機械工程材料課程建設(shè)的探索與實踐

樊湘芳　葉江　吳煒　張佳　朱紅梅　陳勇　周娟

摘 要 利用數(shù)字化教學平臺，課堂教學與網(wǎng)絡(luò)輔助教學相結(jié)合；依托校企合作人才培養(yǎng)示范基地，課堂教學與企業(yè)工程案例輔助教學相結(jié)合；改變傳統(tǒng)課程體系，分模塊組織教學，運用“啟發(fā)式+問題式”教學法；開設(shè)綜合性實驗、綜合設(shè)計性實訓(xùn)并組織金相技能競賽，提高學生的實踐能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，多渠道提高課程建設(shè)質(zhì)量，實現(xiàn)課程建設(shè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 機械工程材料；課程建設(shè)；數(shù)字化教學平臺

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）06-0087-02

1 機械工程材料課程建設(shè)的必要性

市場對機械類人才提出更高的要求 機械工程材料課程是機械類專業(yè)一門全面介紹材料知識的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，是學科基礎(chǔ)平臺系列課程中的先導(dǎo)課程，起著承上啟下，為后續(xù)課程打基礎(chǔ)的作用[1]。機械類學生畢業(yè)后主要從事產(chǎn)品設(shè)計與制造工作，材料的選擇與加工是其必不可少的重要環(huán)節(jié)。當今世界，材料科學發(fā)展日新月異，各行各業(yè)對材料的要求越來越苛刻，新材料也在不斷涌現(xiàn)。在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，涉及越來越多的材料及材料加工方面的問題，機械工程師必須具備與工程設(shè)計制造緊密相關(guān)的材料知識及運用能力。本課程內(nèi)容不僅是機械類人才的重要專業(yè)基礎(chǔ)知識，更是全面提高其工作素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要保證。

傳統(tǒng)教學模式的弊端 機械工程材料種類繁多，從鋼、鑄鐵、有色金屬、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料到新型材料，各種材料的成分、性能差異很大，難于用一條主線相連，跳躍性大。傳統(tǒng)的課堂教學是以教師講解為主，輔以少量模型教具以及黑板上畫圖等方式，難以描述清楚微觀、動態(tài)的變化過程[2]，教師難教，學生難學。此外，隨著大學人才培養(yǎng)方案調(diào)整，學時數(shù)減少，這對該課程教學模式提出新的挑戰(zhàn)。

2 機械工程材料課程建設(shè)措施

南華大學機械工程材料課程先后入選校優(yōu)秀課程和精品建設(shè)課程，幾年來，課程團隊圍繞怎樣“教好”和怎樣“學好”的總體思路開展課程建設(shè)。

結(jié)合高等工程教育認證要求，結(jié)合學校的實驗條件，修訂課程教學計劃 首先，對照高等工程教育專業(yè)認證標準，修訂課程教學計劃，為更好地滿足高等工程教育專業(yè)認證要求，突出機械工程材料的實際應(yīng)用及熱處理的重要性，課程教學團隊集體討論。2013版培養(yǎng)方案修改了課程名稱，調(diào)整了學時與學分，原為機械工程材料學分2.5，理論學時32，實驗學時4；修改后為機械工程材料及熱處理學分2.0，理論學時26，實驗學時6。學時減少后，一部分實踐性較強的內(nèi)容安排專門的綜合設(shè)計性實訓(xùn)環(huán)節(jié)。

其次，針對修改后的學分，優(yōu)化課程教學內(nèi)容，實施模塊化教學，突出重點、難點，強化熱處理知識，修訂了理論教學大綱、實驗教學大綱、考試大綱、試題庫、試卷庫，使其達到一個更合適的水平。

加強課程團隊建設(shè)，積極引進人才，科研促教學 南華大學本課程教學團隊由12名教師組成，是一支學歷高，職稱結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)合理，責任感強，具有團結(jié)協(xié)作精神，教學效果好的師資隊伍。在機械工程學科帶頭人邱長軍教授的帶領(lǐng)下，以本課程團隊成員為核心組建了“材料特種加工”學術(shù)團隊，老中青結(jié)合，以老帶新，團結(jié)協(xié)作，編寫教材、實驗指導(dǎo)書，積極申報各級各類科研課題，以科研促教學，建設(shè)中央與地方共建高校實驗室。具體情況如下。

