摘"要：“工程材料”作為面向機(jī)械工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，具有較強(qiáng)的理論性和應(yīng)用性，可為后續(xù)一些基礎(chǔ)專業(yè)課的學(xué)習(xí)起到支撐作用，也能為學(xué)生未來從事機(jī)械設(shè)計、制造以及研究和開發(fā)新材料及其零部件提供必要的專業(yè)知識和基本技能。然而，該門課程涉及的內(nèi)容比較廣泛，不同專業(yè)和行業(yè)背景下使用的工程材料及面臨的實際問題差別很大。開展該門課程的教學(xué)改革，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：“工程材料”教學(xué)；專業(yè)特色；教學(xué)相長

中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Teaching"Reform"of"\"Engineering"Materials\"Course"of"the

Mechanical"Engineering"Majors

—Taking"Vehicle"Engineering"Major"as"an"Example

Long"Ying

School"of"Electromechanical"Engineering，Guangdong"University"of"Technology"GuangdongGuangzhou"510006

Abstract：As"a"basic"compulsory"course"for"mechanical"engineering"majors，the"course"of"＜"Materials"Engineering＞nbsp;has"strong"theory"and"application，which"can"provide"necessary"professional"knowledge"and"basic"skills"for"the"study"of"subsequent"courses"and"students'"future"mechanical"design，manufacturing，research"and"development"of"new"materials"and"their"parts.It"has"strong"practicability"and"also"plays"a"supporting"role"in"the"subsequent"study"of"some"basic"professional"courses.However，the"course"covers"a"wide"range"of"topics，and"the"engineering"materials"used"and"practical"problems"faced"in"different"professional"and"industrial"contexts"vary"greatly.It"is"very"important"to"carry"out"the"teaching"reform"of"this"course"to"improve"students'"learning"interest"and"the"quality"of"talent"training.

Keywords：\"Engineering"materials\""teaching；professional"characteristics；teaching"and"learning

1"機(jī)械類專業(yè)工程材料課程概述

“工程材料”是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)課，講授機(jī)械工程材料的基礎(chǔ)理論和熱處理技術(shù)，介紹機(jī)械零件的常見失效形式以及鋼鐵材料成分、晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織、力學(xué)性能、牌號和熱處理工藝方法的課程。該課程涵蓋了材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、工藝和性能之間的關(guān)系及其影響規(guī)律，還有零件在不同工作條件下對性能的需求，為零部件的合理選材和工藝路線的制定，提供材料的基本概念和基本知識［13］。廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院各個專業(yè)該課程的授課時間為第3個學(xué)期，之后開設(shè)“機(jī)械制造基礎(chǔ)”“材料力學(xué)”和“生產(chǎn)實習(xí)”等相關(guān)課程。課程的主要目的，是使學(xué)生獲得有關(guān)機(jī)器零部件常用金屬材料和非金屬材料的基本理論知識，并初步具備根據(jù)零件工作條件和失效方式，合理選擇和使用材料，正確制定零件的冷、熱加工工藝路線的能力。同時，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及未來從事機(jī)械設(shè)計、制造以及研究和開發(fā)新材料及其零部件提供必要的專業(yè)知識和基本技能。

2"“工程材料”教學(xué)現(xiàn)狀

“工程材料”課程為1.5學(xué)時，24課時。課時不長，內(nèi)容體系復(fù)雜，涉及較多材料科學(xué)與工程專業(yè)理論和概念，知識點繁雜，學(xué)生往往難以理清主線，教師難以激發(fā)學(xué)生積極性。在教學(xué)中普遍存在以下問題：

（1）目前，沒有專門針對機(jī)械學(xué)科專門出版的《工程材料》或《材料科學(xué)基礎(chǔ)》方面的教材和參考書，現(xiàn)階段主要使用材料專業(yè)的《工程材料》作為授課教材［4］。教學(xué)中，往往以工程材料科學(xué)和技術(shù)為大背景，從工程材料對國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展的重要性出發(fā)，理解通用的機(jī)械零件選材、熱處理工藝設(shè)計對力學(xué)性能和使用性能的影響，大而泛缺乏針對性。然而，機(jī)械工程材料不能脫離制造業(yè)單獨存在，只有了解了工程材料的機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能以及工藝和經(jīng)濟(jì)等各種性能，才能根據(jù)零部件及其使用要求，合理選材和加工，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品［5］。

