基于案例教學(xué)的工程材料教學(xué)改革

摘要：針對工程材料教學(xué)中存在的問題，提出了采用案例教學(xué)的課堂教學(xué)改革方案，通過整合課程內(nèi)容體系，構(gòu)建案例資源庫，利用案例教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工程材料；案例教學(xué)；工程應(yīng)用

基金項目：麗水學(xué)院課堂教學(xué)改革重點項目資助（“《工程材料》應(yīng)用案例式教學(xué)的探索”，編號14KZ08）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：

工程材料是機械類專業(yè)十分重要的學(xué)科基礎(chǔ)課，該課程主要面向我校機械設(shè)計及其自動化專業(yè)本科生，為此開設(shè)了《工程材料及成型技術(shù)基礎(chǔ)》課程。該課程工程材料部分主要包括材料力學(xué)性能、材料科學(xué)理論基礎(chǔ)、熱處理工藝、工程材料選用等四大部分，涵蓋金屬、陶瓷、高分子和復(fù)合材料等四大類常用工程材料，具有專業(yè)概念多、理論內(nèi)容抽象的特點。學(xué)生普遍反映學(xué)習難度大、學(xué)習興趣低，相關(guān)知識掌握程度差。工程材料又與后續(xù)的機械設(shè)計、機械制造、課程設(shè)計等課程有很強的關(guān)聯(lián)性，是培養(yǎng)裝備設(shè)計技術(shù)人才的學(xué)科基礎(chǔ)課程。但是從筆者多年指導(dǎo)本科畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)驗來看，多數(shù)機械設(shè)計及其自動化專業(yè)學(xué)生在裝備設(shè)計時，選材、用材上出現(xiàn)較多問題，學(xué)生工程應(yīng)用能力普遍較弱。

傳統(tǒng)的工程材料教學(xué)以理論知識講授為主，學(xué)生被動學(xué)習相關(guān)概念和理論，課上相關(guān)工程背景與工程應(yīng)用實例介紹較少，課程教學(xué)方法較為單一，課程與后續(xù)相關(guān)課程的融合度較差。在本校2015年專業(yè)培養(yǎng)方案修訂后，專業(yè)課程教學(xué)學(xué)時普遍壓縮，工程材料部分的教學(xué)課時壓縮到24課時。基于以上現(xiàn)狀及問題，需要對課程內(nèi)容進行精簡整合，同時也開展課堂教學(xué)改革以提高學(xué)習效果。從2015年開始，我們教學(xué)團隊結(jié)合地方制造產(chǎn)業(yè)特色及教師科研成果，課堂教學(xué)融入案例教學(xué)，開展提高工科學(xué)生工程能力的探索。

一、課程教學(xué)內(nèi)容的整合

工程材料課程以材料的四要素（成分、組織、工藝、性能）為主線，教學(xué)過程緊扣應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)目標，以材料設(shè)計、應(yīng)用為導(dǎo)向，強化學(xué)生工程觀念，鍛煉工程實踐能力。為此，我們對工程材料部分教學(xué)內(nèi)容進行了精簡，減少了課程理論部分的講授，同時根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)特色，在課時壓縮的背景下加入了高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等內(nèi)容。工程材料部分的教學(xué)內(nèi)容經(jīng)梳理后，分為四個項目：材料性能、材料結(jié)構(gòu)、熱處理工藝、工程材料選用，教學(xué)過程按材料四要素串聯(lián)各部分的知識點，教學(xué)實施具有明顯的層次性。

二、課程案例資源庫的建設(shè)與實施

為了培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，在課堂教學(xué)中融入案例式教學(xué)，構(gòu)建了案例資源庫，共計二十多個教學(xué)案例。案例的教學(xué)實施分為三種形式：一為引導(dǎo)型，利用工程案例導(dǎo)入知識點，吸引學(xué)生注意力，提高學(xué)生的學(xué)習樂趣；二為工程認知型，課堂知識點介紹后，引入工程案例或工程問題，以剛學(xué)到的知識內(nèi)容來分析工程問題，強化學(xué)生對所學(xué)知識內(nèi)容的理解；三為工程應(yīng)用型，以工程設(shè)計應(yīng)用為導(dǎo)向，結(jié)合所學(xué)知識內(nèi)容，分析工程問題，提出工程問題的解決方法。三種教學(xué)形式層層遞進，在案例教學(xué)實施過程中可以一例多用，逐步加強學(xué)生的工程意識。

