新工科背景下《工程材料及制造技術基礎》課程教學探索

郭二廓

摘? 要：《工程材料及制造技術基礎》是高等學校機械類專業的一門技術基礎必修課程，該課程具有理論體系復雜、知識覆蓋面廣、綜合實踐性強等特點。針對該課程特點和學生學習效果不佳的情況，結合新工科的培養要求，文章分析了現有課程教學體系和教學現狀中存在的問題，并據此提出了《工程材料及制造技術基礎》的課程教學改革探索：一是構建大工程材料的內在課程體系、二是采用多元化的教學模式、三是注重理論與實踐的統一性，旨在滿足新工科專業的課程建設需要，提高應用型人才的培養質量。

關鍵詞：工程材料及制造技術;新工科;課程改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）24-0079-03

Abstract： Fundamentals of Engineering Materials and Manufacturing Technology is one of the compulsory courses for mechanical students in higher education. The course involves complex theoretical system， wide knowledge and lots of practice. In view of the characteristics of the course and students' poor learning effect， this thesis analyzed the problems existing in the current course teaching system combined with the training requirements of new engineering. The strategies for course teaching reform are put forward： to establish an intrinsic curriculum system for large engineering materials， to use a diversified teaching model， and to pay attention to the unity of theory and practice so as to meet the requirements for new engineering majors and cultivate the high-level engineering talents.

Keywords： Engineering Materials and Manufacturing Technology; new engineering; teaching reform

一、概述

當前，隨著我國經濟的快速發展，企業對本科人才的培養要求越來越高。為了適應快速發展的經濟，培養新型工程創新人才，高等工程教育必須進行全面、深刻的改革和創新[1]。新工科（Emerging Engineering Education，3E）是基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向[2]。隨著新工科內涵的不斷延伸，現有的一些機械工程類專業課程的教學內容和教學方法已不適應新工科背景下的培養要求，而傳統驗證性實驗教學也難以滿足提升學生的工程實踐能力的需求。

《工程材料及制造技術基礎》是高等學校機械類專業和近機械類專業的一門技術基礎必修課程。它是在傳統的《金屬工藝學》基礎上發展而來的一門課程，具有理論體系復雜、知識覆蓋面廣、綜合實踐性強等特點，對培養高質量、交叉復合型、工程應用型人才具有重要作用。在實際的教學過程中，由于學生工業背景知識欠缺，實踐認識不足，再加上內容繁雜，教學效果不太理想。近年來，針對《工程材料及制造技術基礎》的課程教學改革方面，雖然部分文獻[3-6]對相似課程的教學內容改革、教學方法與教學手段創新，以及人才培養模式改革等方面進行了探索，但是在新工科背景下該課程的改革還需要進一步探索。本文分析了現有課程教學體系和教學現狀中存在的問題，結合新工科的培養要求，提出了該課程的教學改革方向：一是構建大工程材料的內在課程體系，二是采用多元化的教學模式，三是注重理論與實踐的統一性。

二、現有課程教學體系及教學現狀

《工程材料及制造技術基礎》的培養目標是通過對本課程的學習，使學生掌握有關機械工程材料及機器零件成型方法的基本理論、基本知識和技能，理解常用機械工程材料的成分、組織結構及工藝對性能的影響，了解機械領域的新材料及成型加工的新技術、新工藝和發展趨勢，具備合理選用機械工程材料、毛坯的能力，并根據工程材料的相關應用要求，具備對其進行合理實驗設計和測試的能力，為后續專業課程學習、實驗環節和將來從事專業生產技術工作奠定必要的基礎。

目前，我校的《工程材料及制造技術基礎》課程是作為機電類、近機械類相關專業的必修課，主要包含兩個部分內容，一部分是《工程材料及其成型基礎》，另一部分是《機械制造工藝基礎》。隨著高等教育改革的不斷深入，強化基礎和學時銳減的矛盾日益突出，這一點在該課程上體現尤為明顯。本課程共60學時，其中實驗環節占8個學時，也就是說，要使學生要在52學時內掌握各種工藝方法本身的規律性及其在機械制造中的應用和相互聯系，對授課教師的教學內容、教學方法和實驗安排的要求極高，而傳統的教學方法多以教師講授為主，以典型實驗、課后作業和學習指導手冊為輔，學習效果以考試成績來評定。但是這種教學模式不僅教學效果不理想，而且不符合新工科背景下的人才培養要求。究其原因，主要有以下幾個方面。

