工程材料及其成型技術(shù)課程改革的探索與實(shí)踐分析論文
遼寧工業(yè)大學(xué)(以下簡稱我校)自從建校以來為機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的唯一的材料類型的課程為《工程材料》。該課程包括材料的基礎(chǔ)知識(材料的晶體結(jié)構(gòu)、凝固、性能、塑性變形及再結(jié)晶等)和應(yīng)用知識(熱處理、各類金屬材料、非金屬材料以及零件的選材等)，所涉及的內(nèi)容多且龐雜，其中的概念、名詞術(shù)語等所概述的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分抽象，學(xué)生聽課或課后復(fù)習(xí)抓不住重點(diǎn)，不易理解和記憶，普遍感到困難。許多同學(xué)復(fù)習(xí)考試靠死記硬背，未能真正理解和掌握相關(guān)知識。另一方面，我校為機(jī)和近機(jī)類專業(yè)開設(shè)的材料類課程缺乏材料成型部分。而對于材料的使用，幾乎都要賦予其一定的形狀。給材料賦予形狀并形成所需要的功能，是制造業(yè)的根本。因此，成形技術(shù)(工藝)是材料能否得到善用的關(guān)鍵。當(dāng)前我國高校機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)中，材料成型技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)際開課形式有3種:單獨(dú)課程、與工程材料類課程合并及與機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(原金屬切削原理)課程合并。
另外，還有一些院校未開設(shè)這類課程。由于歷史原因，我校自從建校以來一直沒有開設(shè)材料成型技術(shù)類課。鑒于該課程在機(jī)械類和近機(jī)械類專業(yè)中的重要性，機(jī)械和汽車學(xué)院在制定2011年教學(xué)計劃時與材料學(xué)院商定將原工程材料課程擴(kuò)充為工程材料及其成型技術(shù)課程，課時由40學(xué)時增加到48學(xué)時，仍由材料學(xué)院教師承擔(dān)，將于2013下半年在2011級機(jī)械和汽車學(xué)院各專業(yè)講授。新的工程材料及其成型技術(shù)課程固然在只增加少量課時的條件下涵蓋了《工程材料》和《材料成型技術(shù)》兩門課的知識，但這兩門課長期以來各成體系，雖然有些院校對合并后的該課課程體系、內(nèi)容及教學(xué)方法等做了一定的研究，但還很不成熟，有必要對此進(jìn)行深入地研究與探索。
一、課程改革的理念與目標(biāo)
借本課程增加材料成型技術(shù)這一緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際課程內(nèi)容的契機(jī)，改變以往重理論、輕實(shí)際的做法，在教學(xué)內(nèi)容、方法及考核方式等方面樹立并體現(xiàn)出“突出應(yīng)用、培養(yǎng)工程能力”的教學(xué)理念。
在新的教學(xué)理念指導(dǎo)下，培養(yǎng)學(xué)生正確選材及制定合理的加工工藝的工程應(yīng)用能力為目的的指導(dǎo)方針，在教材選編、教學(xué)內(nèi)容、方法等諸多方面進(jìn)行深入地研究和探索。通過本課程的學(xué)習(xí)，使我校機(jī)械和近機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生理解工程領(lǐng)域?qū)Σ牧系闹饕阅艿囊�、各大類材料的主要特征和各種熱成型方法的特點(diǎn)，明確各類材料的相變規(guī)律及其組織性能間的關(guān)系及材料加工工藝對組織的影響規(guī)律，掌握常用材料的組織、性能及處理工藝特點(diǎn)，最終能夠?qū)唧w的零件結(jié)合具體工況做出正確、科學(xué)、合理的選材并確定出正確的加工工藝路線。為我校機(jī)類和類機(jī)類專業(yè)培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才提供必需、充分、有用的工程材料及其成型技術(shù)的基礎(chǔ)知識和工程應(yīng)用能力，使他們獲得優(yōu)秀的科學(xué)選材、用材和合理安排熱、冷工藝路線的能力。
二、合理整合教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建新的課程知識體系
