《現代材料工藝學》課程建設與教學改革探討

危衛華+連小瑩

摘要：在分析現代材料工藝學教學發展現狀的基礎上，面向工程技術人才的培養，從重視基礎知識、加強工藝設計訓練內容等內容方面對現代材料工藝學進行了課程建設；并從強理論聯系實際、選用合適教學手段、加強師資建設、采用微課課程、翻轉課堂等新型教學模式等方面對現代材料工藝學課程教學進行了實踐和探討。實踐表明，通過課程建設和教學改革，大大激發了學生的主動學習激情，鍛煉了學生發現問題、分析問題、解決實際問題和工程實踐能力，拓展了學生視野，顯著提高了教學質量，取得了很好的教學效果。

關鍵詞：現代材料工藝學；課程建設；教學改革；探討

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）42-0080-03

一、引言

《現代材料工藝學》（Modern Materials Technology，簡稱MMT）是一門融合現代材料學知識和現代金屬工藝學知識的交叉課程，涉及工程材料和機械制造基礎相關知識，是機械類和材料加工類應用專業的一門技術基礎課。目的在于使學生通過該課程的學習，了解材料的組織及力學性能、Fe-C合金相圖、熱處理工藝與性能的關系等材料學基礎知識，初步掌握為常用零件選材的能力；掌握光學、電鏡及EDS、XRD、TEM、拉曼光譜等材料分析原理，可為科研中材料微觀分析選定實際可行的分析手段；了解金屬材料毛坯成型工藝，熟悉鑄造、鍛壓、焊接成型工藝的特點，掌握成型工藝的結構性要求；了解影響金屬材料切削加工性的因素，掌握切削過程中切削力和切削溫度的變化規律，熟悉切削加工類型。著力培養學生的工程素養，提高學生的工程實踐能力，開闊學生專業視野。

目前，針對MMT課程建設和教學改革方面的研究還未引起足夠重視，相關方面的研究還很不足。陸名彰、齊繼陽等從改進教學內容、重視實踐教學、調整考核方式、采用任務驅動教學模式等方面對MMT課程建設和教學改革進行了實踐與探討。本文面向大學工科學生教育，從個人的教學體會以及吸取他人經驗的基礎上，對MMT課程建設和教學進行相關的改革探討。

二、MMT課程教學的問題

MMT是機械工程相關專業學生的一門由基礎理論學習階段向專業知識學習階段過渡的專業基礎課，其學科內容主要以各種工程材料知識及其機械制造加工工藝的總和作為知識體系，具體包括工程材料基礎知識、金屬材料及高分子材料、鋼鐵材料的熱處理工藝、鑄造成型工藝、鍛壓成型工藝、焊接成型工藝、金屬切削加工工藝等，具有極強的實踐性、綜合性和基礎性。因此，MMT課程包括課堂理論教學和工廠實踐操作兩個主要教學環節，所以其教學過程完全不同于基礎理論課和專業課。目前MMT總體上是屬于一種教師難教、學生難學的境況，主要問題歸納如下。（1）限于一些高校實驗室條件的限制，實驗設備比較陳舊，體驗的還是通過過時的設備開展的老實驗，無法讓學生動手操作先進儀器，感觸行業前沿知識和儀器設備。（2）受限于現行的MMT課程教學要求，其教學大綱和教學課時分配方法沒有可協調性，導致一些需要注重實踐動手操作的內容沒法通過彈性分配時間來安排實驗。（3）雖然有金工實習和認識實習等，學生自己動手實踐環節仍然太少，導致學生動手能力普遍較差，工程實踐經驗不足，運用理論知識解決生產實際中的工程應用問題能力欠缺，從而影響了學生對相關抽象理論知識的充分理解，甚至使培養的機械工程類學生與社會需求脫節，以致近年來沿海制造業發達地區出現了高級技工人數嚴重不足的問題。（4）師資力量與在校大學生數量比相對較小，特別是自1999年大學生擴招政策實行以來，師資力量沒有同等補充；并且大多數青年教師入職后都沒有經歷過生產車間的針對性鍛煉，生產實踐經驗可能相對還不充分。例如課程中包含的諸如鑄造成型工藝、鍛壓成型工藝、焊接成型工藝、機械加工工藝等這些方面的內容，就對教師的動手實踐能力要求非常高。（5）教學手段相對單一或不足，教學方法主要仍然是以教師的灌輸講授為主，課堂上老師與學生之間、學生與學生之間的討論較少；由于MMT課程專業實踐性強，內容相對較抽象，可能導致有些學生缺乏興趣、積極主動性不夠，甚至出現厭學情緒。基于上述不足，對MMT課程的教學內容、教學手段等進行探討。

