基于核心素養的工程材料課程教學實踐

羅 蓉

(廣東理工學院，廣東 肇慶526100)

0 前言

學生發展核心素養主要是指學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。中國學生發展核心素養的總體框架分為文化基礎、自主發展、社會參與三個方面，綜合表現為六大素養和十八個基本點。《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人任務的意見》中，明確指出“各級各類學校要從實際情況和學生特點出發，把核心素養和學業質量要求落實到各學科教學中。”

1 工程材料課程核心素養的思考

工程材料課程是高等院校機類專業的一門十分重要的技術基礎課，由于能源、材料和信息是現代化社會和現代科學技術的三大支柱，學習并掌握工程材料的基本知識，對于工科院校機械類專業的學生是十分必要的。在教育部提出的“核心素養體系”下，培養學生的工程材料學科核心素養，具有重要性和緊迫性。在滿足學生的發展需求的前提下，結合具體的教學實例進行了學科核心素養的思考。教師在教學中應緊密聯系學生生活創設生活化的學習情境；在體現“興趣導向”的基礎上推廣自主探究的學習方式和討論參與的教學方式；提煉和精選課程內容；綜合實驗加深宏觀認識和微觀辨析；提高綜合素質培養創新人才；利用社會公共資源拓展實踐教學。

2 工程材料課程教學實踐

2.1 緊密聯系學生生活創設生活化的學習情境

在硬度的學習中，引入生活中的“軟硬”概念，提問學生如何判斷物體的軟和硬。學生通過積極思考，提出手捏、腳踩、牙咬、頭撞、指甲掐、榔頭敲、拳頭打等很多方法，教師積極引導：當使用這些方法后，得到了什么樣的結果? 循循善誘后最終探討出硬度的概念和判斷方法。因為創設了生活化的學習情境，知識點淺顯易懂，學生記憶深刻。

硬度有不同的測試方法，直接給出不同材料的硬度值，知識點顯得生硬，學生們覺得無所適從，如果聯系學生生活經驗給出不同零件材料的硬度，效果就不同了。例如給出硬度值：車床主軸整體硬度240HBS，模具鋼 Cr12MoV 硬度 82.8HRA，變速齒輪齒面硬度60HRC，變速齒輪心部硬度377HV，要求對零件材料的硬度排序，先引導學生根據生活經驗進行分析比較，然后給出“硬度表”讓學生自己找尋答案，事先不講解查表方法，考察學生的查表能力。有了聯系生活經驗的例題，學生們再根據以往的學習經驗自己摸索出查表方法，經過判斷分析找到了問題的答案，學習的收獲感和滿足感大大提高。

注重學生的認知水平，把握學生認知規律是一切教學活動的出發點，緊密聯系學生生活創設生活化的學習情景最直觀體現了這個出發點。教師在日常教學活動中應把此教學方法貫穿始終。

2.2 以“興趣導向”推廣自主探究教學方式

《工程材料》課程中，“有色金屬及其合金”的“銅及銅合金”的學習中，學習了青銅的化學成分、力學性能和用途。本地的鼎湖山上有寶鼎園，園中設有九龍寶鼎、獸面紋方鼎、大禾方鼎、龍紋鼎、秦公鼎、四聯鼎、世紀寶鼎、澳門寶鼎、香港寶鼎。基于此，布置體現“興趣導向”的教學項目，讓學生們去爬本地的鼎湖山，搜集關于鼎的知識并寫一篇以鼎的材料為主要內容的文章。經過自主探究，學生們搜集到了很多關于鼎的材料-青銅的知識。再通過分組討論，全班參與的方式，學生們對青銅材料的認識更加深刻了。通過自主探究學習和討論參與教學活動，學生除了掌握了青銅的成分、性能、工藝及用途，還對鼎文化、 青銅文化有了更深刻的認識，激發愛國主義情懷，堅定愛國信念。

在講解普通碳素結構鋼的用途時，提到很多方面的用途，例如，工程結構方面：橋梁、高壓線塔、金屬構件、建筑構架等；機器零件方面：鉚釘、軸套、鏈輪、拉桿、小軸活塞銷、輕軌魚尾板、板帶、鏈條的滾子、摩擦片等。用途范圍非常廣，沒有實踐工作經驗的學生對很多工程結構和機器零件很陌生，不知道其結構和功能，以往的教學經驗是教師采取圖文并茂的方式講解。基于發展學科核心素養的理念，教師采取預先布置體現“興趣導向”的教學項目的形式，讓學生自主探究各結構件和機器零件的特點和用途，在課堂教學中，基于本階段教學內容廣而淺顯的特點，邀請學生參與到課堂講解中，把課堂交給學生，提高學生的學科興趣，增強專業自豪感。并以此教學實踐為學科考核內容之一，實現學科考核方式多元化。

“興趣導向”是本教學實踐的特色，立足工程材料課程特點，激勵學生對本學科產生興趣和熱愛。

2.3 提煉和精選課程內容

在講解金屬材料的力學性能-強度時，低碳鋼拉伸實驗的應力-應變曲線具有典型意義，學生們需要掌握彈性極限、 屈服極限和強度極限這三個強度指標。屈服階段載荷基本保持不變，變形持續，屈服階段是波動變化的，在處理屈服極限數據的時候就涉及到了上屈服極限和下屈服極限，這屬于屈服極限的細化內容。這部分知識對于學生來講偏多了。

