1、“工程材料与成型工艺基础”课程改革与探索摘 要 本文针对我校机械专业的“茅以升班”基础好、学习能力强、学习积极性高等特点，从加强培养学生创新能力、全面进行综合素质教育的目的出发,在工程材料和材料成型工艺基础课程的设置、教学方法、教学手段和实践环节等方面进行了改革和探索。 关键词 工程材料 材料成型 教学改革 创新能力 一、课程体系的改革 （一）课程改革与优势。工程材料与成型工艺基础课程是工科院校机械类专业的一门十分重要的技术基础课，也是机械类专业的课程设置中唯一的一门全面介绍工程材料与铸、锻、焊等热加工领域中的工艺方法、工艺技术以及相关基础理论的课程，为毕业生今后的设计与制造等生产技术工作具有
2、重要的指导作用。 课程的教学对象是我们学校设立的“茅以升班” （机械专业的创新班）的学生，是全校遴选出来的成绩、学习风气好的“尖子生”班，接受能力强，学生整体的学习热情比较高。该班的培养计划中课程设置比较多，每门课的学时被相对压缩。所以，本着宽基础、高效率地为学生传授综合知识的目的，将工程材料和材料成型工艺基础两门课融合、压缩成工程材料与成型工艺基础一门课，并对教学大纲进行了调整，制定了相应的教学计划。 这样的课程改革，在教学内容的设置上具有优势和特点是： 1、避免了知识的重复性 如铁碳合金相图、铸造合金、非金属材料等部分在两门课程中出现了重复的现象，这对于“茅以升班”的学生就显得浪费了时间，
3、做不必要的重复学习。 2、增加了知识的系统性 两门课合并成一门课，会使各章节的知识更加系统性。如热处理中部分的内容中，有消除应力退火工艺，而锻压成型部分的回复与再结晶也有消除应力退火的概念和叙述，很容易造成学生的知识混乱。而合并成一门课后可以更有次序、有重点地教学，前后对比便于强调和辨别其异同之处。 3、强化了各部分内容连贯性 工程材料和热处理部分，实际上是贯穿于各成型工艺的全部过程中，而合并成一门课后，就更便于始终将材料的选择和热处理方法运用在铸造、锻压和焊接过程中。这种知识贯通式的教学，不仅利于学生从知识的内在联系深度上进行有机地理解和掌握，而且使知识形象和具体化，便于理论与实践相结合。
4、（二）合并课程的难点 1、课时少。改革前的课程设置为工程材料占 40+6 学时，材料成型工艺基础占 32+2 学时，现在两门课合并成一门课为 40+4 学时。所以在短时间内让学生比较全面和充分地理解课程的内容，有一定的难度。 2、内容分散、不易突出重点。这门课实际上是涉及 4 个专业方向（材料与热处理、铸造、锻压和焊接）的专业基础、专业课，及其工艺课程的内容，课程内容宽而散。而且，从教学内容层次和角度讲，无论专业基础内容还是专业内容，最后又都直接应用在成形工艺方法和工艺技术等方面，从理论到实践跨度大，进一步增加了教学难度。 3、课程的重要性容易被忽视。在大学学习的期间，很多肯于钻研的学生，容易
5、产生“重理论轻实践、重设计轻工艺“的倾向。所以，面对逻辑性弱、概念繁多、内容分散、难于归纳重点的课程，在学生中容易普遍产生对本课程的轻视倾向。另外这门课对于机械专业的学生，不是他们的专业课，但却是机械专业不可缺少的、重要的专业基础课。而本课程内容的改革将进一步扩展教学内容的范围，在较少的学时内进行教学，更易给学生造成教学内容散的印象。 4、实验少，理论和实践容易脱节。本课程是在大二第二学期进行讲授，而此阶段的学生绝大多数的动手能力和实践感性认识仍然极为薄弱。另一方面，本课程的内容又具有很强的实践性，基本原理与理论、工艺参数的选择等内容，脱离实际的成形工艺过程就无法真正有效地讲授。因此，如何在教
6、学中加强学生实践环节的理解认识, 也是教师面临的一个重要的课题。 总之，本课程具有教学内容多、学时少、理论抽象枯燥、综合性和实践性又很强的特点和问题。同时，课程中传统内容的比例大，在现代化信息需求不断增加的现代社会，尤其是对于一批非常勤奋和综合素质高的学生，采用以往的教学内容组织方法、教学方法和教学手段已经不能满足学生的需求。 鉴于上述课程内容的困难和特点，我们认真研究各种参考教材，综合近年来工程训练中心和有关实验室的建设经验，走访、学习了兄弟院校的工程训练中心，积极开展有关课题研究，采取一系列对应措施。努力实现既能充分发挥本课程的优势，又能够克服教学中遇到的困难，从而效果更好地发挥好本课程作
7、用的目的。 二、合理组织教学内容 （一）治标需治本，基础知识是关键。通过多年的教与学的体会认为，该课程的 4 个专业方向的原理和基础知识部分依然是教学内容的关键，技术人员和生产工人之间的最大不同之处也就在于对原理的了解和用理论指导实践，但又考虑该班是非热加工专业，应避免过深的专业内容教学。所以，这需要教师首先以专业实践经验为基础，将课程内容知识吃透、达到融会贯通的效果，再用简单、形象的方法讲解其原理。 例如把整个教室的几块座位当作一个晶面内看到的几个晶粒、每个学生当作一个原子、没有座位的学生当作位错，来说明位错移动；发面和揉面的例子解释铸造和锻造的组织特点与性能；用大熔炉和小熔池来解释冶炼和焊