三、MMT課程內容構建

1.重視基礎知識內容。近年來在工程材料、材料成型工藝、機械制造工藝方面出現了許多具有深遠影響的研究成果，MMT課程應力求反映這些最新成果，使學生的知識結構跟上現代科技的發展步伐，或啟迪學生的思維以產生新的技術設想，例如現代新型工程材料、新型鑄造、新型鍛壓、新型焊接以及先進制造加工工藝。當然，我們仍然認為本課程是介紹機械制造入門知識的技術基礎課程，主要任務是培養學生思考和解決機械制造工程問題的基本方法和基本知識，因而仍然將重點放在有關基礎知識方面。

2.加強工程能力訓練內容，培養學生工程實踐能力。一方面，讓學生開展工藝設計訓練，要求學生將自己所學的理論知識創造性地應用到模擬工程實踐當中，使學生由平常簡單的被動學習方式變為積極主動探索的學習方式，從而培養學生的創造能力，使其成長為創造型人才。另一方面，學生在進行工藝設計過程中，需要全面應用所學知識，如機械制圖、理論力學、材料力學、工程材料、機械制造基礎、機械設計、機械加工工藝等機械專業知識，并查閱有關資料和手冊（如期刊論文、學位論文、書本、標準、專利、會議論文、科技報告、機械設計手冊）等，培養學生發現問題、分析問題和運用理論知識解決問題的綜合能力，體會對一個零件產品從原材料到成品整個制造過程的完整概念，比如選材、機械加工前預備熱處理、機械粗加工、機械精加工、熱處理等工藝過程。

四、MMT教學方法優化

1.以提高動手能力為目標，注重生產實踐活動。MMT課程的主要特點是工程應用性、實踐性強，這種課程特點就要求本門課程的教學必須足夠重視實踐教學環節部分。近年來，我國高等教育管理部門雖然提出了將本科院校劃分為研究型或應用型院校，但受傳統工程教育體制的影響，目前我們大多培養的都是研究型和理論性工程技術人才，對學生實踐和工程應用能力的培養還沒有引起充分的實質重視。有鑒于此，筆者在講授MMT課程中專業性極強的抽象內容時，特別注重理論與實際的結合，并強調生產實踐活動，增加知識點的工程應用性講解。比如在講授金屬材料熱處理工藝這部分內容時，通過選取車間有代表性的45鋼作為實驗對象，開設專門實驗讓學生動手操作體驗通過不同熱處理工藝后該材料硬度指標的變化，并讓他們分析硬度變化的本質原因，這樣既讓學生鍛煉了動手操作能力，又提高了其通過運用理論知識來分析工程實際應用問題的能力。再如，為了讓學生們有直觀的認識，在學習切削刀具角度這部分內容時，特地開設機械加工刀具測量實驗，讓學生們各自動手測量放大倍數的刀具模型，確保學生都得到實踐鍛煉，培養動手能力；并且為了讓學生們更好地運用理論知識來解決實際問題的能力，要求學生們通過改變刀具各個不同角度參數，來分析各個角度變化對實際切削過程有什么影響，大大提高了學習效果。endprint

2.采用合適教學手段。MMT課程是一門工程實踐應用性極強和學科相互交叉研究的課程，不僅專業名詞和術語等基礎知識非常多，而且需要動手實踐操作的案例和環節也很多，為了讓學習者能夠牢固掌握相關基礎知識，并能運用所學基礎知識很好地解決生產實際當中的工程應用問題，教師需要綜合運用多種教學方法，方能達到理想的教學目標和獲得好的教學效果。如MMT課程中關于“鐵碳合金中的基本相”的基本內容，宜采用講授法教學，可以直接、快速、精練地使學生掌握，為學生在實踐中能更游刃有余地應用打好堅實的理論基礎。再如MMT課程中關于“金屬材料熱處理”的內容，適宜采用案例教學法。教師可以選取生產實際當中具有代表性的典型案例，采取提出問題、分析問題、解決問題的方式，進行有針對性的分析、審理和討論，讓學生做出自己的判斷和評價。這種教學方法可以充分調動學生的學習積極性，活躍課堂氣氛，使學生的學習過程由被動接受變為主動思考，在教師的啟發指導下通過自己的思考而得出結論。通過這種案例教學方法的運用，可以充分發揮它的啟發性、實踐性，從而提高學生的思維能力、判斷能力、決策能力和綜合素質。又如MMT課程中關于“趁熱打鐵”、“鑄鐵不能鍛造”等基本專業常識問題，適宜采用討論法。學生通過討論，進行合作學習，讓學生在小組或團隊中展開討論，讓所有的人都能參與到明確的集體任務中，強調集體性任務。通過開展課堂討論，培養思維表達能力，讓學生多多參與，激發學習興趣、促進學生主動學習，培養其通過團隊協作運用所學理論知識解決生產實際工程問題的能力。

