《機械工程材料及成型基礎》課程改革與探索

楊興文 涂琴 李強

【摘 要】新工科建設對《機械工程材料及成型基礎》課程提出了更高的要求，本文分析了課程目前的現狀，并從教學理念、教學內容、教學方式、考核方式等方面改革進行了探索，以期通過該課程的改革，切實改變學生對本課程長期形成的“死記硬背”的偏見，使學生由傳統的“被動式學習、書本式學習”向“主動式學習、快樂式學習”轉變，讓學生在課程的學習過程中實現知識和能力的雙提升。

【關鍵詞】教學理念；教學內容；翻轉課堂；藍墨云班課；考核方式

中圖分類號： G434；R47-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0091-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.044

【Abstract】The new engineering project puts forward higher requirements for the course of 《Mechanical Engineering Materials and Forming Foundation》，The article analyzes the current situation of the curriculum and explores reforms in teaching philosophy， teaching content， teaching methods， assessment methods.The long-standing “memory” prejudice of the course will be changed with a view to reforming this course， The concept of students has been transformed from traditional “passive learning， book-style learning” to “active learning， happy learning” Finally students can achieve a double improvement in knowledge and ability during the course of study.

【Key words】Teaching philosophy；Teaching content；Flip classroom；Moso teach；Assessment method

為適應現代工業發展的需要，2017年初教育部在復旦大學召開了綜合性高校工程教育發展戰略研討會，達成了“新工科建設復旦共識”[1]。這標志著我國的工程教育已進入到新工科建設的新階段。機械類學科作為綜合性要求較高、包容性較強的學科代表，理所當然的成為了新學科專業建設的先期試點學科[2]。而《機械工程材料及成型基礎》作為機械類專業學生的專業核心課程之一，該課程的教學內容及教學方式已無法滿足新時代對現代機械類新工科大學生的培養要求，基于此，筆者以所在學校中原工學院《機械工程材料及成型基礎》課程改革項目為例，對其新時期教學改革進行了研究與探索。

1 目前課程的現狀

由于國內一直存在“重理論，輕實踐，重設計，輕工藝”的思想[3]，再加上培養計劃修訂，《機械工程材料及成型基礎》教學學時已從最初的170學時縮減至60學時直至現在的45學時。其中理論教學學時37學時，內容卻涵蓋了金屬學、熱處理工藝、金屬材料、非金屬材料及新型材料、材料成型方法基礎等五門材料專業課核心知識；實驗學時8學時，主要包括金屬材料硬度實驗、鐵碳合金平衡組織觀察、碳鋼的熱處理（綜合實驗）等三個驗證性實驗。課程的突出特點呈現“三多一少”[4]，即內容頭緒多、原理規律多、概念定義多、理論計算少，故大多數學生學習時認為本課程枯燥、繁雜、抽象，學習興趣不高；為完成教學任務，主要采用“填鴨式教學”，教學效果較差；教學過程中與工程實際應用聯系不多；講授時在常用金屬材料性能及熱處理“四把火”內容上用的學時較多，往往忽視了當前發展迅速的非金屬材料、新型材料及新型工藝方法，教學內容已略顯陳舊；學生在課堂上只限于被動接受知識，運用知識解決問題的能力嚴重缺乏。以上是課程學習過程中存在的現狀，亟待解決。

2 教學理念的探索與改革

該課程為機械類專業學生的專業核心課程，絕大多數學生為獲得好成績多采用死記硬背的方式，導致對知識的掌握不求深度，知其然而不知其所以然，課程結束一段時間后幾乎已沒有印象。因此教學改革過程中首先要探索教學理念的改革，改變學生對該課程長期以來形成的“死記硬背”的偏見。在教學過程中，應更加注重學生工程意識、工程思維、創新意識的培養，適當淡化死記的知識。可將我校機械類學生參加的全國大學生工程訓練綜合能力大賽及全國大學生機械設計創新大賽（這兩個比賽每兩年舉行一次，交替進行）與《機械工程材料及成型基礎》課程相對接，從而激發學生的學習熱情，在講授過程中不再孤立的去傳授課本知識，而是要去培養、考察學生在學習知識后對知識的實際應用能力。教學理念由教學生單純性的知識向通過課程與比賽相結合的方式以提高學生的實際應用能力、工程意識、工程思維轉變。以大學生工程訓練綜合能力大賽中無碳小車的選材問題為例，使學生帶著問題去學習該課程，并在課程學習完成之后能很好的解決實際難題；學生在課程的學習過程中不僅獲得專業知識的積累，更重要的是能夠在腦海中逐漸的建立工程意識、工程思維、創新意識的思想。在平時的授課過程中更多的去引入與工程材料及成型相關的工程實例，來拓展學生的學習視野，再配合“翻轉課堂”新的教學模式，啟發學生形成自主學習，促使學生的學習模式由傳統的“被動式學習、書本式學習”向“主動式學習、快樂式學習”轉變。

