該文探討了機械類本科生《工程材料及成型技術基礎》課程的創新案例教學方法，包括：（1）結合當前讀圖時代特征和“翻轉課堂”教學模式，提出了“翻轉課堂”的圖表互換教學方法；（2）設計了基于知識點串聯的綜合實驗和基于網絡知識庫的虛擬仿真環境案例教學方式；（3）基于微信公眾號的學生課后碎片化學習探索模式。課堂教學效果表明，學生主動學習和課外探索興趣大大提高，教學質量得到有效提升。

關鍵詞：工程材料及成型技術 翻轉課堂 圖表互換 知識點串聯 碎片化學習

中圖分類號：G45 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0170-02

《工程材料及成型技術基礎》是高等院校機械類專業必修的重要專業基礎課，主要內容以機械零件的材料、性能及成形方法為主線，分工程材料和成型技術兩部分，工程材料部分主要講述工程材料基礎知識（材料的晶體結構、結晶相圖、顯微組織等）和應用知識（熱處理、各類金屬材料、非金屬材料以及零件的選材等）；成型技術部分主要講述鑄造、鍛造、焊接等熱加工技術。課程特點是知識點多而散，不便于記憶，學生掌握相互聯系難度較大，難以學以致用。

諸多教學經驗[1-3]表明，案例教學法是行之有效并被廣泛采用的教學方法。筆者近5年來在溫州大學機電工程學院機械類專業10個班級本科生的《工程材料及成型技術基礎》課程教學實踐中，嘗試了多種案例教學方法，以下總結介紹一些學生接受度高、反饋效果良好的經驗。

1 “翻轉課堂”的圖表互換案例教學

1781年德國哲學家康德提出認知圖式（schema）的概念，認為概念并非孤立地存儲在記憶中，而是相互聯系，構成了反映現實中相互聯系的事物的認知結構圖式，而一旦形成圖式，以后的反映就會受到這種圖式的影響。隨著現代移動互聯網的普及，人類社會進入了“讀圖時代”。人們每天獲得的大量信息都源于“讀圖”（即通過看圖畫獲取信息），而非傳統閱讀文字獲取信息的“讀文”方式。

結合近幾年來日益流行的“翻轉課堂”教學模式，筆者嘗試設計了幾個典型的“圖表互換”教學試驗，培養學生的全局觀、歸納能力、創新意識與想象力，反響較好。課前，學生先通過讀教材、查閱資料、與老師、同學在線交流等方式進行知識學習；課堂上，教師則把學生分成小組完成指定的圖表轉變案例，學生是教學活動的主體，老師處于被支配地位，進行引導與解惑答疑。

例如：將鐵碳合金平衡相圖的七點六線歸納成“溫度-成分-組織”的三元表格，即進行“相圖→表格”轉換；將熱處理工藝的“四把火”（退火、正火、淬火及回火）、鋼鐵的分類等內容，先歸納出知識總結表格，然后畫出“材料成分-工藝條件-相變反應-產物組織-力學性能”的邏輯樹圖或在鐵碳合金平衡相圖對應位置上完成標注，即完成“表格 邏輯圖”轉換。值得指出的是，圖表互換案例的設計要考慮靈活性和開放性，圖式表達至少有以下基本特征[4]：圖式具有變量；圖式可以嵌套，一個圖式可以包含在另一個圖式之中；圖式表征的是抽象水平上的知識；圖式所表征的不是定義而是知識；圖式活動是一種主動過程；圖式是一種認知單元，有了這種單元就能夠評價所加工材料的匹配程度。

2 基于知識點串聯的綜合實驗教學案例

雖然《工程材料及成型技術基礎》課程內容繁雜，但仍然存在著一根邏輯上的“成分+工藝→組織→性能”主線，靈活的設計基于知識點串聯的動手實踐教學案例，有助于知識的強化和遷移，加深了學生對課程知識全貌的理解和記憶。

為此，開設了典型牌號的“碳鋼的力學性能與其成分、熱處理工藝之間關系”“冷變形與再結晶退火溫度對顯微組織與力學性能影響”的綜合性實驗，鞏固理論知識，培養和提高學生綜合分析能力和實踐動手能力，為后繼學習機械設計、模具制造工藝等課程和畢業設計，培養專業核心能力。

此外，世界鋼鐵協會下的鋼鐵大學網站（www.steeluniversi

ty.org）提供了鋼鐵應用、鋼鐵設計及冶煉等仿真模塊，由此引導學生利用該虛擬仿真環境自由選擇材料成分或設置工藝參數，運用教材理論知識去主動探尋、分析和解決仿真中可能出現的失常和事故，實現學生工程應用能力的全面發展，是一種較好地學生課后實踐案例自學模式，解決了該課程安排動手實踐課時不足的難題。

3 合理利用好學生課后的碎片化學習時間

近年來，隨著生活節奏加快和科學技術發展，人們的學習時間、空間都已從連續、固定、封閉走向靈活、開放、多元，學習呈現出碎片化[5]，傳統大模塊大粒度學習內容無法更好滿足學習者利用碎片化時間所進行微型學習活動。當前，隨著移動互聯網的普及，大學生幾乎人手一臺智能手機，越來越多的把課余時間花在微信、QQ等社交工具或網絡游戲上，由此帶來了一個挑戰：如何引導學生利用好碎片化學習規律？

解決方法的首要關鍵在于提供碎片化學習資源。基于碎片化學習發生的情景，碎片化學習所需的資源必須是碎片化、易獲得、易傳播共享、受青睞的資源。幸運的是，這樣的資源已有不少提供者，如：公開課、TED、MOOC、微視頻等。例如：筆者推薦學生關注了幾個工程材料及成型技術有關的微信訂閱號、公眾號（如“熱處理生態圈”“鑄造生態圈”“鍛壓世界”“現代焊接”“材料科學與工程”等），這些資源由行業協會、學會、期刊或大公司提供并定期更新，基本每天都有來自企業一線的生產案例資源被精心編輯成5～10分鐘可以看完的技術文章或微視頻，很多學生均反饋非常愛看這些，與正在學的課程中真實案例緊密相關，大大提升了學生學以致用的興趣和案例分析能力。

參考文獻

[1] 孫軍業.案例教學[M].天津：天津教育出版社，2004.

[2] 朱迪思·H·舒爾曼.教師教育中的案例教學法[M].上海：華東師范大學出版社，2007.

[3] 王秀芝.案例教學中需要研究的幾個問題[J].中國高等教育，2006（12）：44-45.

[4] 田延明.語言離散-連續圖式表征認知模式研究[D].上海外國語大學，2012：27-28.

[5] 王覓.面向碎片化學習時代微視頻課程的內容設計[D].華東師范大學，2013：31-51.