為使所授機(jī)類及近機(jī)類專業(yè)學(xué)生全面了解熟悉鑄造、鍛造及焊接等熱加工工藝，增加“材料成型技術(shù)”部分。該部分涉及內(nèi)容多，而新設(shè)置的工程材料及其成型技術(shù)課程與工程材料課程相比，課時僅增加8學(xué)時，這樣必須壓縮《工程材料》部分的內(nèi)容與課時。我們遵循新的教學(xué)理念，合理地優(yōu)化、縮減了《工程材料》偏理論部分的內(nèi)容，淡化與核心內(nèi)容關(guān)系不大的內(nèi)容，強(qiáng)化基礎(chǔ)理論。如:在“材料的力學(xué)性能”部分，刪除材料的物理性能等內(nèi)容;在“金屬晶體結(jié)構(gòu)”部分，刪除立方晶系的晶面和晶向的表示方法等內(nèi)容;在“合金結(jié)構(gòu)鋼”部分，刪除微合金非調(diào)質(zhì)鋼、易切削鋼及低淬透性鋼。對白口鑄鐵的結(jié)晶過程及鋼的表面淬火與化學(xué)熱處理等內(nèi)容僅作簡單介紹。把金屬的塑性加工部分合并到材料成型技術(shù)中的鍛造部分;把典型工件的選材及工程材料的應(yīng)用合并到零件失效、毛坯分析與材料選擇部分。同時，豐富與后續(xù)課程、畢業(yè)設(shè)計及工程應(yīng)用密切相關(guān)的內(nèi)容，如鐵碳合金相圖、鋼的熱處理原理和工藝、鋼的分類編號及用途等，增強(qiáng)學(xué)生對這些內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)問題的理解和掌握，夯實(shí)工程材料理論基礎(chǔ)。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，使課程內(nèi)容與工程實(shí)踐相結(jié)合，挖掘平時在實(shí)際生產(chǎn)中的相關(guān)案例，通過與企業(yè)廣泛聯(lián)系，從中獲得大量生產(chǎn)中的案例。如在“零件失效、毛坯分析與材料選擇”一章，把從企業(yè)收集的案例，經(jīng)過整理、分析后加入教材中。結(jié)合生產(chǎn)中的具體零件，在分析零件的工作條件、失效形式及對零件性能要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行選材，制定加工工藝路線。這對培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力大有益處，為他們將來從事機(jī)械行業(yè)的`生產(chǎn)加工，打下了良好的基礎(chǔ)。
課程始終貫穿材料的成分——組織——工藝——性能之間的關(guān)系這條主線。以性能為起點(diǎn)，分部講授成分、組織和工藝對性能的影響，最后通過學(xué)習(xí)鐵碳合金相圖和過冷奧氏體冷卻曲線，綜合講解成分、組織、工藝與性能間的關(guān)系，讓學(xué)生牢固掌握“材料的性能取決于其成分、組織和工藝”的觀點(diǎn)，這樣就變分散為集中，變模糊為清晰，以利于學(xué)生建立完整體系的概念，保證了教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性。據(jù)此，將課程內(nèi)容分為工程材料基礎(chǔ)理論、常用工程材料、工程材料成型技術(shù)基礎(chǔ)和工程材料的應(yīng)用及成形工藝的選擇四大模塊，實(shí)行模塊化教學(xué)、突出材料的工程應(yīng)用，并對各模塊的內(nèi)容做了精心挑選與合理調(diào)整。
三、綜合運(yùn)用多元化教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)效果
在課堂教學(xué)中，為使學(xué)生能夠在聽課過程中主動思考，緊緊跟上教師的講課思路，采用案例法、啟發(fā)式、問題授課法、研究式與討論式等教學(xué)方法及這些方法的組合。如講授加工硬化這一重要概念和內(nèi)容時，先在課堂上用舉例法演示用手彎曲鐵絲感到發(fā)熱和越來越硬的現(xiàn)象，用問題授課法提出產(chǎn)生該現(xiàn)象原因這一本質(zhì)問題，接著揭示變形中其材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)的變化，然后讓學(xué)生分析由此帶來哪些性能的變化，以此解釋加工硬化的成因。多種教學(xué)方法的應(yīng)用，有效地激發(fā)了學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)的自覺性和主動性。
提出并初步實(shí)施了工程材料及其成型技術(shù)課程的一種新的教學(xué)方法——關(guān)鍵詞教學(xué)法。針對工程材料及其成型技術(shù)課程內(nèi)容龐雜，概念繁多且課時短的特點(diǎn)，提出了關(guān)鍵詞教學(xué)法。從基本概念、章節(jié)以至全課程中提煉關(guān)鍵詞，并將它們有機(jī)地結(jié)合，將零散的知識結(jié)構(gòu)化，形成關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建出課程的基石和框架。初步的教學(xué)實(shí)踐證明，這種方法有利于學(xué)生理解記憶，對提升他們的提煉、概括等學(xué)習(xí)思維能力大有益處。
在教學(xué)手段上，課堂教學(xué)板書講授與多媒體演示并重，在便于學(xué)生理解記憶的基礎(chǔ)上，構(gòu)建出圖文并茂、聲情融會、動靜結(jié)合的教學(xué)環(huán)境。如用板書法講解相圖中的杠桿定律、二元合金相圖的結(jié)晶過程等內(nèi)容，可以充分展現(xiàn)邏輯思維全過程。晶體結(jié)構(gòu)、缺陷和結(jié)晶過程等應(yīng)用多媒體技術(shù)，可以充分展示三維立體的晶體結(jié)構(gòu)特征與缺陷形貌及形成機(jī)理，動畫演示由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程，增加了可視性與趣味性。
