凌 靜

宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州，234000

機(jī)械工程材料課程是機(jī)械類或近機(jī)械類的一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課[1-3]。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，了解機(jī)械行業(yè)常用的工程材料的基本特征，理解工程材料成形過程中的行為與性能變化及熱處理工藝；重點(diǎn)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)、制造的選材知識(shí)?？傊瑑?nèi)容多、實(shí)踐強(qiáng)、課程緊[4-6]。如何在有限的課堂教學(xué)中，讓學(xué)生掌握更多的機(jī)械工程材料方面知識(shí)，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生在課外學(xué)習(xí)機(jī)械工程材料知識(shí)的主觀能動(dòng)性[7]，是目前機(jī)械工程材料課程教師面臨的新挑戰(zhàn)。為此，本文在分析“機(jī)械工程材料”課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了提高教學(xué)質(zhì)量的建議。

1 機(jī)械工程材料課程的特點(diǎn)

1.1 課程教學(xué)出現(xiàn)“三多一少”

機(jī)械工程材料課程涉及到機(jī)械、工程、材料三大方面的知識(shí)，即材料的組織與微觀結(jié)構(gòu)；金屬材料的凝固、鑄造、焊接、熱塑與冷塑性質(zhì)；工程設(shè)計(jì)、鑄造過程中的材料選擇。具體包括工程材料、金屬學(xué)、熱處理原理與工藝及其他先進(jìn)材料等方面內(nèi)容。

由此看來，機(jī)械工程材料課程教學(xué)內(nèi)容范圍廣、知識(shí)點(diǎn)多，且偏重感性認(rèn)識(shí)，記憶點(diǎn)多；同時(shí)，課堂作業(yè)也是文字作答較多，相關(guān)計(jì)算則較少，即“三多一少”：知識(shí)點(diǎn)、記憶點(diǎn)、文字作答點(diǎn)多，計(jì)算少?！叭嘁簧佟苯o學(xué)生帶來的上課感受是內(nèi)容頭緒多，處處都是知識(shí)點(diǎn)，處處都是重點(diǎn)，抓不到知識(shí)之間的貫穿線；記憶的東西太多，不能及時(shí)記住，會(huì)出現(xiàn)上課時(shí)不記得上次課的知識(shí)點(diǎn)；而稍微翻書又感覺都似曾相識(shí)，呈現(xiàn)浮躁?duì)顟B(tài)；課后作業(yè)文字題較多，較易作答，心理上不重視。機(jī)械工程材料課程又恰恰是專業(yè)基礎(chǔ)課，在以后工作中的設(shè)計(jì)、機(jī)械選材等又尤為重要。因此，教學(xué)中抓住“三多一少”，可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、理解課程知識(shí)，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

1.2 注重工程背景和實(shí)際應(yīng)用

機(jī)械類或近機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后會(huì)從事機(jī)械類或近機(jī)械類的設(shè)計(jì)、制造工作，其中，掌握機(jī)械工程材料方面的知識(shí)，以達(dá)到正確選擇模具及零件的材料，為制造工藝路線、機(jī)床模具設(shè)計(jì)與沖壓、金屬的切削做好準(zhǔn)備。這些選材、準(zhǔn)備工作是與機(jī)械工程實(shí)際密切結(jié)合的，尤其重視工程背景。

機(jī)械工程材料課程教材本身理論較強(qiáng)，工程應(yīng)用部分較弱，如果教師本身沒有工程實(shí)踐知識(shí)，或未從事過機(jī)械工程材料的科學(xué)研究，那么授課時(shí)就不能從教材本身給學(xué)生傳授機(jī)械工程材料方面的工程應(yīng)用知識(shí)，學(xué)生由于感覺課程理論聯(lián)系實(shí)際不強(qiáng)，而印象不深、掌握知識(shí)不夠深刻，未來工作一碰到需要機(jī)械工程材料課程的相關(guān)知識(shí)就會(huì)茫然不知所措。因此，機(jī)械工程材料課程的教學(xué)應(yīng)從教材、教師、學(xué)生三方面與機(jī)械工程背景結(jié)合，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，進(jìn)行教學(xué)改革。

2 機(jī)械工程材料課程教學(xué)的思考

針對(duì)機(jī)械工程材料課程教學(xué)中出現(xiàn)“三多一少”現(xiàn)象，任課教師要從教材選擇、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方式等方面著手，解決“三多一少”給學(xué)生帶來的學(xué)習(xí)問題，從而改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.1 教材選擇

機(jī)械工程材料課程作為機(jī)械類或近機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，教材版本眾多，大致可歸為三大類：一是僅從工程材料本身出發(fā)，立足材料學(xué)本身，教材主線為“成分—熱處理工藝—組織、結(jié)構(gòu)、性能關(guān)系——材料選擇”，國內(nèi)教材大都如此。二是只從工程實(shí)用角度出發(fā)。三是理論與工程實(shí)際運(yùn)用并重，把機(jī)械工程設(shè)計(jì)制造與機(jī)械工程材料課程的核心——選材相結(jié)合，介紹工程材料的基本原理和知識(shí)及其機(jī)械實(shí)際工程應(yīng)用。