（2）不同專業(yè)和行業(yè)背景下使用的工程材料及面臨的實際問題差別很大［6］。車輛工程專業(yè)的學(xué)生更熟悉并且未來更有機(jī)會接觸汽車相關(guān)零部件，與機(jī)械制造專業(yè)中涉及常用零部件和裝備，如機(jī)床等所用工程材料的發(fā)展、使用工況及零部件的失效形式大相徑庭。這可能導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程的過程中，由于課程內(nèi)容所涉及的實例與專業(yè)跨度很大而興趣不是很高。與此同時，該課程與工程實踐聯(lián)系緊密，學(xué)生對實際生產(chǎn)和工程問題的思考和解決處理能力較弱，片面地學(xué)習(xí)書本上的理論知識，一遇到實際問題就不知所措，喪失了分析問題和處理問題的能力。

（3）傳統(tǒng)的教學(xué)模式下以教師講授為主，學(xué)生的參與度很低。大部分教學(xué)內(nèi)容比較抽象，不好理解，加大了學(xué)生學(xué)習(xí)的困難。雖然通過多媒體技術(shù)可以將抽象的知識點以更生動形象的方式展現(xiàn)出來，但仍然無法提高學(xué)生的參與度［78］。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情是學(xué)習(xí)活動最好的動力，它直接影響并制約著學(xué)習(xí)的方式，且對學(xué)習(xí)效果必然會產(chǎn)生很大的影響。

（4）在整個工程機(jī)械裝備設(shè)計和制造知識體系當(dāng)中，工程材料都是不可替代的，后續(xù)的很多教學(xué)環(huán)節(jié)都會涉及工程材料教學(xué)相關(guān)內(nèi)容，可以說是貫穿始終［9］。然而，目前的教學(xué)沒有做到將工程材料與后續(xù)課程，尤其是與之直接相關(guān)“金工實習(xí)”和“機(jī)械制造基礎(chǔ)”教學(xué)有效結(jié)合，不利于學(xué)生建立綜合知識體系。

（5）伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制造業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谛虏牧系男枨蟪掷m(xù)擴(kuò)大，近年來新材料行業(yè)發(fā)展迅速。汽車材料的應(yīng)用也在不斷發(fā)展。目前汽車材料的發(fā)展趨勢主要朝著輕量化、環(huán)保、智能化、多功能化發(fā)展?！肮こ滩牧稀闭n程的內(nèi)容，多年來以傳統(tǒng)的金屬材料，尤其是鋼鐵材料為主，以鋁合金為代表的車用新型材料方面很少涉及。理解材料的發(fā)展史，了解和熟悉工程材料的更新迭代及其對產(chǎn)業(yè)帶來的影響，對開闊學(xué)生視野、提高學(xué)習(xí)積極性發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

針對上述問題，本論文提出以車輛專業(yè)為例，進(jìn)行有專業(yè)特色的“工程材料”課程改革和探索。

3"“工程材料”教學(xué)改革具體內(nèi)容

3.1"有專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容改革

在教學(xué)中增加一些汽車零部件的實際處理案例，比如鋼的熱處理，可以以變速箱的軸和齒輪的熱處理為例，將熱處理工藝對軸和齒輪材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能以及服役性能等通過三維動畫和相關(guān)視頻資料，讓學(xué)生親眼看見，身處問題之中，通過加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生將書本知識與實際問題建立其相關(guān)聯(lián)系。這對課程教師提出了更高的要求，不但要能將“工程材料”課程的知識點講述清楚，還要能結(jié)合車輛專業(yè)、針對汽車零部件的工程材料的失效及其成分結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，舉一反三。

