工程材料及其成型技術課程改革的探索與實踐分析論文
遼寧工業(yè)大學(以下簡稱我校)自從建校以來為機械類和近機械類專業(yè)開設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知識(材料的晶體結構、凝固、性能、塑性變形及再結晶等)和應用知識(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、名詞術語等所概述的材料內(nèi)部結構十分抽象，學生聽課或課后復習抓不住重點，不易理解和記憶，普遍感到困難。許多同學復習考試靠死記硬背，未能真正理解和掌握相關知識。另一方面，我校為機和近機類專業(yè)開設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(工藝)是材料能否得到善用的關鍵。當前我國高校機械類和近機械類專業(yè)中，材料成型技術基礎課程的實際開課形式有3種:單獨課程、與工程材料類課程合并及與機械制造技術基礎(原金屬切削原理)課程合并。
另外，還有一些院校未開設這類課程。由于歷史原因，我校自從建校以來一直沒有開設材料成型技術類課。鑒于該課程在機械類和近機械類專業(yè)中的重要性，機械和汽車學院在制定2011年教學計劃時與材料學院商定將原工程材料課程擴充為工程材料及其成型技術課程，課時由40學時增加到48學時，仍由材料學院教師承擔，將于2013下半年在2011級機械和汽車學院各專業(yè)講授。新的工程材料及其成型技術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》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)容及教學方法等做了一定的研究，但還很不成熟，有必要對此進行深入地研究與探索。
一、課程改革的理念與目標
借本課程增加材料成型技術這一緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際課程內(nèi)容的契機，改變以往重理論、輕實際的做法，在教學內(nèi)容、方法及考核方式等方面樹立并體現(xiàn)出“突出應用、培養(yǎng)工程能力”的教學理念。
在新的教學理念指導下，培養(yǎng)學生正確選材及制定合理的加工工藝的工程應用能力為目的的指導方針，在教材選編、教學內(nèi)容、方法等諸多方面進行深入地研究和探索。通過本課程的學習，使我校機械和近機械類專業(yè)的學生理解工程領域對材料的主要性能的要求、各大類材料的主要特征和各種熱成型方法的特點，明確各類材料的相變規(guī)律及其組織性能間的關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，最終能夠對具體的零件結合具體工況做出正確、科學、合理的選材并確定出正確的加工工藝路線。為我校機類和類機類專業(yè)培養(yǎng)工程應用型人才提供必需、充分、有用的工程材料及其成型技術的基礎知識和工程應用能力，使他們獲得優(yōu)秀的科學選材、用材和合理安排熱、冷工藝路線的能力。
二、合理整合教學內(nèi)容，構建新的課程知識體系
為使所授機類及近機類專業(yè)學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”部分。該部分涉及內(nèi)容多，而新設置的工程材料及其成型技術課程與工程材料課程相比，課時僅增加8學時，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)容關系不大的內(nèi)容，強化基礎理論。如:在“材料的力學性能”部分，刪除材料的物理性能等內(nèi)容;在“金屬晶體結構”部分，刪除立方晶系的晶面和晶向的表示方法等內(nèi)容;在“合金結構鋼”部分，刪除微合金非調(diào)質鋼、易切削鋼及低淬透性鋼。對白口鑄鐵的結晶過程及鋼的表面淬火與化學熱處理等內(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中的鍛造部分;把典型工件的選材及工程材料的應用合并到零件失效、毛坯分析與材料選擇部分。同時，豐富與后續(xù)課程、畢業(yè)設計及工程應用密切相關的內(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，增強學生對這些內(nèi)容重點與難點問題的理解和掌握，夯實工程材料理論基礎。為了培養(yǎng)學生的工程應用能力，使課程內(nèi)容與工程實踐相結合，挖掘平時在實際生產(chǎn)中的相關案例，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上進行選材，制定加工工藝路線。這對培養(yǎng)學生工程應用能力大有益處，為他們將來從事機械行業(yè)的`生產(chǎn)加工，打下了良好的基礎。