3.加強適合MMT課程教學的教師隊伍建設。MMT課程屬于專業課程，實踐能力要求高，其課程教學教師除了需具備扎實、全面的專業理論知識，還需要具有豐富的動手操作實踐能力，才能將理論知識更好地聯系生產實際，從而使學生全面深入地掌握相關專業知識。對于現在很多非應用型大學的青年教師，雖然上學期間也經歷了金屬材料加工實習、課程學習階段的認識實習以及畢業生產實習環節，但對生產實踐的全面能力鍛煉還欠缺。因此，應該鼓勵年輕教師到企業生產車間掛職鍛煉，開展全面的生產加工鍛煉，夯實自己的生產實踐能力。如MMT課程中的金屬材料改性工藝（整體熱處理和表面熱處理等）、現代材料分析技術（光學、電鏡及EDS、XRD、TEM等）、鑄造成型工藝（自由鍛、模鍛、胎模鍛）、鍛壓成型工藝（鍛造、沖壓）、焊接成型工藝以及金屬加工工藝等，只有在實踐中體會，才可達到好的學習效果。

4.采用微課教學模式，提高學習興趣和效率。微課以其“短小精悍”的特點契合了網絡時代的個性化學習、碎片化學習、移動學習等需求，成為目前教育教學改革的熱點之一。“互聯網+”時代，信息技術與教育教學深度融合成為必然趨勢，信息時代的教師是數字化教學資源的開發者和信息化教學的實踐者，如何設計、制作及應用微課，是教師面臨掌握的新技能。微課具有主持人講授性、流媒體播放性、教學時間較短、教學內容較少、資源容量較小、精致教學設計、經典示范案例、自主學習為主、制作簡便實用、配套相關材料等十大特征。微課內容開發是一個較為復雜的系統工程，其建設模式一般有“征集評審式”（面向教師個人）和“項目開發式”（面向學校和機構）。在本科教學中，以MMT課程為基礎，歸納和拓展出了如“工程材料”、“鑄造成型工藝”、“鍛壓成型工藝”、“焊接成型工藝”和“切削加工工藝”等具有代表性的MMT教學研究主題，制作了各個教學研究主題的課件、細分后的具體加工技術的動畫，并錄制了相關MMT課程內容在企業實際應用的視頻，構建了能夠滿足面向制造企業人才培養的實踐性需求的若干微課課程。MMT課程微課教學實踐表明，“微課”既有別于傳統單一資源類型的教學課例、教學課件、教學設計、教學反思等教學資源，又是在其基礎上繼承和發展起來的一種新型教學資源，對于老師而言，最關鍵的是要從學生的角度去制作微課，要體現以學生為本的教學思想。

5.采用翻轉課堂新型教學模式，提高學習效果。翻轉課堂作為一種基于現代信息技術的新型教學模式，近年來成為了國內外教學研究的熱點。翻轉課堂教學模式要求學生在課前利用教師制作的數字材料，包括音頻、視頻、電子教材等，進行自主學習課程，然后在課堂上參與同學和教師的互動活動，如答疑、解惑、探究等，并完成練習。MMT是綜合性、多學科交叉、實踐性強的課程，傳統的教學模式已經不能完全滿足目前對高校應用型人才的培養需求，翻轉課堂教學方法的出現，既為MMT課程的教學改革提供了廣闊的平臺，也為MMT課堂教學模式帶來了許多挑戰，為師生雙方帶來了全新的教學和學習體驗。在MMT課程中，選用了“材料學基礎知識”部分的“鐵碳合金相變基礎知識”知識點，采用翻轉課堂這種新型教學模式進行了教學實踐，通過學習內容分析、學習目標分析、學習者特征分析、課前任務設計、課上任務設計和教學設計反思等六個方面規劃了教學內容，實踐證實了學生參與度更強，學習更加靈活、主動，顯著提高了教學質量，取得了很好的教學效果。因此，翻轉課堂教學理念及相應的教學方法，打破了昔日的先教后學的教學方式，使學生變成了學習的主宰者，有望讓每一位學生都能發揮自身的潛能，激發學習的積極性、主動性，實現全面發展。

五、結語

針對目前MMT課程教學的現狀，通過課程建設與教學改革，實踐結果表明極大地提高了教學質量，激發了學生的學習興趣，提高了學生運用所學理論知識解決實際工程問題的能力，培養了學生的創新意識，提高了學生的綜合能力。

參考文獻：

[1]劉春廷.材料工藝學[M].北京：化學工業出版社，2013.

[2]穆欣，賈平.《材料工藝學》教學改革初探[J].科技信息，2009，（22）：325.

[3]危衛華，連小瑩.機械制造裝備設計課程建設與教學改革探討[J].價值工程，2013，（32）：258-259.

[4]張振亞，陳剛，楊睿.《復合材料工藝學》課堂教學探索[J].考試周刊，2015，（55）：165.endprint