《工程材料》課程教學方法的改革及應用

謝志雄 談芬芳 羅平

摘要：為了培養應用型高級工程技術人才，作者在《工程材料》課程中開展了利用理論指導實踐的教學研究，本研究以項目為導向，利用多元化教學資源進行翻轉課堂教學，培養全面應用型人才。本文結合《工程材料》課程特點和學生實際情況，提出了一些具體的、行之有效的教學方法和手段，將典型零件材料選用的課堂討論和材料采購的課外活動相結合，拓展了學生的知識領域，激發了學生的學習興趣，提高了本課程的教學效果和趣味性。

關鍵詞：工程材料;視頻教學;翻轉課堂;課堂討論

中圖分類號：G642.4 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）41-0200-02

引言

目前，國內材料類的課程教學，大多基于傳統的以教師為主導的課堂灌輸式教學方式，缺乏完整的材料熔煉、金相制備、組織性能測試、熱處理實訓等教學環節，學生動手能力較差。《工程材料》是機械類、近機械類學生必修的一門專業基礎課，我們在教學內容上重點闡述工程材料的性能與其組織結構之間的聯系;說明如何通過工藝手段改變材料的組織結構，以達到提高材料性能的目的;介紹常用工程材料牌號及其應用等基本知識;為工程結構和機械零件的設計及其制造提供合理選用材料的方法。由于該課程的教學內容涉及面廣，許多知識點是學生以前未涉及的領域，于是在教學中我們十分注重教學法的研究。我校針對材料類課程特點和應用型高級工程技術人才的培養目標，開展了《工程材料》課程教學方法的改革與創新研究。

一、利用多元化教學資源翻轉課堂

多媒體技術的應用給傳統教育帶來巨大影響，利用多媒體技術對文本、聲音、圖形、圖像、動畫等的綜合處理及其強大交互式特點編制的各學科系列計算機輔助教學課件，創造出一個圖文并茂、有聲有色、生動逼真的教學環境，為教學的順利實施提供形象的表達工具;同時能有效地激發學生的學習興趣，真正改變傳統教學單調模式，使樂學落到實處。多媒體技術的出現，為教學手段改進提供了新的機會，產生不可估量的教學效果。《工程材料》課程教學圍繞“一條主線，兩張圖，三種材料，四把火”展開，“成分決定微觀組織、組織結構決定性能、性能決定其用途，改性處理通過改變內部組織結構從而提高材料的機械性能和改善其工藝性能”的教學主線，決定了該課程的學習離不開顯微組織結構、離不開相圖，因此我們在《工程材料》CAI課件中插入了大量彩色顯微組織圖片和材料熔煉、金相制備、組織性能測試、改性處理等生產線視頻錄像、動畫及虛擬實驗。多元立體視頻教學資源為翻轉課堂提供了必要條件，降低了學生課前預習基本概念、基礎知識的難度，大大提高了課堂上典型材料案例教學的學習效率，收到了事半功倍的效果。

以往作者在課堂上會講授三種材料的典型牌號、成分控制范圍、微觀組織結構、機械性能、工藝性能及其用途，改性處理方法的選用及工藝路線，如果只是依靠教材上的簡單描述，學生在學習時，會感覺到抽象、繁雜，學起來枯燥，難于理解。通過教學研究和不斷的嘗試，作者借助多媒體CAI軟件生動展示材料微觀組織結構的動態變化過程，如對晶體結構和缺陷等，采用三維立體圖形，讓學生觀察其形體特征、內部結構等，即清晰，又動感;如對位錯運動，結晶和重結晶過程，冷卻曲線的形成，合金相圖的建立，共析碳鋼的奧氏體化等工藝，采用二維或三維動畫模擬將微觀過程可視化，配上教師旁白，形象生動、直觀、感染力很強，變單純的聽覺語言為視聽同步的動畫模擬演示，可化解難點，大大降低了學生學習的難度，提高了教學效率和教學效果。另外，作者將大課堂分為若干個學習小組，課前預習教學視頻，課堂上針對生活中學生熟知的材料開展討論，并隨堂測試，不僅加深了學生對材料性能和用途的理解，學以致用，還起到了活躍課堂氣氛，調動學生學習興趣的作用。

二、開展材料選用及其采購的實戰項目教學

專業基礎課教學的主要原則是理論指導實踐，能學以致用解決實際工程中的具體問題，然而教材上的課后習題都是一些基本概念、基礎知識、基本原理等理論問題，實踐性的問題很少。對此，應根據實際需要設計出一些習題，使學生明白本課程的學習在將來工作中的用處。比如在講解熱處理時，事先給定學生一個大作業：大批量生產某重載汽車齒輪，請提出若干材料選用方案和熱處理工藝路線。講課時教師引導學生考慮該齒輪零件的服役條件和供貨協議中的力學性能指標要求，并讓學生結合材料的成分控制與熱處理工藝路線及其參數的制定等方面展開課堂討論，討論中有的小組提出用滲碳鋼，有的小組選用調質鋼，經過交流討論，最后小組提出了滿足此服役條件的材料及其熱處理工藝。通過對實際問題的分析、討論，使學生主動地參與到思考和分析問題當中;反過來也使學生掌握了所選材料的成分工藝性能及其用途，真正將所學知識靈活地應用于專業實踐中去。