教師作為教學(xué)環(huán)節(jié)中“教”的主體，其本身知識架構(gòu)和素養(yǎng)的提高，對課程教學(xué)質(zhì)量起著非常關(guān)鍵的作用，也是教學(xué)改革擬解決的核心問題。針對學(xué)生的專業(yè)進(jìn)行課程教學(xué)改革，也能激勵教師更多地了解學(xué)生的知識背景、學(xué)生的興趣點以及學(xué)生所在專業(yè)和行業(yè)可能遇到的具體問題，以及更好地掌握課程與課程之間聯(lián)系，以便幫助學(xué)生架起課程之間的橋梁，從而強(qiáng)化“教學(xué)相長”。

3.2"寓教于樂的參與式教學(xué)內(nèi)容改革

學(xué)生是“學(xué)”的主體。教學(xué)中要盡可能多地以學(xué)生為本，通過設(shè)計合理的教學(xué)環(huán)節(jié)，側(cè)重提高學(xué)生“學(xué)”的主動性和積極性。

首先，可以在課堂中引入學(xué)生報告環(huán)節(jié)。根據(jù)教學(xué)班學(xué)生人數(shù)，3～5人一組，就本組成員相對熟悉的汽車相關(guān)零部件，分析其在使用過程中對材料性能的要求、性能與材料的熱處理工藝和相、組織和結(jié)構(gòu)等之間的相互關(guān)系，零部件的性能提升與材料更迭之間的關(guān)系，及其在汽車產(chǎn)業(yè)中的核心競爭力，現(xiàn)場做報告。報告的主要素材是PPT，可結(jié)合視頻和動畫進(jìn)行講解。其次，上課前一天把報告發(fā)給任課教師，教師針對報告的邏輯性和內(nèi)容的呈現(xiàn)方式等提出修改意見，返回給學(xué)生修改。每次報告設(shè)在課堂開始前5分鐘。

通過該過程，一方面可以推動學(xué)生自己去了解汽車零部件的發(fā)展動態(tài)和材料的發(fā)展，尤其是新材料的發(fā)展對汽車行業(yè)的影響，提高學(xué)生對“工程材料”課程相關(guān)知識點的理性認(rèn)識。另一方面，加強(qiáng)團(tuán)隊分工合作能力和針對一個具體的主題進(jìn)行信息輸入和輸出的能力。讓學(xué)生自己參與到課堂，更好地提高他們的學(xué)習(xí)興趣和責(zé)任感，在重視教的同時，重視“學(xué)”這一主動過程，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)相長。還能在基礎(chǔ)理論和傳統(tǒng)材料的基礎(chǔ)上，對新材料的性能及其應(yīng)用前景等進(jìn)行有效補(bǔ)充。每一次報告結(jié)束后，設(shè)2分鐘提問環(huán)節(jié)，請聽的同學(xué)提出自己感興趣的問題。這不但可以促使同學(xué)們認(rèn)真聽報告，還能激勵他們針對報告中自己感興趣的內(nèi)容進(jìn)行深入的思考和提問。在問和答的環(huán)節(jié)中，互相學(xué)習(xí)。

此外，將課程報告，包括聽報告問問題的環(huán)節(jié)納入平時成績考核的一部分，采用分組計分制，進(jìn)一步完善和豐富考核機(jī)制。另一方面，階段性的引入汽車企業(yè)專家講授工程實踐問題，條件允許的話，組織學(xué)生去就近的汽車企業(yè)參觀生產(chǎn)線。提前跟企業(yè)專家溝通課程的內(nèi)容和側(cè)重點，請專家緊密結(jié)合工程材料的基本理論，針對汽車制造過程中可能遇到的相關(guān)問題進(jìn)行分析。加強(qiáng)知識的實際運用能力，將工程現(xiàn)象、實際問題與課程知識內(nèi)容結(jié)合，使課堂知識立體化。提高學(xué)生興趣的同時，提升學(xué)生實際工程解決問題的能力，深化教學(xué)內(nèi)容。

