工程材料及熱處理課程教學改革與實踐

鄒利華　吳海江　王小明　郭文敏　曾娣平

摘要：本文針對我校工程材料及熱處理課程教學中的現狀及不足，從課程教學內容、教學方法、實驗教學、綜合考核方案四個方面對工程材料及熱處理課程進行了教學改革。四年的教改實踐表明，學生利用課程知識解決工程問題的能力得到了提高。

關鍵詞：工程材料及熱處理；教學改革；實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）28-0166-02

工程材料及熱處理是普通高校機械類/近機械類專業的一門重要專業基礎課，我校機械設計及其自動化、車輛工程等多個專業（年均超450人）開設了本課程。課程要求學生熟練掌握工程材料的基本理論及其基礎知識，熟悉材料的“成分—組織結構—加工工藝—性能與應用”之間的相互聯系和變化規律，掌握常見材料的性能、應用范圍及熱處理工藝，初步形成根據零件的工作條件/性能要求合理選用材料并正確制訂零件加工工藝路線的能力[1]。本課程內容多、概念多、術語多、分散性大、系統性差，學生學習困難，難以實現理論聯系實際。筆者結合近年來的教學實際，對工程材料及熱處理課程教學改革做出了積極探索。

一、教學內容改革

工程材料及熱處理課程原教學內容由如下三個部分組成：（1）工程材料的基礎理論知識包括：材料結構與凝固、材料的性能、二元合金相圖及鐵碳合金、鋼的熱處理，著重介紹工程材料的基本概念、基礎理論以及之間的關系及其影響規律。（2）主要機械工程材料的“成分—組織結構—性能”和應用包括：常見的工業用鋼、鑄鐵、非鐵金屬、非金屬材料等，在課程講授中，注重鋼鐵材料、非鐵金屬和非金屬材料的強化機理、性能特點和工程應用并重。（3）材料的選擇和應用包括：常見工程材料及零件的失效形式、選材基本原理及方法、工藝路線的制定及分析，特別著重講授熱處理工藝的實際應用。其中，第一部分注重理論基礎，第二部分注重理論與應用并重，第三部分注重理論聯系實際的工程應用[2]。但在實際教學過程中，往往由于教材編排偏重原理和教師講授力求學生原理清晰這兩個原因，造成最后一部分教學時數不足甚至嚴重不足，學生實踐能力差。為了解決這一問題，工程材料及熱處理教學團隊與機械制造基礎教學團隊進行了多次聯合研討，確定了兩門課程中內容重疊的相關知識點，進行了合理的教學分配，對工程材料及熱處理課程知識點進行了精簡，同時為第三部分教學內容添加了3個課時的案例教學，并在此基礎上修改了教學大綱，組織相關教師集體學習了新大綱，教師在講授課程時更要注重培養學生利用課程知識解決工程問題的能力，這使得學生理論聯系實際的能力得以加強。

二、教學方法改革

工程材料及熱處理課程內容繁多，并且科學性、系統性和實用性相結合，授課難度大，進行卓有成效的教學方法改革是改善授課效果的關鍵一環。課題組首先最重視的是學生對課堂的要求，“一切以學生為本”，在多個年級、多個課堂采用問卷調查的方式了解當前學生對教師教學方法的需求、意見及建議。其次在充分調查的基礎上確立了“生動、高效”的原則，在這一原則的指導下統一采用了多媒體教學。多媒體課件統一采用教學名師制作的電子課件，并補充精選的一部分精品開放課件、Flash視頻、PPT特色課件等，使得整個授課過程圖文并茂、生動形象、信息量大。再次在教學過程中注重互動，不斷研討如何更有效的采用討論式、啟發式及案例式教學方法等。例如，針對“合金結構鋼及其應用”這一知識點，教師設計了“表格填空式教學方案”，設計表格如表1所示。其中A1—A5、……、E1—E5各項為空格，A、B、C、D、E各項具有內在聯系，A1—A5連續變化或者有一定的關系。將表格制作為PPT課件，A、B、C、D、E各項空白的表格1可以在學習本知識點前向學生展示，使得學生的預習更有條理；也可以在學習中向學生展示，此時將已經講授過的部分填充好相應內容，大部分學生可以根據已填好的內容，回答出未填充處應該填什么，以增強師生的教學互動；還可以在學習后展示已經填充好所有內容的表格1，增強學生對這部分知識的整體認識，強化學習效果。通過在整個教學過程中不斷閃現表格1的PPT課件，大部分學生反映他們已經在不知不覺中將“合金結構鋼及其應用”這一知識點所有的重要內容綜合在一起，實現了理解記憶并易于融會貫通。