我們設計了將零件設計制造和材料選用采購相結合的實戰項目，利用學生自己在課程設計中設計出來的現有零件圖;分析零部件主要結構及其制造工藝方案，選用合適的材料及其改性處理工藝，然后組建材料采購團隊，形成一份標書;聯系3家材料供應商（真實供應商）作為招標對象;召開一次小組會議，確定該材料的正式供應商，并形成會議紀要。由于他們處于一種從未經歷過的氣氛中，表現得比較興奮，他們覺得刺激的經歷就是尋找材料供應商。對于這種基于生產實踐為考慮的教學方法，加上完備的實驗手段和新穎的作業方式，能更好地達到本課程的教學目的，不僅激發了學生的學習興趣和熱情，也拓展了學生的知識領域。從學生的反應來看，學與用的結合可以提高教的效果和學的質量。學生在理論與生產實踐的聯系中，使枯燥無味的理論變得生動直觀，鍛煉了學生運用知識解決問題的能力。

三、實驗教學及創新

工程材料課程開設了兩個實驗，一是鐵碳合金金相顯微組織觀察，二是鋼的熱處理及硬度測試。學生會先看實驗操作視頻，然后由實驗員示范金相的制備和顯微鏡的調試，金相顯微組織的觀察，學生再親自調試顯微鏡觀察各類材料的金相顯微組織，不僅增強了學生的感性認識，使課程的教學重點難點具體化、形象化，使概念和規律簡單化，易于學生的理解和掌握，還能理論指導實踐，現學現用，極大地調動了學生的積極性，激發了學生的學習興趣性[1]。為了大膽地調動學生的創新思維，需要進一步完善實驗室開放制度以及設計綜合性實驗和創新實驗，比如增設材料熔煉、金相制備、組織性能測試等實驗，還可以開設機械工程領域應用廣泛的中碳鋼、調質鋼的熱處理工藝參數的優化設計實驗，比如設計45#亞溫淬火工藝實驗等。

四、關于增設材料類課程實訓的建議

為改變過去材料類課程存在“紙上談兵”的問題，突出專業技能的培養，建議在工程訓練中心增設工程材料實訓部門，開展材料類課程實訓，為學生提供真實的材料冶煉、加工、改性處理工藝及其鑒別和加工的訓練環境，強調師生互動，強化案例教學，將各部分知識融會貫通，學以致用，加強了實踐教學，調動了學生積極性。如果條件允許，甚至可以帶領學生深入校外實習基地參觀實習，加強學生對各種材料的感官認識，將實踐性較強的教學內容組織有針對性的現場教學。比如參觀武鋼、洛陽一拖、十堰二汽等企業及其材料分析測試中心，了解常用工程材料的冶煉、加工、改性處理工藝過程，這樣學生的學習積極性大大提高，且深刻增加了感性認識，為課堂教學打好基礎。

另外，提前進入企業，讓學生能了解自己畢業后可能從事的行業，覺得學有所用，還可以對課本上沒有涉及到的新材料及其改性處理工藝有一定的了解認識，也可以對其以后的畢業就業提前做好心理轉變培養，對學生的畢業就業有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]徐自立，陳慧敏，吳修德.工程材料[M].華中科技大學出版社，2015.1

[2]談芬芳，宛農，陳儀先，等.優化課程體系，構建立體化教學模式[J].武漢工業學院學報，2008，（12）.

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[4]談芬芳，陳儀先，宛農，等.《工程材料與材料加工工藝》課程教學改革和實踐[J].廣西輕工業，2011，146（1）：124-129.

[5]謝祖錫.材料成形設備與自動化課程教學內容及教學方法的探討[J].裝備技術，2004，（1）：56-57.

Innovation and Application of Teaching Method about "Engineering Materials"

XIE Zhi-xiong1，TAN Fen-fang2，LUO Ping1

（1.School of Materials and Chemical Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China;

2.School of Mechanical Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430023，China）

Abstract：In order to train applied senior engineering and technical personnel，the author carried out a research on teaching method about engineering materials course. Based on a project，the study was expected to train applied talents by using multiple teaching recourses and flipped classroom. In this paper，some detailed and effective teaching methods were proposed considering the characterization of the course. We developed the knowledge area，motivated the study interest and increased the teaching efficiency and employment combined the classroom discussion and extra-curricular activities.

Key words：engineering materials;video teaching;flipped classroom;class discussion