（一）教學內容面向工程化程度不夠

新工科作為一種新型工程教育，其育人的本質沒有變，但對人才的培養要求發生了變化[2]。一方面，新形勢下人才培養面向工程化程度不夠。當前我國產業發展不平衡，雖然我國提出了“中國制造2025”發展戰略，但很多制造領域還處在電氣化和自動化的發展階段，因此對工程技術人才的需求復雜多樣，這就要求在新工科背景下，培養能夠繼承與創新、交叉與融合、協調與共享和面向工程化的復合型人才。另一方面，新材料、新工藝、新技術的工程應用在教學內容中體現不夠。以機械類專業常用的鋼鐵材料為例，近年來，傳統的鋼鐵冶煉、澆鑄、軋制、熱處理和加工工藝和方法出現了許多創新改進技術，例如組織的微合金化技術、鋼組織淬火分離技術、超快速冷卻技術TMCP（控制軋制和控制冷卻）、焊接熔池凈化技術，以及新型組織和材料的帶來的特殊加工工藝等。因此，目前該課程的教學內容與產業發展和工程化需求對接不夠緊密，不能滿足新工程背景下的工程教育對教學內容的新要求，還需要進一步探索面向產業化和工程化的教學內容改革方法。

（二）教學方法缺乏創新性

隨著高等教育改革的不斷深入，強化基礎和學時銳減的矛盾日益突出，現有的教學方法已不適應新工科的培養要求，并且逐漸走向兩個極端。一方面，仍然采用傳統的灌輸式教學方法，不能充分調動學生學習的積極性。例如：在講授鐵碳合金相圖知識點時，多數教師仍然采用講授與板書結合的形式，教學過程略顯沉悶和呆板，使本來就抽象和晦澀的相圖更加難以理解，教學效果也很難達到預期要求。另一方面，過分依賴多媒體教學手段，弱化了教學方法的作用。隨著互聯網+在教育教學領域的推廣，翻轉課堂、微課、慕課等紛紛來襲，這些手段的引入使教學內容化抽象為直觀、化繁雜為簡單，然而，這種教學方法也會使知識碎片化，不利于學生對課程內在理論體系的理解和掌握。例如，在《工程材料及制造技術基礎》的學習過程中，不僅要識記和辨析諸多的概念，而且還要把握住各章節之間的一條主線。因此，要使學生能夠盡量消化和理解工程材料及其成形的基本理論和知識，還要進一步的在教學方法上進行探索。

（三）實踐與理論環節結合不足

《工程材料及制造技術基礎》是一門與實踐緊密相關的課程，工程材料及成形技術的工程應用是本課程核心內容，其基本原理與基本知識的學習要落實在機械設計與機械制造的具體工程應用上，特別是材料在不同條件下的組織和性能、工藝設計和結構工藝性以及不同切削成形方法的優缺點等，學生必須具備一定的實踐觀察才能更好的理解和掌握，而目前該課程的前期基礎僅有金工實習和4個基礎性觀察實驗，實踐環節不足以滿足理論環節的支撐要求。此外，現有的教學模式將理論和實踐在時空上分離[3]，理論部分由主講教師負責前期講授，而實踐部分由專門的實驗教師后續完成，這樣就使實踐環節與理論環節相脫節，在理論環節上學生由于缺少感性認識而對一些抽象的知識點難以理解，在實踐環節上學生由于理論知識掌握模糊只能停留在獲得一些較低層次的感性認識和操作技能，從而造成了學生知和行的不統一。