第一類教材由于材料與機(jī)械設(shè)計(jì)、制造脫節(jié)，學(xué)生理解、掌握較難，難以將所學(xué)的課程知識(shí)運(yùn)用到機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造中去，即只注重材料知識(shí)本身，實(shí)際運(yùn)用知識(shí)較少。第二類則剛好與第一類相反，大量篇幅是材料在機(jī)械工程中的應(yīng)用，不符合機(jī)械類本科的“厚基礎(chǔ)、寬口徑、注重實(shí)踐”的課程體系要求。第三類恰是第一類、第二類的結(jié)合。

為此，筆者認(rèn)為，應(yīng)用型本科高校選擇楊瑞成主編、重慶大學(xué)出版社出版的《機(jī)械工程材料》(第4版)教材較為合適。該教材注重工程設(shè)計(jì)與制造緊密相關(guān)的工程材料知識(shí)，讓學(xué)生懂得具體材料的選擇；教材主線為“機(jī)械工程材料的基本特征—材料的成形加工特性及改性—常用機(jī)械工程材料介紹—機(jī)械工程材料的選擇與應(yīng)用”。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

楊瑞成主編的《機(jī)械工程材料》(第4版)教材確定的基礎(chǔ)知識(shí)為“第1章機(jī)械工程對(duì)材料性能的要求，第2章材料的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征”；重點(diǎn)內(nèi)容為“第3章工程材料成形過程中的行為與性能變化，第4章改善材料性能的熱處理、合金化及改性，第5章常用金屬材料及性能，第6章非金屬材料，第7章工程設(shè)計(jì)、制造與材料選擇”。筆者在教學(xué)中，根據(jù)機(jī)械工程材料課程教學(xué)大綱，把握教學(xué)目的，壓縮材料的組成和微觀結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容；討論金屬、非金屬材料的成分、組織及性能；除第1章、第4章、第7章外，還重點(diǎn)講述機(jī)械工程材料的核心內(nèi)容以及“第四篇機(jī)械工程材料的選擇與應(yīng)用，如第8章到第13章的機(jī)器零件、工模具、高溫與磨損條件下的選材”等。這樣的優(yōu)化，有利于學(xué)生掌握機(jī)械工程材料方面的基礎(chǔ)知識(shí)，把握住重點(diǎn)知識(shí)，并有利于學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐。

例如，“第2章材料的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征”，雖是基礎(chǔ)知識(shí)，但過于偏重物理、化學(xué)中的晶體知識(shí)，微觀結(jié)構(gòu)較多，難以板書形式呈現(xiàn)。對(duì)于此章的教學(xué)，筆者首先呈現(xiàn)PPT(已壓縮教學(xué)內(nèi)容)，然后讓學(xué)生記住每節(jié)的標(biāo)題，如圖1。

對(duì)于材料的結(jié)構(gòu)：晶體與非晶體、金屬的晶體結(jié)構(gòu)、高分子材料的結(jié)構(gòu)、陶瓷材料；晶體材料的相圖與相變：相與相圖、固溶體與金屬間化合物、二元相圖類型及Fe—C相圖；材料的組織與性能：平衡組織與非平衡組織、單相組織與多相組織、金屬材料的組織與性能、陶瓷和高分子材料的組織性能，這些內(nèi)容多以材料感性識(shí)別為主，應(yīng)以多給學(xué)生看材料圖片，如圖2～圖4，記住主要名詞，如相、相圖等，即可達(dá)到教學(xué)目的。

圖1 材料的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征章節(jié)圖

圖2 陶瓷材料小節(jié)圖

圖3 二元相圖類型及Fe—C相圖

2.3 改革教學(xué)方式

由于機(jī)械工程材料課程知識(shí)點(diǎn)多，對(duì)部分章節(jié)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化后，如何快速壓縮非重點(diǎn)內(nèi)容，多媒體教學(xué)無疑是一種高效率的教學(xué)方式。筆者曾在先前的文獻(xiàn)[8]中詳細(xì)討論了傳統(tǒng)板書與電化教學(xué)的優(yōu)缺點(diǎn)。但本課程不同于“畫法幾何與機(jī)械制圖”課程強(qiáng)調(diào)投影、空間幾何知識(shí)，而概念化的文字記憶點(diǎn)相對(duì)較多；尤其強(qiáng)調(diào)機(jī)械工程應(yīng)用，如工程材料的晶體結(jié)構(gòu)、成形過程、熱處理、合金化及改性的過程，機(jī)器零件如箱體支承，工模具如刀具、冷作、熱作、成形模具等，用Flash或swf動(dòng)畫可以實(shí)現(xiàn)平面或立體呈現(xiàn)，而黑板板書較難；同時(shí)，新建本科院校尚沒有相關(guān)機(jī)械工程材料課程教學(xué)要用到的教具、材料實(shí)例。因此，本課程教學(xué)中，多媒體教學(xué)方式相對(duì)于傳統(tǒng)板書教學(xué)方式使用的比例較大。對(duì)于與生產(chǎn)實(shí)踐相關(guān)的內(nèi)容，在授課過程中，可以借助工程實(shí)踐的錄像重點(diǎn)播放，課后還可以把多媒體課件、錄像資料上傳到班級(jí)QQ群中共享，讓學(xué)生課后學(xué)習(xí)。