3.3"知識點與后續(xù)課程內(nèi)容融會貫通

車輛專業(yè)“工程材料”課程是最近兩年才增加的新課程，主要是為后續(xù)的“金工實習(xí)”和“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程做材料相關(guān)基礎(chǔ)知識的鋪墊。在“工程材料”課程的講授中，非常有必要結(jié)合“金工實習(xí)”和“機(jī)械制造基礎(chǔ)”中涉及的材料成型和加工方法等，建立工程材料的加工性能與材料的基本性能，以及其基本性能的來源即成分和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。例如，鑄造，主要是利用金屬材料加熱熔化的特性，而熔點與其金屬鍵結(jié)合直接相關(guān)，也決定了材料本身的流動性和充型能力，最終決定所獲得的鑄件的質(zhì)量和性能。鍛造，主要是利用金屬的延展性，而延展性與金屬內(nèi)部的缺陷——位錯直接相關(guān)。在講授鋼鐵材料的熱處理相關(guān)內(nèi)容時，結(jié)合零部件的成型和機(jī)械加工工藝過程中具體的熱處理工藝及其目的，分析材料本身的特性是如何影響其成型加工和使用性能的，而熱處理又是如何通過影響材料的微觀組織結(jié)構(gòu)從而改善材料的物理性能和使用性能的。

加強(qiáng)同一專業(yè)不同課程授課，尤其是“工程材料”與“金工實習(xí)”和“機(jī)械制造基礎(chǔ)”這三門課程的任課教師之間的交流和合作，將知識點逐一串起來，進(jìn)行有專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革，不但能增強(qiáng)趣味性，對后續(xù)其他課程的講授也非常有利。比如，對學(xué)生而言，更好地理解了課程之間的關(guān)聯(lián)，更有利于將知識“化零為整”，觸類旁通，從而有效掌握系統(tǒng)的專業(yè)知識，提高專業(yè)素養(yǎng)。

3.4"“傳統(tǒng)材料”與“新材料”的有機(jī)融合

金屬材料在制造業(yè)中一直占主要地位，傳統(tǒng)的金屬材料的結(jié)構(gòu)和性能特點，是“工程材料”課程的重點和基礎(chǔ)。但同時，不斷有新材料進(jìn)入制造業(yè)，每一種新材料的出現(xiàn)，都可能推動相關(guān)制造業(yè)的進(jìn)步，但同時也會帶來材料成型和加工等的問題。在課程中，適當(dāng)關(guān)注新材料及其替代傳統(tǒng)材料以實現(xiàn)零部件等功能和性能的升級，從事相關(guān)科研工作的教師可以就自己擅長的某一新材料體系進(jìn)行簡短而淺顯易懂的科普，激發(fā)學(xué)生對工程材料，尤其是新材料的興趣，有效拓展學(xué)生知識面和信息面。

結(jié)語

針對機(jī)械類專業(yè)“工程材料”課程教學(xué)過程中存在的具體問題，以車輛專業(yè)為例，提出多種革新方法，通過在課堂中以視頻、汽車企業(yè)技術(shù)員分析工程實踐問題和學(xué)生以課堂報告形式自己尋找和分析實踐問題等形式，建立具有專業(yè)特色的“工程材料”課程的教學(xué)體系；并在講授過程中，充分結(jié)合“工程材料”課程與后續(xù)過程，尤其是與“金工實習(xí)”和“機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程之間的關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生構(gòu)筑工程材料加工工藝—成分和結(jié)構(gòu)—物理化學(xué)性能—使用性能之間的相互關(guān)系。一方面，從“教”的角度，提倡教師花更多時間精力，不斷更新專業(yè)知識，加強(qiáng)與相關(guān)課程授課教師之間的溝通交流，以及保持對教學(xué)的熱愛，進(jìn)行有專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容改革；另一方面，重視“學(xué)”這一主動過程，讓學(xué)生更好地參與到課程教學(xué)環(huán)節(jié)中來，將理論知識與實際問題相結(jié)合，提高學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)識和熱愛，對未來所從事行業(yè)的了解，并將相關(guān)課程融會貫通，從而培養(yǎng)更適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的專業(yè)人才。

本論文提出的專業(yè)特色的教學(xué)方法，雖然僅以車輛專業(yè)為例，但其經(jīng)驗可推廣至其他專業(yè)，也可為其他課程的教學(xué)改革提供參考。

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作者簡介：龍瑩（1984—"），女，漢族，湖南湘潭人，博士，副教授，研究方向：無機(jī)非金屬材料。