以“泰坦尼克號的沉沒”為例，此案例在教學(xué)中應(yīng)用次數(shù)較多：在講授材料力學(xué)性能一章開始時，即引入本案例，提出“為什么號稱“永不沉沒的輪船”首航時卻沉沒了”的問題，供學(xué)生自由討論，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習本章內(nèi)容。當講到?jīng)_擊韌性時，再次分析此案例，從材料低溫力學(xué)性能的角度解釋輪船沉沒的原因，加深學(xué)生對金屬材料低溫力學(xué)性能的理解。當講到工業(yè)用鋼時，又結(jié)合此案例，介紹鋼中S、P雜質(zhì)對鋼力學(xué)性能的影響，從工程應(yīng)用的角度提出一個假設(shè)問題，即“如果在寒冷地區(qū)采用碳鋼作為工程構(gòu)件，從工程設(shè)計的角度出發(fā)需要滿足哪些力學(xué)性能？”，由學(xué)生分組討論，分析此工況下可能產(chǎn)生的失效形式，并尋求解決方案。

為了提高學(xué)生的學(xué)習興趣，教學(xué)案例中引入了與失效分析相關(guān)的熱點新聞報道，比如從今年SpaceX火箭爆炸事件引申到1986年的“挑戰(zhàn)者號”航天飛機失事事故分析。通過這一案例分析，提示學(xué)生在工程設(shè)計時需要考慮材料在不同工況下的性能，避免零件因材料失效造成嚴重的事故。在教學(xué)中還結(jié)合了教師的科研項目作為教學(xué)案例，如講到表面處理時，以本地特色產(chǎn)業(yè)——直線導(dǎo)軌的熱處理為例，介紹不同企業(yè)高頻淬火、回火熱處理工藝的差別，從提高產(chǎn)品性能的角度出發(fā)，讓學(xué)生討論在生產(chǎn)中如何設(shè)計直線導(dǎo)軌的熱處理工藝，激發(fā)學(xué)生對工程實踐的興趣。

案例教學(xué)的實施有助于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程問題的能力，為了固化案例教學(xué)效果，通常在課堂上布置2-3個案例相關(guān)的問題或方向，學(xué)生在課后查找文獻資料，深入拓展案例教學(xué)中的知識點，同時提交與案例相關(guān)的書面報告，進一步培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力。

三、教學(xué)改革經(jīng)驗與效果

案例教學(xué)需要收集大量的案例資料，不僅要求任課教師熟練掌握工程材料課程內(nèi)容，同時還要有比較廣的學(xué)科知識積累，將案例與課堂教學(xué)知識內(nèi)容融合，并且巧妙的設(shè)計案例教學(xué)環(huán)節(jié)，提升教學(xué)效果。通過教學(xué)改革的實踐，我們教學(xué)團隊不斷積累、篩選教學(xué)案例，初步建立了案例資源庫，后期仍需要繼續(xù)增加案例，供學(xué)生課后練習使用。

采用案例教學(xué)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習積極性，課程中期調(diào)查結(jié)果顯示對案例教學(xué)感興趣的比例達到了79%。通過案例教學(xué)，改變了傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)，課堂氣氛活躍，師生互動多，同時提高了學(xué)生理解、運用知識的能力，鍛煉了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，有助于提高學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力。目前，案例教學(xué)取得了一定效果，但如何有效的組織案例教學(xué)需要進一步探索。

四、總結(jié)

在教學(xué)課時縮減的背景下，教學(xué)團隊實施了案例教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習興趣，教學(xué)實施過程中結(jié)合圖片、影像立體展現(xiàn)知識內(nèi)容，讓學(xué)生將理論知識與工程實踐結(jié)合，鍛煉了學(xué)生的分析和解決問題、總結(jié)歸納的能力。在今后的教學(xué)實踐中，我們將繼續(xù)探索以工程教育為目標的案例教學(xué)，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

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作者簡介：苗義高（1986-），男，博士，麗水學(xué)院機械工程系教師，講師，主要研究方向為金屬材料熱處理、納米材料制備。 E-mail： miao@lsu.edu.cn 電話：15706807636