3 改革傳統的課程教學內容

《機械工程材料及成型基礎》課程內容的改革和調整已迫在眉睫，傳統的教學內容以工程材料為主，其中金屬材料及熱處理工藝等知識所占比重極大，占整個課程的60%以上，而對非金屬材料、高分子材料講述較少，新型材料、新工藝等內容更是只字片語。但在實際的生產過程中，非金屬材料、高分子材料的使用量在逐年增加，甚至在某些領域，金屬制造的機械零件已完全被非金屬材料、高分子材料所取代。因此教學內容需要及時調整，按照“實用為度”要求，修訂教學大綱，刪除某些對機械類學生來說比較抽象、難懂的金屬學理論內容（如晶體結構、相等晦澀難懂理論知識，機械類學生了解即可）；刪減金屬材料、熱處理工藝等內容的課時，弱化金屬材料成分、元素作用講解，突出對金屬材料應用的講授；適當的增加目前應用較多的無機非金屬材料、高分子材料內容，安排4-6學時；在課時允許的前提下，注重新材料（碳纖維、復合材料、納米材料）、新工藝（金屬3D打印、激光加工）內容的講授，安排3-4學時，使學生接觸到當前最新、最前沿的材料、工藝技術，開闊學生視野，增加學生對課程的學習興趣。改革延續多年的8個學時的實驗教學，目前開設的三個實驗均為驗證性實驗[5]，不能充分調動學生的積極性，激發其自主探索和創新的能力。考慮將實驗改革為基本技能實驗、綜合實驗、研究性實驗三個層次，基本技能實驗主要為硬度實驗與鐵碳合金組織觀察，使學生對工程材料的力學性能及組織有基本了解；綜合實驗讓學生從給定的零件中去選擇某一零件，之后根據選擇的零件去合理選材并制定其熱處理工藝，提升學生選材用材的綜合能力；研究性實驗可以與教師在研的項目相結合，激發學生進行更深層次的學習和研究。

4 引進新的教學方式

教學方式的好壞直接關系到教學效果，但由于《機械工程材料及成型基礎》課程性質所決定，教師普遍采用“滿堂灌”的方式，教學手段也僅限于PPT講解，甚至部分教師PPT中的動畫部分都極少，全是晦澀難懂的專業文字或圖表，學生普遍的反響較差。為解決這一問題，筆者建議利用先進的教學手段去優化教學方法，首先在講授時要貫穿“材料成分-結構-組織-性能-應用-加工方法”主線，將孤立內容有機聯系起來，讓學生理解每節課之間是有很強的相互聯系性，而非割裂的，只能死記硬背的；其次充分利用目前比較流行的慕課、藍墨云班課等網絡教學手段，開展“翻轉課堂”新的教學模式[6-7]，前期對眾多的慕課資源篩選，課前給學生布置網上學習的內容，課上準備相關問題讓學生回答的方式來檢驗學生的學習質量，此種方式可有時間給學生們講解更多的工程實例，大大增加課堂內容的豐富性和高效性；同時在講授環節可開設3-4次翻轉課堂討論課，利用“藍墨云班課”的頭腦風暴功能開展，改變傳統課堂教學“以教師為中心”的教學模式，形成以“學生為中心”，以生為本，以學為本，圓滿的完成教學目標；例如在開展“工程材料應用”翻轉課堂討論時，可將每個班分四個組，兩個小組討論某一類金屬材料應用時另外兩個小組的學生作為觀眾和裁判，而教師只起到組織和總結的作用；此方式可激發學生課堂學習的主動性和興趣，大大提高到了學生的參與度和學習熱情，使得教學效果事半功倍。另外改革傳統的PPT講課方式，采用focusky軟件制作詳實生動高效的新課件，該軟件可以實現PPT的3D無限旋轉、縮放、移動的切換，讓PPT的演示更出彩，抓住了學生的興趣點，以期教學效果能有質的提升。

5 改革陳舊的考核方式

考核既是對學生學習效果的考核，也是對教師教學質量的檢驗，因此考核方式要具有科學性、客觀性、多元性。傳統的“一考定成績”或者“平時成績+期末成績”多具有片面性，無法真實反應學生的學習水平和學習效果，筆者通過查閱眾多的文獻資料及結合實際的教學經驗，考慮將學習成績量化到學生學習的每個過程中，即考核方式由之前的平時成績（30%）和期末考試成績（70%）改革為平時課程作業成績（10%）、課堂討論成績（10%）、網絡成績（慕課+藍墨云班課，10%）、實驗成績（10%）、小論文（10%）及期末考試成績（50%）綜合評定。

6 結語

本次課程改革通過對其教學理念、教學內容、教學方式的探索，相信會給《機械工程材料及成型基礎》這門課程的講授帶來新的生機和全新的教學及學習體驗，這不僅僅需要教師對課程的改革付出巨大的努力，更需要學生的積極參與、有效的配合，尤其在教學內容的修訂上，以及教學方式上引進的“慕課”及“藍墨云班課”等翻轉課堂新教學模式的大膽嘗試是否能取得預期效果，真正的點燃學生的學習熱情，提高學生工程實際應用能力，還需要經過實踐長期的檢驗。

【參考文獻】

[1]周崇松，劉卉，何篤貴，等.新工科背景下《計算機在專業中的應用》課程教學改革實踐[J].山東化工，2017，46（16）：180-180.

[2]羅洪峰，史留勇，林茂.機械工程材料教學創新與改革[J].教育教學論壇，2017（4）：143-144.

[3]黃根哲，朱振華，于化東，等.大工程背景下工程材料與機械制造基礎系列課程存在的主要問題和解決方案[J].教育教學論壇，2016（32）：216-218.

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[5]曾美琴，陳靈，鄒敢鋒，等.《機械工程材料綜合實驗課》的教學改革及實踐[J].北京大學學報（哲學社會科學版）， 2007，Vol.44（s2）：101-103.

[6]譚春蘭.基于藍墨云班課的翻轉課堂教學改革實踐[J].物流工程與管理，2016，38（6）：219-220.

[7]李波，張從陽，王文浩，等.基于慕課背景下混合教學模式研究與探索—以《機械工程材料》課程為例[J].教育教學論壇，2017（15）：180-181.