基于案例教學的工程材料教學改革

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

關鍵詞：工程材料；案例教學；工程應用

基金項目：麗水學院課堂教學改革重點項目資助（“《工程材料》應用案例式教學的探索”，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)十分重要的學科基礎課，該課程主要面向我校機械設計及其自動化專業(yè)本科生，為此開設了《工程材料及成型技術基礎》課程。該課程工程材料部分主要包括材料力學性能、材料科學理論基礎、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。學生普遍反映學習難度大、學習興趣低，相關知識掌握程度差。工程材料又與后續(xù)的機械設計、機械制造、課程設計等課程有很強的關聯(lián)性，是培養(yǎng)裝備設計技術人才的學科基礎課程。但是從筆者多年指導本科畢業(yè)設計的經(jīng)驗來看，多數(shù)機械設計及其自動化專業(yè)學生在裝備設計時，選材、用材上出現(xiàn)較多問題，學生工程應用能力普遍較弱。

傳統(tǒng)的工程材料教學以理論知識講授為主，學生被動學習相關概念和理論，課上相關工程背景與工程應用實例介紹較少，課程教學方法較為單一，課程與后續(xù)相關課程的融合度較差。在本校2015年專業(yè)培養(yǎng)方案修訂后，專業(yè)課程教學學時普遍壓縮，工程材料部分的教學課時壓縮到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改革以提高學習效果。從2015年開始，我們教學團隊結合地方制造產(chǎn)業(yè)特色及教師科研成果，課堂教學融入案例教學，開展提高工科學生工程能力的探索。

一、課程教學內(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，教學過程緊扣應用型工程技術人才培養(yǎng)目標，以材料設計、應用為導向，強化學生工程觀念，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、復合材料等內(nèi)容。工程材料部分的教學內(nèi)容經(jīng)梳理后，分為四個項目：材料性能、材料結構、熱處理工藝、工程材料選用，教學過程按材料四要素串聯(lián)各部分的知識點，教學實施具有明顯的層次性。

二、課程案例資源庫的建設與實施

為了培養(yǎng)學生的工程意識，在課堂教學中融入案例式教學，構建了案例資源庫，共計二十多個教學案例。案例的教學實施分為三種形式：一為引導型，利用工程案例導入知識點，吸引學生注意力，提高學生的學習樂趣；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，以剛學到的知識內(nèi)容來分析工程問題，強化學生對所學知識內(nèi)容的理解；三為工程應用型，以工程設計應用為導向，結合所學知識內(nèi)容，分析工程問題，提出工程問題的解決方法。三種教學形式層層遞進，在案例教學實施過程中可以一例多用，逐步加強學生的工程意識。

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

為了提高學生的學習興趣，教學案例中引入了與失效分析相關的熱點新聞報道，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，提示學生在工程設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。在教學中還結合了教師的科研項目作為教學案例，如講到表面處理時，以本地特色產(chǎn)業(yè)——直線導軌的熱處理為例，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)，讓學生討論在生產(chǎn)中如何設計直線導軌的熱處理工藝，激發(fā)學生對工程實踐的興趣。

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

三、教學改革經(jīng)驗與效果

案例教學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科知識積累，將案例與課堂教學知識內(nèi)容融合，并且巧妙的設計案例教學環(huán)節(jié)，提升教學效果。通過教學改革的實踐，我們教學團隊不斷積累、篩選教學案例，初步建立了案例資源庫，后期仍需要繼續(xù)增加案例，供學生課后練習使用。

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

四、總結

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

參考文獻：

[1]杜曉東， 李合琴，張學斌， 適應工程教育專業(yè)認證標準的工程材料課程教學改革思考. 大學教育， 2014（02）： 117-118

[2]鐘濤生，付求涯， 工程材料課程教學方法比較研究. 中國冶金教育， 2014（06）： 14-18.

[3]李輝， 《工程材料及成形工藝基礎》課程項目式教學的實施. 開封大學學報， 2013（02）： 71-73.

[4]冷永祥，楊蘋，陳俊英等， 工程材料課程教學改革中立體化教學資源和教學平臺的構建. 重慶工學院學報， 2006. 20（5）： 171-173.

作者簡介：苗義高（1986-），男，博士，麗水學院機械工程系教師，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