探索卓越工程師培養(yǎng)前提下機(jī)械制造與材料基礎(chǔ)的教學(xué)模式

肖蓓蓓+夏兆旺

摘要：為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，專業(yè)基礎(chǔ)課的《機(jī)械制造與材料基礎(chǔ)》的教學(xué)目標(biāo)不再僅僅是掌握經(jīng)典理論。隨著卓越工程師的提出，了解新興技術(shù)，有效解決生產(chǎn)實(shí)踐問(wèn)題，成為培養(yǎng)適應(yīng)形勢(shì)變化的應(yīng)用型人才的必需。在此，為了提高教學(xué)效果，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，在講授經(jīng)典知識(shí)點(diǎn)時(shí)將教學(xué)可視化，在講授新興技術(shù)時(shí)將教學(xué)科研化，以期增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造與材料基礎(chǔ)；教學(xué)可視化；教學(xué)科研化

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）31-0130-02

2010年，教育部在天津大學(xué)召開(kāi)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”啟動(dòng)會(huì)。為了適應(yīng)時(shí)代的進(jìn)步，我校于2014年開(kāi)設(shè)能動(dòng)專業(yè)“卓越班”試點(diǎn)，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)，提高工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，力求培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需要的多種類型的優(yōu)秀工程師。在此前提下，作為專業(yè)基礎(chǔ)課，《機(jī)械制造與材料基礎(chǔ)》的教學(xué)目標(biāo)不僅僅從知識(shí)內(nèi)容方面，通過(guò)課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握工程材料基礎(chǔ)，掌握材料加工方法，了解機(jī)械裝配；更為重要的是，了解機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中的新理論、新技術(shù)、新知識(shí)，有效針對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐問(wèn)題，合理選用工程材料，正確選擇加工工藝路線，判斷工藝方案合理性，為培養(yǎng)適應(yīng)形勢(shì)變化的應(yīng)用型人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。基于以上考慮，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在講授經(jīng)典知識(shí)點(diǎn)時(shí)將理論教學(xué)可視化，在講授新興技術(shù)時(shí)將教學(xué)內(nèi)容科研化，以期增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效率。

《機(jī)械制造與材料基礎(chǔ)》的教學(xué)內(nèi)容著重點(diǎn)在于基本原理和主要的工藝方法，這些內(nèi)容都是實(shí)際應(yīng)用中最普通、適用面最廣的內(nèi)容，同時(shí)往往是比較抽象的概念，需要學(xué)生具有很強(qiáng)的基礎(chǔ)理論功底以及空間想象能力，這部分內(nèi)容往往難以消化。然而作為《機(jī)械制造與材料基礎(chǔ)》學(xué)習(xí)的基石，理解和掌握抽象定義成為必要，這就要求學(xué)生花費(fèi)大量的時(shí)間對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行機(jī)械記憶，往往導(dǎo)致事倍功半。針對(duì)這一情況，將理論教學(xué)可視化，不再依賴于單純的課堂講解，開(kāi)展多媒體素材庫(kù)的建設(shè)和積累，采用視頻、動(dòng)畫(huà)、實(shí)物模型、虛擬實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段，使原本枯燥、乏味的內(nèi)容變得生動(dòng)、吸引人，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而收到事半功倍的效果。除此之外，抽象理論與實(shí)物教學(xué)相結(jié)合，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。在學(xué)習(xí)材料基礎(chǔ)部分中涉及晶體結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)晶等抽象定義的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，可將Materials Studio軟件引入教學(xué)過(guò)程，采用三維電子圖像和動(dòng)畫(huà)對(duì)象的方法，學(xué)生以模擬實(shí)驗(yàn)的形式動(dòng)手構(gòu)建面心立方、體心立方以及密排六方等三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上模擬升溫融化以及降溫結(jié)晶過(guò)程，直接觀察形核與長(zhǎng)大，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)金屬材料的理解以及相關(guān)本征性質(zhì)的分析能力。在學(xué)習(xí)切削加工中涉及刀具的幾何角度的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，運(yùn)用視頻并結(jié)合演示教具進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講解，在學(xué)生理解車(chē)刀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充車(chē)刀測(cè)量實(shí)驗(yàn)，將課本知識(shí)有效運(yùn)用。理論教學(xué)與實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，增強(qiáng)抽象內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，進(jìn)而提高學(xué)生的主觀認(rèn)知。在學(xué)習(xí)切削方法時(shí)，緊密聯(lián)系學(xué)生的金工實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，圍繞切削加工，增加課堂討論時(shí)間。需要注意的是，純粹的視頻教學(xué)以及演示性試驗(yàn)的缺點(diǎn)在于信息量過(guò)多，學(xué)生注意力分散。為了避免看完即忘，有選擇地運(yùn)用基于問(wèn)題的教學(xué)法，根據(jù)教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)，進(jìn)而保證課堂教學(xué)的效率。如圖1所示，從課堂講解的抽象概念到視頻化的感官深入，從問(wèn)題提出到問(wèn)題的回答，從知識(shí)點(diǎn)出發(fā)到知識(shí)點(diǎn)回歸，進(jìn)而理解掌握基礎(chǔ)概念。

另外一方面，隨著科技的發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新工藝在不斷的增加，這就要求我們不能止步于課本知識(shí)，在教學(xué)的過(guò)程中，關(guān)注現(xiàn)代新興科研工作，應(yīng)注意吸收新成果，教學(xué)內(nèi)容科研化，開(kāi)闊思路。在材料部分，強(qiáng)化其他過(guò)程材料以及新型材料的內(nèi)容。現(xiàn)代機(jī)械制造的發(fā)展，在于高精密以及無(wú)人數(shù)控。基于上述原因，在材料加工部分，注重介紹高精密加工方法以及計(jì)算機(jī)輔助加工內(nèi)容。但是在以教師為主的講授式教學(xué)過(guò)程中，介紹這一部分內(nèi)容時(shí)，由于課時(shí)的限制，我們重點(diǎn)在于介紹科技的發(fā)展以及應(yīng)用，而不是關(guān)注基本原理。比如，傳統(tǒng)意義上，汽車(chē)車(chē)身為鋼板，沖壓成型；但是在全新BMW7系的車(chē)體框架中，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料被用于加固車(chē)頂橫梁結(jié)構(gòu)以及B柱和C柱、底部側(cè)圍、中央通道和后部支撐。又比如，我國(guó)開(kāi)發(fā)的多點(diǎn)成型技術(shù)，將傳統(tǒng)的整體模具離散化，柔性多點(diǎn)模具配以數(shù)控技術(shù)，成就了北京的鳥(niǎo)巢。這種針對(duì)特定應(yīng)用對(duì)象，介紹相應(yīng)科技發(fā)展的教學(xué)方法，有利于形成立體化的印象。在此，根據(jù)課程內(nèi)容有選擇地使用項(xiàng)目教學(xué)法，將學(xué)生從被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)者。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，我們給出四類參考項(xiàng)目，如圖2所示，建議以科技發(fā)展—實(shí)際應(yīng)用—優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)—內(nèi)在原理為思路，進(jìn)行調(diào)研報(bào)告的整理與撰寫(xiě)。學(xué)生也可按照自身興趣點(diǎn)，擬定項(xiàng)目，調(diào)整思路，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)的闡述。在收集資料、理清思路、整理匯報(bào)的過(guò)程中，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，有效鍛煉信息獲取能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神以及自我學(xué)習(xí)的能力。