課程始終貫穿材料的成分——組織——工藝——性能之間的關系這條主線。以性能為起點，分部講授成分、組織和工藝對性能的影響，最后通過學習鐵碳合金相圖和過冷奧氏體冷卻曲線，綜合講解成分、組織、工藝與性能間的關系，讓學生牢固掌握“材料的性能取決于其成分、組織和工藝”的觀點，這樣就變分散為集中，變模糊為清晰，以利于學生建立完整體系的概念，保證了教學內(nèi)容的基礎性和系統(tǒng)性。據(jù)此，將課程內(nèi)容分為工程材料基礎理論、常用工程材料、工程材料成型技術基礎和工程材料的應用及成形工藝的選擇四大模塊，實行模塊化教學、突出材料的工程應用，并對各模塊的內(nèi)容做了精心挑選與合理調(diào)整。
三、綜合運用多元化教學方法和手段，提高教學效果
在課堂教學中，為使學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)象原因這一本質問題，接著揭示變形中其材料內(nèi)部的組織結構的變化，然后讓學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。多種教學方法的應用，有效地激發(fā)了學生對本門課程的學習興趣，提高了學習的自覺性和主動性。
提出并初步實施了工程材料及其成型技術課程的一種新的教學方法——關鍵詞教學法。針對工程材料及其成型技術課程內(nèi)容龐雜，概念繁多且課時短的特點，提出了關鍵詞教學法。從基本概念、章節(jié)以至全課程中提煉關鍵詞，并將它們有機地結合，將零散的知識結構化，形成關鍵詞網(wǎng)絡，構建出課程的基石和框架。初步的教學實踐證明，這種方法有利于學生理解記憶，對提升他們的提煉、概括等學習思維能力大有益處。
在教學手段上，課堂教學板書講授與多媒體演示并重，在便于學生理解記憶的基礎上，構建出圖文并茂、聲情融會、動靜結合的教學環(huán)境。如用板書法講解相圖中的杠桿定律、二元合金相圖的結晶過程等內(nèi)容，可以充分展現(xiàn)邏輯思維全過程。晶體結構、缺陷和結晶過程等應用多媒體技術，可以充分展示三維立體的晶體結構特征與缺陷形貌及形成機理，動畫演示由液態(tài)到固態(tài)的結晶過程，增加了可視性與趣味性。
四、改革實驗教學的內(nèi)容與手段，培養(yǎng)學生的工程應用能力和創(chuàng)新能力
為提高學生的工程應用能力和創(chuàng)新能力，適應創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的需要，對工程材料及其成型技術課程的實驗進行全新的改革與設計規(guī)劃，包括類型、方法及考核方法等。按照教學規(guī)律，劃分實驗層次，整合實驗內(nèi)容，理順實踐過程，減少驗證性實驗，增加綜合性和設計型實驗。課程設置三個實驗，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”為基本技能型實驗，通過該實驗，學生能夠對工程材料及其成型技術課程實驗中所涉及的設備與儀器有一定的了解，有利于他們熟練地對這些設備與儀器進行操作�！拌F碳合金平衡組織的觀察”為驗證性實驗，是為更好地理解和掌握鐵碳平衡相圖而設置的�！傲慵倪x材、熱處理、性能測試與組織觀察”為綜合、設計型實驗，目的是讓學生運用所學的材料及成型技術的基本原理，綜合分析給定零件的力學性能指標，以此選擇材料、熱處理及性能檢測設備，制定出相應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踐環(huán)節(jié)。這一綜合、設計型實驗不僅要求學生掌握課程中相關章節(jié)的內(nèi)容，而且必須針對具體零件的特點進行全面分析與綜合，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)相關的技術工作創(chuàng)造了條件。
五、實施多種課程考核方式，充分調(diào)動學生學習的積極性
課程按照平時、實驗與期末考試進行考核，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)三部分構成，克服了以往由期末考試成績決定學生本門課程最終成績的弊端，使學生學習的積極性和主動性貫穿始終，形成良好的學習氛圍。通過這樣認真、主動地學習，有利于學生全面掌握工程材料及其成型技術的基本知識和原理，為他們今后在工業(yè)生產(chǎn)中能夠熟練應用這些知識和原理打下良好的基礎。
新設立的工程材料及其成型技術課程，雖然由工程材料課程擴充，課時僅增加了8學時，但在新的教學理念指導下，通過上述在教學內(nèi)容、方法與手段、實驗教學及考核方式等方面所采取的一系列改革措施，即教學內(nèi)容的合理整合，教學方法與手段的多元化，實驗的創(chuàng)新性及考核方法的多樣化，充分調(diào)動了學生學習的積極性。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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