三、課程教學改革探索

（一）構建大工程材料的內在課程體系

傳統的《工程材料及制造技術基礎》是將熱加工和冷加工按照先后順序來講授，這樣劃分的好處是使課程內容由淺入深、由基礎理論到實際應用，便于學生理解。同時，也帶來了一個問題，即學生前后所學內容脫節嚴重。在考試過程中發現，學生對于一些考查前后知識點融會貫通能力的題目答題情況較差，這也從側面反映教師并沒有注重從課程內容全局的角度把握課程。我們仔細梳理一下可以發現，這門課程的核心內容其實是圍繞著一條主線展開的：成分-工藝-結構-性能-選材-改性-成形-加工。因此，在新工科背景下該課程應構建大工程材料的內在課程體系，課程教學內容應打破熱加工與冷加工的界限、打破各章節之間的限制，通過舉例一些典型機械零件的制造過程，使學生能夠根據機械零件性能要求和使用條件，對機械零件進行合理的結構設計、選材、熱處理、成形及制定加工工藝路線，將相對獨立的各章節內容建立起內在聯系，使學生系統化學習相關理論，形成一個有機的整體知識結構。

（二）采用多元化的教學模式

在新工科背景下，應注重現代教學手段與傳統教學方法相結合。一方面，充分利用網絡和多媒體的優勢，將多元化的教學方式和方法吸收進課程教學中，使專業知識中涉及到的大量理論和原理更加直觀地呈現，促進學生對所學內容的學習和理解。另一方面，繼承和發揚傳統教學方法的優點，通過案例教學，列舉學生日常生活中接觸到的或是能接受的生產應用實例，幫助學生理解復雜原理，通過對重難點內容進行詳細地分析歸納，指導學生辨析重難點概念。例如，在講授本課程的重難點內容鐵碳合金相圖時，我們參考網絡上的一些教學方法，采用“口訣助記法”，把復雜的鐵碳合金相圖歸納為“兩平”、“三垂”、“十星”、“五弧”、“十二面”，以便于學生識記相圖。此外，我們還綜合運用“圖表歸納法”、“特征分析法”、“條件篩選法”等多種方法對本課程進行學習指導。

（三）注重理論與實踐的統一性

適當增加課程實驗和實踐環節在本課程中所占比例。在實驗目的的設置上要提出一些開放性實驗，培養學生的創新能力;在實驗內容和選擇上要適當增加一些能與工程應用緊密結合的實驗，培養學生的工程應用能力;在實踐過程上充分利用大學生科技創新活動，通過對機械產品的設計和對零部件的加工，培養學生理論應用于實踐的能力。同時，加強對課程后續實踐環節的學習和指導。本課程的學習并不局限于這一門課程，根據調查結果[6]，各地區工科院校機械類專業《工程材料及制造技術基礎》課程的上課學期基本安排在第4學期或第5學期，各院校的《生產實習》課程基本安排在第6和第7學期。生產實習環節是學生將本課程所學理論知識落實在機械制造工程應用上的最佳途徑，特別是對于一些關鍵零部件的選材、熱處理、成形和加工工藝等，如果不能給予合理的指導和講解，學生將錯過復習和鞏固該課程所學知識的最佳時期。因此，學校在后續安排生產實習帶隊教師時，應將相關課程教師列入其中，使理論環節和實踐環節的教學教師相統一。

四、結束語

新工科建設是一個長期的過程，探索新工科背景下的《工程材料及制造技術基礎》課程教學改革也是一個不斷完善的過程。為了適應新時期的人才培養需求，必須從大工程材料的高度去把握課程內容，關注新材料、新技術、新方法，不斷更新教學內容，創新課程教學方法，注重理論和實踐的統一，才能切實滿足新工科專業的課程建設要求，培養具有較強工程實踐能力的新工科人才。

參考文獻：

[1]顧佩華.新工科與新范式：概念、框架和實施路徑[J].高等工程教育研究，2017，6：1-13.

[2]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017，3：1-6.

[3]許小鋒，倪益華，侯英岢，等.《工程材料與機械制造技術基礎》課程教學內容改革探索[J].產業與科技論壇，2014，13（12）：194-195.

[4]崔熙貴.新要求下《工程材料及其成型基礎》教學改革探索[J]. 高教學刊，2017，24：121-123.

[5]汪志剛，齊亮，朱志云，等.“新工科”背景下《金屬材料及熱處理》課程改革探索[J].高教學刊，2018，10：121-123.

[6]黃根哲，宋善女.工科院校機械類專業《工程材料與機械制造基礎》系列課程發展初析[J].教育教學論壇，2016，23：154-157.