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工程材料与热处理课程教学改革和实践

摘要：本文针对我校工程材料及热处理课程教学中的现状及不足,从课程教学内容、教学方法、实验教学、综合考核方案四个方面对工程材料及热处理课程进行了教学改革.四年的教改实践表明,学生利用课程知识解决工程问题的能力得到了提高.

关键词：工程材料及热处理；教学改革；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）28-0166-02

工程材料及热处理是普通高校机械类/近机械类专业的一门重要专业基础课,我校机械设计及其自动化、车辆工程等多个专业（年均超450人）开设了本课程.课程要求学生熟练掌握工程材料的基本理论及其基础知识,熟悉材料的“成分—组织结构—加工工艺—性能与应用”之间的相互联系和变化规律,掌握常见材料的性能、应用范围及热处理工艺,初步形成根据零件的工作条件/性能要求合理选用材料并正确制订零件加工工艺路线的能力[1].本课程内容多、概念多、术语多、分散性大、系统性差,学生学习困难,难以实现理论联系实际.笔者结合近年来的教学实际,对工程材料及热处理课程教学改革做出了积极探索.

一、教学内容改革

工程材料及热处理课程原教学内容由如下三个部分组成：（1）工程材料的基础理论知识包括：材料结构与凝固、材料的性能、二元合金相图及铁碳合金、钢的热处理,着重介绍工程材料的基本概念、基础理论以及之间的关系及其影响规律.（2）主要机械工程材料的“成分—组织结构—性能”和应用包括：常见的工业用钢、铸铁、非铁金属、非金属材料等,在课程讲授中,注重钢铁材料、非铁金属和非金属材料的强化机理、性能特点和工程应用并重.（3）材料的选择和应用包括：常见工程材料及零件的失效形式、选材基本原理及方法、工艺路线的制定及分析,特别着重讲授热处理工艺的实际应用.其中,第一部分注重理论基础,第二部分注重理论与应用并重,第三部分注重理论联系实际的工程应用[2].但在实际教学过程中,往往由于教材编排偏重原理和教师讲授力求学生原理清晰这两个原因,造成最后一部分教学时数不足甚至严重不足,学生实践能力差.为了解决这一问题,工程材料及热处理教学团队与机械制造基础教学团队进行了多次联合研讨,确定了两门课程中内容重叠的相关知识点,进行了合理的教学分配,对工程材料及热处理课程知识点进行了精简,同时为第三部分教学内容添加了3个课时的案例教学,并在此基础上修改了教学大纲,组织相关教师集体学习了新大纲,教师在讲授课程时更要注重培养学生利用课程知识解决工程问题的能力,这使得学生理论联系实际的能力得以加强.

二、教学方法改革

工程材料及热处理课程内容繁多,并且科学性、系统性和实用性相结合,授课难度大,进行卓有成效的教学方法改革是改善授课效果的关键一环.课题组首先最重视的是学生对课堂的要求,“一切以学生为本”,在多个年级、多个课堂采用问卷调查的方式了解当前学生对教师教学方法的需求、意见及建议.其次在充分调查的基础上确立了“生动、高效”的原则,在这一原则的指导下统一采用了多媒体教学.多媒体课件统一采用教学名师制作的电子课件,并补充精选的一部分精品开放课件、Flash视频、PPT特色课件等,使得整个授课过程图文并茂、生动形象、信息量大.再次在教学过程中注重互动,不断研讨如何更有效的采用讨论式、启发式及案例式教学方法等.例如,针对“合金结构钢及其应用”这一知识点,教师设计了“表格填空式教学方案”,设计表格如表1所示.其中A1—A5、……、E1—E5各项为空格,A、B、C、D、E各项具有内在联系,A1—A5连续变化或者有一定的关系.将表格制作为PPT课件,A、B、C、D、E各项空白的表格1可以在学习本知识点前向学生展示,使得学生的预习更有条理；也可以在学习中向学生展示,此时将已经讲授过的部分填充好相应内容,大部分学生可以根据已填好的内容,回答出未填充处应该填什么,以增强师生的教学互动；还可以在学习后展示已经填充好所有内容的表格1,增强学生对这部分知识的整体认识,强化学习效果.通过在整个教学过程中不断闪现表格1的PPT课件,大部分学生反映他们已经在不知不觉中将“合金结构钢及其应用”这一知识点所有的重要内容综合在一起,实现了理解记忆并易于融会贯通.

三、实验教学改革

工程材料及热处理课程原实验教学大纲设置了金相显微镜使用及金相试样制备、铁碳合金平衡态组织的显微分析、碳钢的热处理、金属材料的硬度试验四个实验项目（共计8实验课时）,而工程材料热处理课程仅提供了4个课内实验课时,最多只能完成两个实验项目,因此需要对实验教学项目进行合理选择与分配.经过课题组的讨论与研究,金相显微镜的使用及金相样品制备/铁碳合金平衡状态组织的显微分析两个项目为基础的验证性实验,教学过程简单,以“教师讲解、示范→学生按照示范实验”的过程进行,授课教师可以自由选择一个教学.对碳钢的热处理/金属材料的硬度试验两个实验,则要求授课教师统一开设了碳钢的热处理实验这一综合性实验.碳钢的热处理综合性实验开放度高、工作量大并且富有挑战性,学生需要在实验前两周内组队、提交实验方案和实验申请,授课教师需要在实验前一周内对实验方案进行审阅,将修改意见及时反馈给学生.方案合格的学生方可进入实验室按照流程完成实验.

四、综合考核方案改革

工程材料及热处理课程原综合考核方案为：期末闭卷考试占70%,课内实验占10%、平时作业占10%、课堂出勤占10%.对本课程而言,这一考核方案的弊端在于闭卷考试分值所占比重较大,闭卷考试注重学生对概念、原理的理解和记忆,难以有效考察学生的实践动手能力,因此本项目在四年间,从如下几个方面对综合考核方案进行了改革：首先,2011—2013级学生在保持原综合考核方案的基础上,在闭卷考试中多设计了开放性考题,考题的答案并不唯一,而是侧重于考察学生是否可以灵活运用所学知识以及运用理论知识解决实际问题的能力.其次,从2014级学生开始,改革综合考核方案,降低闭卷考试分值比,将考试所占分值降低至50%,提高实践考察分值比,考察中加入新的内容———“综合性作业”,综合性作业包括相关的开放性实验、相关大学生创新大赛、相关科技创新（包括知识产权、科技论文等）,分值占20%.同时,对工程材料及热处理非标准化考试模式的探索贯穿于整个项目的实施过程中.

五、教改效果

我校工程材料及热处理课程教学改革从2011级机械制造及其自动化、车辆工程等专业开始实施至今,已有四届超过1800个学生参与.通过课程考核结果、相关实习环节表现、毕业设计及就业单位的相关反馈,本教学改革切实提高了学生利用课程知识解决工程问题的能力,学生合理选用材料并正确制订零件加工工艺路线的能力得以提高.

参考文献：

[1]高为国,董丽君,吴安如,覃波“. 机械工程材料”课程中创新能力的培养[J].中国大学教学,2011,(11):43-45.

[2]陈国新.《工程材料及热处理》课程教学研究[J].邵阳学院学报(社会科学版),2008,(S1):64-66.

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