1）學歷結(jié)構(gòu)：博士5人，碩士5人，學士2人；碩士以上學歷占83%。

2）職稱結(jié)構(gòu)：教授4人，副教授2人，高級工程師1人，講師5人；高級職稱占55%。

3）年齡結(jié)構(gòu)：45歲以上3人，35～45歲3人，35歲以下6人；年富力強的中青年教師占73%，組成了朝氣蓬勃、奮發(fā)向上的團隊。

4）學緣結(jié)構(gòu)：12名教師，分別來自不同院校（中南大學、華南理工大學、湘潭大學、湖南大學、南華大學、貴州工業(yè)大學、重慶大學；近幾年引進的3名博士，2人有海外留學經(jīng)歷），學緣結(jié)構(gòu)有利于互相學習、共同提高。

5）師資配置情況：本課程授課對象為機械類全體學生，每年招生約350人，師資滿足要求。

改革教學方法與手段，利用學校數(shù)字化教學平臺，輔助教學 針對本課程教學內(nèi)容跳躍性大，概念抽象，難懂、難記憶等特點，錄制課程重要章節(jié)的理論課教學視頻和兩個重要實驗的操作演示視頻。同時，選用部分其他高校教學名師的教學錄像，供教師和學生比較學習，取長補短。利用學校的數(shù)字化教學平臺，網(wǎng)上開班輔助教學，學生自學時不受時間、空間和進度的限制，對難以理解的章節(jié)可以進行反復(fù)學習。開發(fā)“鐵碳合金平衡組織的觀察與分析”仿真實驗和習題庫測試系統(tǒng)。自制的多媒體CAI課件收集了多種圖片、圖表、動畫，用于課堂教學。該課件的使用顯著加大了課堂教學信息量，簡化了信息傳輸轉(zhuǎn)換過程，增加了教學內(nèi)容的趣味性和吸引力，從而顯著提高了教學質(zhì)量與效率。2013年主編《機械工程材料學習指導(dǎo)及習題精解》教材并出版，《機械工程材料》教材（副主編）獲中南地區(qū)大學出版社優(yōu)秀暢銷書獎。

整合、優(yōu)化課程教學內(nèi)容，模塊教學，注重課堂教學實效 針對教學內(nèi)容繁多，學分調(diào)整后課時減少，將教學內(nèi)容劃分為材料的性能、材料的結(jié)構(gòu)與凝固、工業(yè)用鋼、鋼的熱處理、材料選擇與失效分析五個模塊組織教學，強調(diào)課程教學內(nèi)容的相關(guān)性和系統(tǒng)性。

針對材料種類繁多，加大材料選擇知識點的教學力度，通過課外練習對學生進行材料選擇及應(yīng)用方面的拓展訓(xùn)練，在內(nèi)容整合、題型設(shè)計方面花功夫，注重趣味性，注重最新科技知識的融合。強調(diào)材料選擇的實用性和適應(yīng)性。

針對概念與名詞術(shù)語繁多，采用歸類法、圖表法、口訣法教學，幫助學生記憶。

針對新材料種類多、信息量大，鼓勵學生利用網(wǎng)絡(luò)資源自學，以宿舍成員組成小型學習團隊，收集、歸納、整理并制作關(guān)于新型工程材料的趣味小專題課件。如納米材料、復(fù)合材料、形狀記憶合金等內(nèi)容，任課教師安排一次專題討論課，由學生推選代表上講臺講解，教師控制時間，每位學生10～15分鐘演示，隨后進行討論和教師點評。這種分宿舍為單位開展的自主學習，不僅提高了學生的興趣，也培養(yǎng)了團隊合作精神，融洽了學生之間的關(guān)系，受到他們的普遍歡迎。

