工程材料及热处理课程教学模式研究

[摘 要] 针对工程材料及热处理课程特点，从教学方法、课程综合实验及教学评价体系三个方面进行了深入的探讨。旨在激发和调动学生的学习兴趣，培养学生的自学能力、综合应用知识的能力，从而明显提高教学质量。

[关 键 词] 工程材料；教学方法；教学改革

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）29-0158-02

在机械设计制造过程中，正确选择材料是提高产品质量、降低成本、节约能源和开发新产品的重要环节，作为一名机械工程技术人员，应具有合理选材、正确使用材料的能力。工程材料及热处理（下称工程材料）主要内容包括：材料的结构和性能、各種材料的类型和特点、机械零件的失效与选材原则、典型工件的选材及工艺路线设计等。通过该课程的学习，学生可以具备根据机械零件的主要失效形式、适用条件及性能要求，对结构零件进行合理选材并制订零件加工工艺路线的初步能力。

工程材料课程所涉及的内容多且庞杂，知识零碎、概念抽象，理论性、实践性、综合性强[1]，造成课堂教学中叙述性内容多、繁琐、易懂、难用且课时少，教师难教，学生难学，教与学问题十分突出[2]。

一、课堂教学方法的改革

教学过程就是教与学的过程，是师生的双向活动，衡量一节课的好坏不仅看老师怎样教，还要看学生怎样学；不仅要看老师讲了多少，还要看学生接受了多少。所以，探索教法时，既要研究教师的教法，也要研究学生的学法。在课前要充分调查研究学生的知识结构、认知能力，以便因材施教。教学方法的选择和组合，要同教学内容、学生的学习特点及老师自身教学的能力联系在一起，正确灵活地选用合适的教学手段。在工程材料专业课的教学过程中，笔者结合实际主要采用以下教学方法：

（一）实例教学法

工程材料课程是一门实践性很强的学科，学习理论知识的最终目的是要灵活应用于实际中，在理论教学中引入相关实例，缩短了理论与实践的距离，激发了学生的学习欲望，培养了他们理论联系实际、分析解决工程问题的能力。

例如，在讲到冲击韧性对材料性能影响时，可引入“泰坦尼克号”轮船断裂原因分析，一方面引起了学生的学习兴趣，另一方面使学生在学习知识的同时增强了理论联系分析问题的意识；在讲到金属的硬度时，可以举例：鉴别玉石的真假的案例；讲到加工硬化时，先用由学生弯曲铁丝，让学生感到发热和越来越硬的现象，接着说明变形中材料内部的组织结构的变化，然后让学生分析由此带来哪些性能的变化，以此解释加工硬化的成因[3]；讲到同素异构时，可引入沙俄时士兵所领的军大衣扣子被“贪污”，后被科学家解释是因为锡具有同素异构转变，由此讲解这个知识点就变得容易且有趣了。关于淬火热处理工艺的例子更是引人入胜。历史故事相传，三国时诸葛亮带兵打仗，请当时的著名工匠蒲元为他的军队制造了3000把钢刀，蒲元运用了“清水淬其锋”的热处理工艺，使钢刀削铁如泥，从而打败敌军。从这个故事可知，淬火的主要目的是为了提高钢的硬度；讲授热处理工艺路线的拟定时，采用我校学生金工实习的45号钢的小锤子，可根据使用要求，给出小锤各部分力学性能指标，制订小锤的加工工艺路线，设计热处理方案，选择实验设备，确定工艺参数。经过这样的过程使学生懂得要根据使用条件来确定使用性能合理选材，要提高生产效率，必须制订最佳工艺路线，对本课程理解会更加深刻。

（二）专题讨论法

课程的重要环节采用“自由讨论法”“文献精度法”“攻擂法”。在教学过程中可根据课程的重点和难点，开展类似铁碳相图、材料的选择等专题讨论课。教师提前将讨论的内容、要求和相关文献布置给学生，引导学生学习查询资料的技能，然后由小组形成报告，讨论当天由小组选出代表发言，其他小组可以提出赞成或反驳意见，发言加分、不发言扣分。发言小组守不住自己的观点惩罚方式是继续准备该讨论课题，直到打擂成功。

课堂讨论教学法是在教师的指导下，以讨论方式完成学生自学、自讲的一种教学方法。在教学实践中，主要是围绕一些具有启发性或争论性的问题来进行课堂讨论。在课堂讨论过程中，教师及时抓住学生讨论时的闪光点加以鼓励和评价，引导讨论不断深入[4]，在倾听完学生的讨论后会及时进行总结点评。这样的“教与学”能有效地开发学生的创新思维，增进学习交流，使学生真正成为学习的主人，有利于调动学生的积极性、培养学生独立思考问题和解决问题的能力。而教师也在此过程中能发现学生学习中的疑难问题，从而使教学更有针对性。

（三）归纳总结法

由于工程材料课程的基本理论知识比较繁杂，学生之前的知识结构中没有相应的认知同化点，需要理解记忆的很多。为了让学生能在较短时间内掌握教学内容，在教学过程中采用归纳总结法将教材中分散的内容进行了归纳、比较和总结，便于学生学习理解。