四、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容與手段，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力
為提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，適應(yīng)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的需要，對工程材料及其成型技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全新的改革與設(shè)計規(guī)劃，包括類型、方法及考核方法等。按照教學(xué)規(guī)律，劃分實(shí)驗(yàn)層次，整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，理順實(shí)踐過程，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性和設(shè)計型實(shí)驗(yàn)。課程設(shè)置三個實(shí)驗(yàn)，即碳鋼硬度測定及熱處理、鐵碳合金組織觀察和零件的選材、熱處理、性能測試與組織觀察。“碳鋼硬度測定及熱處理”為基本技能型實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠?qū)こ滩牧霞捌涑尚图夹g(shù)課程實(shí)驗(yàn)中所涉及的設(shè)備與儀器有一定的了解，有利于他們熟練地對這些設(shè)備與儀器進(jìn)行操作�！拌F碳合金平衡組織的觀察”為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，是為更好地理解和掌握鐵碳平衡相圖而設(shè)置的。“零件的選材、熱處理、性能測試與組織觀察”為綜合、設(shè)計型實(shí)驗(yàn)，目的是讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的材料及成型技術(shù)的基本原理，綜合分析給定零件的力學(xué)性能指標(biāo)，以此選擇材料、熱處理及性能檢測設(shè)備，制定出相應(yīng)的熱處理工藝并完成金相試樣制備、組織觀察、硬度測試及熱處理操作等實(shí)踐環(huán)節(jié)。這一綜合、設(shè)計型實(shí)驗(yàn)不僅要求學(xué)生掌握課程中相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容，而且必須針對具體零件的特點(diǎn)進(jìn)行全面分析與綜合，這樣選擇的材料和制定的工藝才能合理。這對于學(xué)生分析問題、解決問題能力的提高是大有益處的，也為他們畢業(yè)后盡早勝任企業(yè)相關(guān)的技術(shù)工作創(chuàng)造了條件。
五、實(shí)施多種課程考核方式，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性
課程按照平時、實(shí)驗(yàn)與期末考試進(jìn)行考核，分別占10、10和80分，其中平時考核由出勤、課堂提問和作業(yè)三部分構(gòu)成，克服了以往由期末考試成績決定學(xué)生本門課程最終成績的弊端，使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性貫穿始終，形成良好的學(xué)習(xí)氛圍。通過這樣認(rèn)真、主動地學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生全面掌握工程材料及其成型技術(shù)的基本知識和原理，為他們今后在工業(yè)生產(chǎn)中能夠熟練應(yīng)用這些知識和原理打下良好的基礎(chǔ)。
新設(shè)立的工程材料及其成型技術(shù)課程，雖然由工程材料課程擴(kuò)充，課時僅增加了8學(xué)時，但在新的教學(xué)理念指導(dǎo)下，通過上述在教學(xué)內(nèi)容、方法與手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及考核方式等方面所采取的一系列改革措施，即教學(xué)內(nèi)容的合理整合，教學(xué)方法與手段的多元化，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性及考核方法的多樣化，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。同時，也提高了他們的分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。
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