圖4 鐵碳(Fe—Fe3C)合金相圖

2.4 引導(dǎo)學(xué)生課后主動(dòng)學(xué)習(xí)

課堂教學(xué)是教學(xué)的主要手段，也是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主要方式。但大學(xué)生的學(xué)習(xí)不應(yīng)當(dāng)僅僅局限于時(shí)間有限的課堂內(nèi)，而應(yīng)針對(duì)機(jī)械工程材料課程的“三多一少”特點(diǎn)，要求學(xué)生相互之間提出問題，復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)。課堂上，教師采用引導(dǎo)式教學(xué)，如講到鋼材的特性時(shí)，讓學(xué)生聯(lián)想老式鑄鐵與不銹鋼自來水管，然后把學(xué)生引入鑄鐵、結(jié)構(gòu)鋼、滾動(dòng)軸承鋼、工具鋼、不銹鋼和耐熱鋼的課程知識(shí)上來。

如今的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，電子教學(xué)資源極其豐富，機(jī)械工程材料課程教師要引導(dǎo)學(xué)生課后登錄中國材料網(wǎng)、機(jī)械CAD論壇、模具論壇、熱處理論壇等，學(xué)會(huì)網(wǎng)上學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)從網(wǎng)上查找解決問題的方法，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，進(jìn)而鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，不斷擴(kuò)大知識(shí)面。

2.5 教學(xué)與科研相結(jié)合

教學(xué)中，“金屬的凝固、鑄造過程中的材料行為及性能變化、鋼的合金化”的內(nèi)容與筆者的科研項(xiàng)目“柱塞泵轉(zhuǎn)子擠壓鑄掛成形的優(yōu)化”相關(guān)，為此，筆者根據(jù)科研項(xiàng)目的研究進(jìn)展，把相關(guān)成果運(yùn)用到教學(xué)中，嘗試研究性教學(xué)[10]，以下以“鑄造”的教學(xué)為例。

鑄造，簡(jiǎn)而言之，將熔融狀態(tài)的金屬澆入鑄型，等凝固后獲得既定形狀、尺寸和性能的金屬零件毛坯的一種成型方法。擠壓鑄掛或稱擠壓鑄造作為一種先進(jìn)的鑄造技術(shù)，其最大的特點(diǎn)是金屬液體在較高的壓力下凝固。沖壓壓力可以起到加速鑄件凝固過程和產(chǎn)生塑性變形的作用，使鑄件晶粒細(xì)化，物理性能好。教學(xué)中，筆者結(jié)合自己的研究項(xiàng)目，開展鉛錫青銅在壓力下快速充型、凝固對(duì)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和鉛錫青銅與鋼坯體鑄掛結(jié)合面質(zhì)量的研究，在分析不同工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上得出轉(zhuǎn)子毛坯內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和鑄掛結(jié)合面質(zhì)量的規(guī)律性，以期建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜件(如柱塞泵轉(zhuǎn)子毛坯)液體金屬擠壓鑄掛成形技術(shù)的工藝體系，達(dá)到獲得質(zhì)量和效率穩(wěn)定的鑄掛毛坯的目標(biāo)。課堂上，給學(xué)生PPT展示鑄造過程(圖5、圖6)、ProCast模擬成形參數(shù)的優(yōu)化，提高了學(xué)生對(duì)本課程的興趣，達(dá)到學(xué)以致用、理論聯(lián)系實(shí)際的目的。

圖5 柱塞泵轉(zhuǎn)子1/8模型實(shí)體圖

圖6 鑄掛材料的凝固時(shí)間圖

3 結(jié)束語

針對(duì)機(jī)械工程材料課程教學(xué)中出現(xiàn)的“三多一少”現(xiàn)象，筆者提出了：(1)選擇理論與工程實(shí)踐并重的教材；(2)壓縮偏重材料本身的化學(xué)知識(shí)；(3)加大多媒體教學(xué)的比例；(4)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；(5)教學(xué)與科研相結(jié)合等建議；倡導(dǎo)教師應(yīng)用研究性教學(xué)，把自己的科研成果融入課程教學(xué)中，以拓展學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)和工程意識(shí)，從而提高教學(xué)效果。

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