在講解鐵碳合金相圖時，需理解記憶的知識點較多，其中的滲碳體相是重要的金屬化合物相，結構復雜，根據生成條件不同形態多樣，對鐵碳合金的力學性能有很大的影響，認識掌握滲碳體相具有一定的難度。在鐵碳合金相圖中，滲碳體根據來源不同分為三類，一次滲碳體Fe3CⅠ、二次滲碳體Fe3CⅡ、三次滲碳體Fe3CⅢ，分別為從液態中析出、從奧氏體中析出、從鐵素體中析出。這部分知識對于學生來講偏深了。

針對學生特點，提煉精選知識內容，做到難易適度，避免內容偏多、偏深。在教學實踐中可以根據實際情況對這兩部分內容作簡化或刪減處理。教學中的教，在這部分教學實踐中占主導地位，通過老師的引導，學習的知識點易懂易記，學生極大地增強了學習信心。

2.4 綜合實驗加深宏觀認識和微觀辨析

工程材料的組織、 結構和性能以及它們之間的關系是本課程學習的主線，所以掌握材料的組織結構特點是基本要求。教材中有很多深入淺出的講解，這遠遠不夠，開展緊密結合教材的綜合實驗可以提高對工程材料的組織結構的理解和掌握。學科特點決定了材料的宏觀認識和微觀辨析缺一不可。

低碳鋼的拉伸實驗中，低碳鋼在拉伸載荷作用下有明顯的變形過程：塑性伸長、頸縮出現、斷口形成，通過參與實驗過程、觀察實驗現象，測量實驗數據、琢磨實驗樣品，對典型工程材料低碳鋼的宏觀認識形成了牢固的記憶。

鐵碳合金平衡組織分析實驗中，使用金相顯微鏡，觀察工業純鐵、45# 鋼、T8 鋼、T12 鋼、亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵的顯微組織，研究組織特征，并聯系鐵碳合金相圖分析其組織形成過程，通過對鐵碳合金的平衡組織的微觀辨析，牢牢地掌握鐵碳合金平衡組織特點。

理論教學和實踐教學結合是現代教育的必備教學方法，實驗是實踐教學的最突出呈現方式。要牢固掌握工程材料“成分-組織-性能”的學習主線，開展綜合實驗是最直接高效的教學實踐。

2.5 提高綜合素質培養創新人才

工程材料的選擇是一項比較復雜的技術工作，在學習完工程材料課程后，學生掌握了必要理論知識，但是由于缺乏工程實踐經驗，所以需要對選材進行初步練習，培養綜合分析和判斷的能力。例如制造高速切削刀具，有三種材料可供選擇：W6Mo5Cr4V、T8、P20。在考慮材料選擇時，需要考慮刃具的工作條件，刃具的失效形式，刃具材料的性能要求，已知材料的性能要求。同時還要遵循機械零件選材的基本原則［1］：使用性能原則，工藝性能原則，經濟性原則，環境協調性原則。本例題的選材難度不大，學生們完全可以通過所學的知識作出正確的分析和選擇。通過大量的選材實例練習，培養了全面考慮問題的能力，提高了綜合素質，朝著培養創新人才的育人目標不斷前進。

2.6 利用社會公共資源拓展實踐教學

充分利用社會公共資源—市科技館進行課程教學實踐是具有拓展性意義的。在本學科的基礎上布置教學實踐任務時，要針對工程材料課程特點明確任務的方向和內容。

例如，雙錐體上滾現象，教學實踐的內容是思考雙錐體和軌道的材料和結構，科技館里雙錐體外表面采用高分子材料，內部采用金屬材料；軌道采用不銹鋼。學生通過觀察和思考，結合物理知識，分析出材料采用的原因，進一步思考替代材料的選擇。雙錐體和軌道不是工程材料應用范圍內的典型結構，但作為學科外延性知識，鼓勵學生積極思考并且以教學任務的形式明確布置下來是必要的。

教學實踐的主要完成地點雖然是在市科技館，但不拘泥于此，鼓勵學生們利用規模更大的社會公共資源開展學科教學實踐，拓展學科視野。

3 教學實踐實施效果

把對學生進行核心素養的培養落實到教學實踐中，起到了顯著的效果。教師在日常教學活動中緊密聯系學生生活創設生活化的學習情境，因為和生活息息相關，學科重要性深深扎根在學生的心里，學生建立起“要學，更要學好”的牢固學科觀念。豐富多彩的以“興趣導向”為基礎的學習方式和教學方式，增強了學生的學習興趣。提煉和精選課程內容，幫助學生規避高難度系數知識點，在學習的漸進過程中，保證了學生的持久學習能力。工程材料課的綜合實驗具有獨特的學科特點，強化了學生的學科視角。課程的選材練習，難度高綜合性強，大大增強了學生的綜合能力，培養了學生的創新性。社會公共資源被引入到教學實踐中，教學活動在空間和時間上得以擴展，學生的學科視野更加廣闊。

4 結束語

在素質教育持續深化背景下，進行了工程材料課程教學實踐。教師在教學中應遵循德育為先、能力為重、全面發展的教育理念，要注重課程教學實踐，著力培養學生的工程材料學科核心素養，發揮學科獨特的育人優勢，全面提高學生的綜合素質。