譬如在学习铁碳相图时，相图复杂知识点多、难记忆，讲解铁碳合金组织和性能的变化规律时，为使学生在“成分—组织—性能”之间建立起联系，给学生提炼了六点、五线、三转变和两温度的提纲后，学生就可以很好地掌握和理解铁碳相图；又如C曲线的教学中，如果照本宣科，学生对C曲线的物理意义理解不透。为使学生更好地理解，将C曲线提炼为两条曲线、三条水平线、六个区域、一个特征和三种类型转变[5]，通过这样的分解使学生清楚地了解C曲线的物理意义和工程应用，可取得事半功倍的效果。

（四）翻转课堂法

传统的班级授课制的教学有两个最大的问题，一个是很难激发学习者学习的主动性，另一就是很难按照每一个学习者的学习进度开展教学。翻转课堂教学模式就是为解决这两大问题而发展起来的[6]。

首先教师通过Focusky动画演示及Camtasia Studio录屏软件，结合课程PPT及网络资源制作相关学习内容的微课；第二步创建一个名为“工程材料”的QQ群，作为学生课前学习交流的公共网络平台，让每位学生各自申请一个QQ账号，并以本人学号+姓名作为群标志名加入QQ群中；第三步教师把录制好的教学视频和课前练习上传到QQ群的群共享，要求学生观看教学视频，完成课前练习，并把学习过程中遇到的疑难问题发布到群论坛上面，以便于帮助教师掌握学生的学习情况从而设计出更为科学的课堂学习活动，同时，也方便学生之间分享交流；第四步，课堂上根据课前视频的观看，对课程内容进行讨论，教师进行适当的引导和总结。

例如，在讲合金结晶时原子的扩散理论时，教师可将这个知识点通过动画演示制作成微课，课前让学生观看，并根据内容由简到难设置了几个问题：原子的扩散分为几种，每一种扩散的机理是什么、是如何进行的，原子扩散和晶体形核长大有什么内部关联性，合金结晶和纯金属结晶有哪些异同点。经过视频动画讲解，每一个都不太难了。课堂上请一些学生来回答，提问的时候学生都在思考，稍简单一些的问题学生答对了，对难懂的问题进行必要的解释。最后，把这些问题串起来解决了这个教学难点。

二、课程实验教学的改革

“工程材料”的传统实验主要是验证性的，而综合实验则更强调学生的主体性，要求学生拿到任务书后，首先进行实验方案的设计，而设计方案需要理论知识作为基础，并需要查找相关文献资料。通过小组讨论及教师指导的方式确定方案的可行性，并根据具体条件在实验中验证。设计方案的过程一方面调动了学生的积极主动性，另一方面综合分析应用了所学的理论知识，强化了其理论联系实际的能力。

例如，可以將碳钢的热处理、工程材料硬度测定和碳钢的热处理组织观察三个项目的内容进行整合，改名为碳钢硬度测定及热处理组织观察，即在热处理、硬度测定的基础上增加了组织检测的内容。学生在实验过程中自行确定工艺参数并进行数据处理和分析，对钢进行热处理工艺操作，得到不同热处理式样，通过金相显微镜观察组织，硬度计测试试样的硬度，最终分析组织和性能之间的关系。学生在完成综合性实验时，既锻炼了实践操作技能，又对钢的成分、热处理工艺、组织及性能之间的关系有了较深刻的理解。经过整合，工艺—组织—性能这条主线完整地贯穿于实验之中，使学生充分认识热处理工艺、组织、性能之间的联系。实验结束后现场给学生进行实操打分，完成实验分析报告后，安排做PPT进行答辩讲解，将制作好的金相式样图片展示给大家，根据所撰写的实验分析报告和答辩情况做出综合评价。

三、课程考核方式的改革

课程考核方式改进为多元评价体系，即平时表现（30%）+综合实验（30%）+课程综合作业（40%）。平时表现包括课堂表现、课堂活动参与程度及平时作业情况；综合实验考核内容包括方案设计及验证过程、结果及实验答辩；课程综合作业则采取分组做综合大作业的形式，期末对大作业进行答辩，如让每组学生选择某特定机械零件，根据工作环境综合分析其使用性能要求，结合使用要求进行选材、制订加工工艺路线、选择适当的方式强化处理并制订热处理工艺规程等。这种多元的评价体系可以帮助学生更好地理解和应用基础知识，并达到与工程实践相结合的目的。

四、结语

通过教学方法、课程实验及考核方式的改变，学生课堂参与度得到了很大的改观，提高了学生学习材料的兴趣，理论联系实际的能力也得到了一定的提高。

参考文献：

[1]武晓峰，陈淑英，屈华，等.工程材料及其成型技术课程改革的探索与实践[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2015，17（1）：103-105.

[2]马世榜，张洪峰.《机械工程材料》课程教学改革的探索与实践[J].广西轻工业，2009（11）：168-169.

[3]邹慧，纪朝辉，冯日宝.《工程材料》教学中工程能力的培养[J].职业教育研究，2011（5）：88-89.

[4]赵晓栋.《工程材料及成形技术基础》教学方法初探[J]. 科学时代，2009（2）：216.

[5]陈友伟，高莉莉.金属材料与热处理[M].江苏：江苏大学出版社，2014.

[6]张金磊，王颖，张宝辉.“翻转课堂”教学模式研究[J].远程教育杂志，2012（4）.