關于《工程材料》課程教學的使命探討

郭娜娜，殷鳳仕，孫金釗，尹文紅，王洪濤，姜學波，王兆君，于文強，朱建

(山東理工大學 機械工程學院，山東 淄博)

一 引言

《工程材料》課程是以機械工程、交通運輸工程以及農業工程等裝備設計與制造領域為應用背景，面向機械、交通和農機等機械類本科專業所開設的一門技術基礎課程。該課程內容包含了材料類專業的《材料科學基礎》《金屬熱處理原理》《金屬材料學》等多門專業課知識，是一門理論性很強的課程。對非材料類的專業學生來說，在學習《工程材料》課程時，普遍感覺內容抽象、概念多、不容易理解，尤其是對《工程材料》課程的學習目的不明確，學習的動力不足。我們教學團隊為提高教學質量，在課堂教學過程中融入思政內容[1]，開展綜合性實驗教學[2]等方法，并在智慧樹平臺完成了在線課程的建設情況，取得了較好的效果，目前已經有江蘇大學、沈陽工業大學、內蒙古工業大學等19 所學校學生選擇該課程進行教學，如圖1 所示。為進一步加深學生對《工程材料》課程學什么和為什么學的理解和認識，提高學生學習的主動性和趣味性，從而提高教學質量，本文根據《工程材料》課程的教學內容和目的，探討了該課程的教學使命，以最簡練的語言來描述，并通過課程內容、教學方法及評價方式的設計等完成三個教學使命。

二 課程教學的使命

《工程材料》課程的主要內容包括材料的結構、材料的性能、材料的凝固與相圖、金屬塑性變形與再結晶、材料中的相變與熱處理技術、表面技術、合金化原理以及常用工程材料的成分、組織和性能特點及應用[3,4]。材料的成分、組織結構、加工工藝與性能之間的關系規律，是貫穿在《工程材料》課程的一條主線，是隱藏在工程材料中的科學原理，是工程材料中的奧妙之所在，是認識材料、選擇材料和用好材料的理論基礎，重要但不容易掌握，需要學生在學校過程中不斷地總結、歸納。因此，《工程材料》課程教學的第一個使命就是讓學生探索工程材料中的這些科學原理，用“探索工程材料奧妙”來描述。

圖1 智慧樹平臺工程材料課程選課情況

《工程材料》課程教學內容中的熱處理技術、合金化技術、表面技術以及常用工程材料是根據工程材料中的科學原理發展出的用于解決工程實際問題的各種應用技術。通過這些技術的應用，可以控制工程材料的性能，滿足不同使用環境的需要。因此，通過學習工程材料，不僅可以掌握工程材料中的科學原理，還可以利用這些科學原理進一步控制工程材料的性能。因此，《工程材料》課程教學的第二個使命是讓學生掌握這些材料的改性技術，用“掌控工程材料性能”來描述。

裝備制造業以機械、汽車、船舶、航空航天為主，同時涉及冶金、能源、化工、信息等多種國民經濟的重要行業[5,6]。在裝備設計與制造過程中，材料的選擇與應用是需要考慮的基礎和重要因素，特別是在高端裝備制造領域，材料的性能往往是整個裝備實現高性能化的限制性環節。因此，作為裝備設計與制造領域的大學生，未來能否選好、用好材料是決定高端裝備制造水平的關鍵因素。因此，學好《工程材料》課程可以“助力高端裝備制造”，這是《工程材料》課程教學的第三個使命。

三 課程教學使命之間的關系

“探索工程材料奧妙”就是探索材料的成分、組織結構、加工工藝與性能之間的關系規律，即探索工程材料中隱藏的科學原理；“掌控工程材料性能”是利用工程材料中隱藏的科學原理發展的材料改性技術，即熱處理技術、合金化技術、表面技術等控制材料的性能，滿足不同環境條件下的服役要求；掌控了工程材料性能，有助于解決高端裝備制造中存在的材料問題。可見，“探索工程材料奧妙”是“掌控工程材料性能”的基礎，“助力高端裝備制造”是“掌控工程材料性能”的目的。

圖2 智慧樹平臺課程信息

四 課程教學使命符合《工程材料》課程教學的目的

《工程材料》課程教學的宗旨是使非材料類專業的本科生能在較少學時的教學過程中建立起材料科學與工程的總體思維方式，不僅要掌握有關材料性能的基本概念，更重要的是建立一種性能與成分、組織結構以及加工工藝之間相互關聯的概念，強化宏觀與微觀相互關系的觀念，從而為其選擇材料并使用該材料達到最佳性能提供一個總體思路[3]。

工程材料課程是機械類和近機械類各專業的重要技術基礎課，課程的目的是使學生獲得工程材料的基本理論知識，掌握材料的成分、組織結構、加工工藝與性能之間的關系，了解常用材料的應用范圍和加工工藝，初步具備合理選擇材料、正確確定加工方法、妥善安排工藝路線的能力[3]。

“探索工程材料奧妙”就是探索材料的成分、組織結構、加工工藝與性能之間的關系規律，就是工程材料的基本理論知識；“掌控工程材料性能”不僅是掌握常用材料的性能，而且還提出控制材料性能，可以使學生進一步具備合理選擇材料、正確確定加工方法、妥善安排工藝路線的能力。可見，本文提出的《工程材料》課程教學的使命，不僅符合《工程材料》課程教學的目的，還在原有基礎上有所提高。

表1 部分教學內容學習目標、教學方法和手段以及作業的詳細設計情況

五 課程教學的實施

如何進行課程內容、教學方法及評價方式的設計是完成工程材料課程三個教學使命的關鍵。該課程已在智慧樹平臺完成了在線開放課程的建設（https://coursehome.zhihuishu.com/courseHome/2069141#teachTeam），如圖2 所示為工程材料課程在智慧樹平臺的課程信息。因此該課程采用“線上線下”相結合的教學模式進行[7,8]。此外，明確各章節的教學目標并設計教學方法和手段，如表1 所示為部分教學內容學習目標、教學方法和手段以及作業的詳細設計情況。通過小組討論、PPT 講述、案例分析等多種方式讓學生更多的參與到教學的各個環節中。同時課程講授中融合思政元素，將搜集到的課程思政素材如重大工程中出現的材料問題、生活生產中的先進材料以及材料領域領軍人物等融入到相應章節的講授中，促進以上教學的實施設計合理的評價方式是極其關鍵的，在評價環節中更注重過程評價，因此增加平時成績占比，包含：作業、出勤和課堂參與度（30%）+小組PPT 講述（30%）+案例分析（30%）+（課前知識回顧10%）四個部分，并細化各個考核指標的評價標準，如表2 所示。其中PPT 講述部分的成績由其余小組同學互相打分獲得。

表2 案例分析評價標準

六 結語

本文根據《工程材料》課程教學的內容和目的，提出了用“探索工程材料奧妙，掌控工程材料性能，助力高端裝備制造”三句話概括《工程材料》課程的教學使命，來加深學生對《工程材料》課程學什么和為什么學的理解和認識，從而提高學生學習的主動性和趣味性。我們教學團隊在建設在線開放課程時，將這三句話放在了教學視頻的片頭，進一步加深了學生對《工程材料》課程使命的認識。