機械類專業工程材料課程群組建的構思及想法

鄧安強趙瑞紅.寧夏大學機械工程學院 寧夏銀川 7500.寧夏大學教育學院 寧夏銀川 7500

?

機械類專業工程材料課程群組建的構思及想法

鄧安強1趙瑞紅2
1.寧夏大學機械工程學院 寧夏銀川 750021
2.寧夏大學教育學院 寧夏銀川 750021

摘 要：工程材料是機械類專業的一門重要的技術基礎課程。分析了工程材料課程的特點，結合寧夏大學機械工程學院實際情況，探討了工程材料課程群組建的思路，并提出了學科鏈這一概念。在此基礎上，對該課程授課老師提出了相應的要求。

關鍵詞：工程材料；課程群；學科鏈

工程材料是機械類專業的一門重要的技術基礎課程，是一門實際工程應用中發展起來的以實驗和工程應用背景為基礎的課程[1]，該課程的原理是材料科學以及材料工程等相關知識，而材料科學的原理又是固體物理、物理化學等知識點，材料工程的原理涉及傳熱學、流變學、材料科學等知識點，材料工程的工程部分又要和機械制造等結合起來。因此，工程材料課程實際上是一門連接科學和技術、理論和實踐的橋梁課程，是一門介于理科和工科之間的課程[2]。該課程知識點眾多且較為分散，前后章節聯系性不強[3]。本文根據該課程的實際特點，結合寧夏大學機械工程學院的實際情況，分析了在機械類專業組建工程材料課程群的相關情況，并提出了一些新的想法。

1 學院專業設置及主干學科分析

寧夏大學機械工程學院目前有五個本科專業，分別是機械工程(卓越工程師方向)、機械工程、過程裝備與控制工程、交通運輸四個本科專業。這幾個本科專業主干學科包括：力學、機械工程、控制工程、過程工程、交通運輸等。從這幾個學科看，最有可能和工程材料組建課程群的主干學科應該包括力學、機械工程和過程工程。因為，力學學科是材料性能的表征，機械工程中的機械設計和機械制造等都離不開材料知識，過程工程中的傳熱、流變等現象與材料工程及其類似，同時過程工程也包括一些物理化學等知識。因此，從學院目前實際來看，工程材料課程群的建立是完全可行的。

2 工程材料課程的特點分析

工程材料課程主要包括四大塊，第一大塊應是材料的性能，包括力學性能、物理、化學和工藝性能。對于機械類專業來講，這部分重點是力學性能，但結合材料工程和機械制造實際，材料的工藝性能也應該有所了解。第二大塊是材料科學理論基礎，包括晶體結構、材料凝固、材料變形、鐵碳合金相圖、熱處理、表面工程等知識。第三大塊是具體工程材料知識，包括金屬材料，無機非金屬材料，有機高分子材料，復合材料，功能材料等。第四大塊是選材部分，包括材料的失效分析以及選材等相關知識。從授課知識點來看，工程材料課程內容十分繁雜，需要對材料科學與工程、機械工程等學科很了解的情況下才能完全融會貫通。該課程實際上是材料科學與工程專業所有課程的一個縮減版。第一大塊對應材料的力學性能等課程，第二大塊對應材料科學基礎、金屬學與熱處理、表面工程學等課程，第三大塊對應金屬材料學等課程，第四大塊對應失效分析、材料腐蝕與防護、工程材料的力學性能等課程。因此，該課程包含的知識點十分多。

實際情況是，對應機械類專業來講，又不能把該課程所包含的知識點講解十分詳細，一是課時有限，二是機械類專業的學生對材料類課程開設實在太少，學生腦海中對材料科學與工程相關思想知之甚少，講得太細，學生也接受不了。在機械類專業講授該課程的時候，很多學生在聽課的時候就像霧里看花，他們認為該課程太抽象，沒有機械類專業其他課程那么具體，可以量化，可以計算，而該課程看不見，摸不著。而由于沒有其他材料科學與工程相關課程，僅僅靠這一門課，學生學的時候就像突然進入了另外一個世界，很是迷茫，學完了也像過眼云煙，有的甚至考試通過了，但是在大四畢業設計提問的過程中，對該課程居然沒有一點影響。后續講機械設計、機械制造等課程的教師往往是機械專業出身，他們講課按照機械學科來講，設計材料部分往往輕輕帶過。綜合來看，要想把工程材料課程學好，必須要在學生腦海中形成材料科學與工程相關思想。而該思想的建立，僅僅靠一個學期一門課程是不夠的，必須要把該課程的相關課程形成課程群，要在不同學期反復和工程材料相關知識點串起來，才能把該課程講好。

3 工程材料課程群組建的思路

從整個機械行業來看，存在“重整機，輕零件，重機械，輕材料”傳統思想。但是，事實上材料學科和機械學科是不分家的。目前，國內很多材料科學與工程學院是從機械工程學院分出來的。因此，在機械類專業講好工程材料類課程十分重要。