三、實驗教學改革

工程材料及熱處理課程原實驗教學大綱設置了金相顯微鏡使用及金相試樣制備、鐵碳合金平衡態組織的顯微分析、碳鋼的熱處理、金屬材料的硬度試驗四個實驗項目（共計8實驗課時），而工程材料熱處理課程僅提供了4個課內實驗課時，最多只能完成兩個實驗項目，因此需要對實驗教學項目進行合理選擇與分配。經過課題組的討論與研究，金相顯微鏡的使用及金相樣品制備/鐵碳合金平衡狀態組織的顯微分析兩個項目為基礎的驗證性實驗，教學過程簡單，以“教師講解、示范→學生按照示范實驗”的過程進行，授課教師可以自由選擇一個教學。對碳鋼的熱處理/金屬材料的硬度試驗兩個實驗，則要求授課教師統一開設了碳鋼的熱處理實驗這一綜合性實驗。碳鋼的熱處理綜合性實驗開放度高、工作量大并且富有挑戰性，學生需要在實驗前兩周內組隊、提交實驗方案和實驗申請，授課教師需要在實驗前一周內對實驗方案進行審閱，將修改意見及時反饋給學生。方案合格的學生方可進入實驗室按照流程完成實驗。

四、綜合考核方案改革

工程材料及熱處理課程原綜合考核方案為：期末閉卷考試占70%，課內實驗占10%、平時作業占10%、課堂出勤占10%。對本課程而言，這一考核方案的弊端在于閉卷考試分值所占比重較大，閉卷考試注重學生對概念、原理的理解和記憶，難以有效考察學生的實踐動手能力，因此本項目在四年間，從如下幾個方面對綜合考核方案進行了改革：首先，2011—2013級學生在保持原綜合考核方案的基礎上，在閉卷考試中多設計了開放性考題，考題的答案并不唯一，而是側重于考察學生是否可以靈活運用所學知識以及運用理論知識解決實際問題的能力。其次，從2014級學生開始，改革綜合考核方案，降低閉卷考試分值比，將考試所占分值降低至50%，提高實踐考察分值比，考察中加入新的內容——“綜合性作業”，綜合性作業包括相關的開放性實驗、相關大學生創新大賽、相關科技創新（包括知識產權、科技論文等），分值占20%。同時，對工程材料及熱處理非標準化考試模式的探索貫穿于整個項目的實施過程中。

五、教改效果

我校工程材料及熱處理課程教學改革從2011級機械制造及其自動化、車輛工程等專業開始實施至今，已有四屆超過1800個學生參與。通過課程考核結果、相關實習環節表現、畢業設計及就業單位的相關反饋，本教學改革切實提高了學生利用課程知識解決工程問題的能力，學生合理選用材料并正確制訂零件加工工藝路線的能力得以提高。

參考文獻：

[1]高為國，董麗君，吳安如，覃波.“機械工程材料”課程中創新能力的培養[J].中國大學教學，2011，（11）：43-45.

[2]陳國新.《工程材料及熱處理》課程教學研究[J].邵陽學院學報（社會科學版），2008，（S1）：64-66.