強化實踐性教學環(huán)節(jié)，直觀教學，注重學生動手能力培養(yǎng) 針對本課程實踐性強的特點，開設(shè)綜合性實驗，幫助學生深入理解材料性能與微觀組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)，在材料的性能與材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)相關(guān)性之間駕設(shè)一座橋梁。整合原來內(nèi)容單一的小實驗，規(guī)定每小組實驗人數(shù)為2人，學生自主完成實驗全過程。每個學生都有充分的動手機會，激發(fā)了學生的興趣，受到學生喜愛。青年教師吳煒錄制了熱處理實驗操作視頻，實驗前進行示范演示，收到較好的效果。針對機械類學生，盡管在課內(nèi)進行過金相試樣制備與檢測實驗，但制樣水平距工程實際應(yīng)用和科學實驗研究的高質(zhì)量樣品要求仍有一定差距。組織開展金相技能操作比賽，通過競賽加強學生的金相制作和檢測能力，為今后從事工程材料及熱處理工作及學術(shù)研究，奠定扎實的專業(yè)技能基礎(chǔ)。

加強實驗室建設(shè)力度，確保實驗開出率，改進實驗指導(dǎo)方法，形象化教學 本課程實驗室為中央與地方共建實驗室，近年來進行了儀器設(shè)備更新，增加了臺套數(shù)，并增添了顯微硬度計、數(shù)顯洛氏硬度計、奧林巴斯金相顯微鏡等一批先進的實驗儀器設(shè)備，為進一步提高本課程的實驗教學水平與質(zhì)量創(chuàng)造了很好的條件。

學校原有一批老式的普通金相顯微鏡，在金相組織顯微分析實驗教學中只能夠用于學生個人單獨觀察。為充分發(fā)揮現(xiàn)有儀器設(shè)備的最大效能，任課教師進實驗室，對老式的儀器設(shè)備進行改裝，想辦法，自制接口，把老式的金相顯微鏡、體視顯微鏡與計算機相聯(lián)，通過CCD傳感器與視頻采集軟件將顯微鏡的視場圖像輸入計算機，實現(xiàn)直觀的實時動態(tài)的金相組織圖像顯微分析，改變了傳統(tǒng)的“參考圖片+抽象畫”的指導(dǎo)方法，提高了實驗教學指導(dǎo)的針對性和準確性，師生互動好，有效地幫助學生理解和掌握實驗內(nèi)容，教學效果較以前大為增強。

理論與實踐相結(jié)合，多渠道增強學生感性認識，奠定實踐基礎(chǔ)并拓寬視野 任課教師利用各種機會去工廠收集一些典型的失效零件，如斷裂的、開裂的、變形的甚至工廠報廢的零件用于教學，并讓學生在實驗時直接制備失效實物零件樣品，觀察失效件組織狀態(tài)，并分析失效原因。這種結(jié)合工程實際的教學方法，幫助學生盡早了解未來工作世界。課堂教學注重科技知識和人文知識的滲透，引領(lǐng)學生了解材料研究的最新進展，開闊學生視野。

加強課程教學質(zhì)量監(jiān)控，保證教學質(zhì)量，采用傳、幫、帶的方式，增強教學效果 為保證課程教學質(zhì)量，對備課、講課、作業(yè)布置與批改、課外答疑輔導(dǎo)、實驗報告的撰寫與批改、成績考核等環(huán)節(jié)，嚴格按照本科教學評估指標體系的具體要求進行。剛進校的青年教師均配備有指導(dǎo)教師，且在上講臺之前，進行嚴格的試講考核。試講過程，課程團隊教師全體聽課，共同查找問題，對語言表述、課件制作、教學設(shè)計等各個環(huán)節(jié)進行考核，通過后方能擔任主講教師。

3 課程建設(shè)體會

機械工程材料課程是一門難教也難學的課程，經(jīng)過持續(xù)不斷建設(shè)，有針對性地開展教學活動，利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，結(jié)合工程案例，有利于激發(fā)學生的學習興趣；增加實訓(xùn)環(huán)節(jié)，學生全過程自主完成，變被動為主動，有利于鍛煉學生的動手能力；以宿舍為單位成立學習小組，可增強團隊協(xié)作意識。在教學過程中，教師的教學引導(dǎo)非常重要，結(jié)合工程實際案例，往往能把學生帶入工作場景，課程學習重要性在一個個實際案例中自然呈現(xiàn)，能增強教學實效。

參考文獻

[1]張有強，羅樹麗，周嶺.機械工程材料課程教學探討[J].現(xiàn)代教育技術(shù)裝備，2013（3）：56-58.

[2]張文灼.機械工程材料[M].北京：北京理工大學出版社，2011.