以學院機械工程專業為例，后續課程中的機械設計選材需要設計材料知識，比如說材料的力學性能，機械設計中往往是憑照經驗選材，實際上工程材料力學性能不僅僅是通過計算出來，同時要對材料性能變化的機制要了解。比如，強度不夠，是換材料，還是通過熱處理等手段來改變。這些，沒有扎實的材料知識是做不到的。因此，工程材料-材料力學-機械設計三門課程可以形成材料力學性能方面的課程群。而機械制造中的毛坯成形鑄、鍛、焊本身就是材料工程知識，在講解鑄、鍛、焊知識點的時候，不僅僅是講如何成形，比如鑄造，兩箱造型還是三箱造型，這些也很重要，但是鑄造過程中涉及傳熱學、凝固原理、應力場、溫度場的變化等知識則是材料科學知識。而機械制造中的熱處理知識則是金屬學知識的重點內容。因此，工程材料同后續的材料成形和機械制造可以形成相應的課程群。

以學院過程裝備與控制工程專業為例，該專業普通化學課程，包括晶體學、化學反應、電化學等知識點，這實際上結構化學和物理化學兩大課程知識點的簡單版。另外一個角度看，該課程實際上是工程材料課程的部分原理知識，因為工程材料的原理來源于固體物理和物理化學。該專業還要學習過程裝備制造工藝課程，根據過程裝備實際特點，過程裝備分為動設備和靜設備，動設備主要采取鑄造毛坯成形，再結合機械制造加工而成，而靜設備則主要是通過塑性成形和焊接成形來完成。因此，該課程是工程材料的具體加工部分。所以，在該專業，可以組成普通化學-工程材料-材料成形-過程裝備制造與檢測技術等課程群建設。

如果從材料和零件的失效分析和服役行為來看，機械類專業涉及失效有摩擦磨損、斷裂、腐蝕等，這些失效都是以材料為載體。因此，以材料為載體，各種失效涉及理論知識，如摩擦學，腐蝕科學以及力學為原理，以材料的服役行為為研究主體，這三者之間也就構成了相應的課程群。事實上，如果把學科當成一個學科鏈，筆者認為，各學科有以下的學科鏈。

圖1　學科鏈

4 工程材料課程群組建對老師的要求

上面，根據學院實際情況，初步分析了機械類專業工程材料課程群組建的一些想法。那么，對于具體講授該課程群的教師而言，實際上提出了很高的要求。從專業特點和課程設置來看。授課教師，應從以下幾個方面來完善自己。

(1)加強理論知識，工程材料課程是一門介于理論和實踐之間的課程，其理論知識的重要性不言而喻。因此，授課教師應多閱讀相關書籍，比如，固體物理，各個版本的材料科學基礎知識，材料工程基礎知識。同時，在機械學院，還要對機械設計和機械制造應有所了解。

(2)熟悉材料科學與工程歷史，一個學科，只有了解其來龍去脈，才能說對該學科真正了解。目前，已有材料科學相關的發展歷史書籍。同時，材料科學與物理、化學等學科息息相關，實際上，很多材料科學的專家本身就是物理學家、化學家。這一部分，還是要多讀書。

(3)加強實踐能力。前面講過，該課程理論和實踐都很強。理論知識很重要，但是僅僅了解理論，在機械類專業講授此課程是遠遠不夠的。在機械類專業，老授課教師不了解機械設計、機械制造，不到工廠去實地觀看零件的成形，很難講好這門課程。因此，作為授課老師，應在機械類專業的人才培養方案環節，不斷充實自己的實踐能力。包括，帶畢業設計，帶大學生創新，帶學生去工工廠實習等。

(4)應相互溝通和學習。機械類專業俗稱“萬金油”專業，該專業老師的學緣結構十分廣泛。而且機械類專業的課程設置是一環扣一環，你這個環節不懂，后面的也很難搞清楚。因此，授課老師，應在課程設計、畢業設計、生產實習等環節同學院其他老師多多交流，這樣才能把工程材料課程與其他課程的銜接理解深入。

5 結束語

以寧夏大學機械工程學院專業設置和人才培養方案為例，分析了工程材料課程的實際特點，提出了不同專業組建工程材料課程群的想法，并對授課老師提出了相應的要求。

參考文獻

[1] 邵洋,吳運新,姚可夫.工程材料課程英文教學實踐[J].中國現代教育裝備,2013(19):44-46.

[2] 趙瑞紅,鄧安強,樊靜波.機械類專業“材料科學與工程”思想的培養[J].廣州化工,2014,42(16):179-181.

[3] 于永泗,齊民.機械工程材料[M].大連:大連理工大學出版社,2012.

The Thought of Building the Engineering Material Course Group in Mechanical Major

Deng Anqiang1, Zhao Ruihong2
1. College of Mechanical Engineering,Ningxia University, Yinchuan 750021, China
2. College of Education, Ningxia University, Yinchuan, 750021, China

Abstract:“Engineering materials”is a basic course in mechanical engineering major. In this paper, analyzing the characteristics of "engineering materials". According to the actual situation of mechanical engineering school in Ningxia University, discussing the thought of the construction of engineering materials course group. Proposeing the concept of “Subject chain”. Based on it, putting forward the corresponding requirements of the teaching teacher.

Key words:engineering materials; course group; subject chain

作者簡介：鄧安強，副教授。

收稿日期：2015-07-30