8、接等，让学生轻松的理解。然后把原理用于分析和解决生产实践中出现的问题，使理论知识鲜活化。 （二）注意各章节相互联系，使知识灵活化。工程材料与成型工艺基础虽然包含四个不同的专业方向，但是它们之间有密切的相互联系性和共同点。通过对比与联系教学，可将抽象、枯燥的理论内容轻松的传授给学生。如应力部分中，通过对热处理应力、铸造应力、锻压应力和焊接应力之间的联系与对比，便于学生理解残余应力的形成的本质规律、并加深记忆。通过对铸造方法、锻压方法和焊接方法之间的不同与相互联系的分析，使学生分清其各自的特点、应用及其意义。另外还对焊接连接、机械连接和黏结之间的异同对比等，将分散的内容相互联系和系统化，同时也增加
9、了学生的学习兴趣和热情。 （三）始终贯穿设计零件的主线，配合零件设计。工程材料与成型工艺基础这门课的主要目的是培养学生在零件的设计时，能够合理地选择零件材料和成型方法，设计合理的结构，制定合理的工艺步骤和参数，提高零件的使用性能。以此为主线，每学习一种成型方法时都需要温习材料选择和热处理工艺部分的内容，并对比其它的成型方法的优劣点。这样，实质上就把在最后一章才出现的“零件的毛坯选择”的内容始终贯穿在整个课程中，而不是孤立地作为一章的内容来讲。由此，可以使最后一章的讲授起到画龙点睛的作用，把这部分内容真正讲活。为此，还专门设定综合大作业，通过独立设计零件来锻炼学生的这种能力。通过对单级齿轮减速箱
10、中的各个另部件的材料和成型方法的选择等锻炼和检验学生对知识掌握的综合能力。 三、改革教学手段，提高教学质量 1、采取多媒体手段和跟踪实习，强化实践性内容。本课的整个教学过程几乎直接或间接地涉及设备工具的操作、比较烦琐的生产工艺过程、零部件结构等实践性很强的内容，讲授起来十分困难。为此，本课比较系统地遴选、制作了教学动画、录像等多媒体教学内容，使学生在较短的时间内清晰、正确地了解各个主要工艺过程。然后进一步强调讲解重要概念、突出主要机理等内容。这样既进一步强化补充了实习、实验等实践教学内容，用较少的实践有效地完成了教与学的任务。在此基础之上，跟踪学生的实习，学生拆装实习时，根据学生拆卸柴油机和自
11、行车，让学生联系课堂学的内容判断各部件的材料和成型方法及工艺；学生自己亲手制作的小锤，锤头的硬度不够，通过表面感应加热淬火和回火等热处理提高其硬度等实践，强化和加深学生对所学知识的理解。 2、提问式教学、上课回答问题。新问题的导入大多要通过对新问题的提出的方法来进行。比如，进入锻压前将铸造的主要优点和不足再强调一次，然后提出如何解决铸造组织不致密的缺点等引入锻压的知识，让学生带着疑问学习。讲到变形强化的时候提问以前是否学过其他的强化方法，引出热处理强化（相变）和合金强化，从而归纳强化的内容等。不仅仅复习了前面的内容，也帮助学生把所学知识融会贯通，并学会总结式的学习方法。 3、展开课堂讨论。通过
12、讲授和自学，结束一部分内容后。按照学习讨论小组指定讨论题目和设计题目，让各小组充分讨论后派代表在全班发表，然后接受其他同学和老师提出疑问和问题，大家展开讨论。在这种能够充分发挥学生自身能力的讨论式学习中，每个小组都认真准备，查阅了大量的文献，做了市场调查，然后从选材料成型方法结构设计制定工艺所能出现的问题及解决的方法等都做了详细的说明，并根据自己的分析提出了新的设想，学生的作品都非常优秀。更可喜的是，他们把自己小组解决不了的问题提出来让大家一起解决，相互提问和回答十分踊跃，形成了全班集体展开问与学、积极思考、热烈讨论的气氛。我们认为这是一个成功和有效的学习方法，具体的细节还有待遇进一步的细化和
13、探索。 课堂讨论不仅是对整个教学内容的概括、总结和应用，而且集中体现了该课程的主要教学目标和要求。也就是，通过该课程的学习，使学生了解在机械产品的生产过程中，优良设计、优质材料和高质量热处理对提高机械产品质量的重要意义，并使学生进一步灵活或真正掌握和应用这方面的知识和技能。同时，也起到了将 4 个专业方向的内容密切的联系起来的作用。 4、添加一些当今国际的新技术和新工艺，进一步激发学生的兴趣。在课程讲授的过程中，尽量增加国内外的相关先进技术与工艺对比的内容，让学生了解我国存在的现状和目前存在的问题和优势；讲解每一个技术、工艺的同时都相应的介绍其发展过程和目前正在研究的内容，培养学生科研意识，鼓
14、励学生创新思维，撰写论文。这样不仅能吸引学生的注意力，而且培养学生良好的科研与创新意识。 还引入了一些工程中失效破坏的实例，来引导学生学习相关的内容。如，通过对美国 911 事件大楼倒塌的原因分析，加深学生对材料性能的理解；通过永乐大钟的制造过程和前苏联过去铸造大钟断裂的事例引入学生学习铸造的兴趣；通过对德国的高速列车出轨事故分析、日本的电梯断裂事故和中国的高强度螺栓断裂分析等，帮助学生复习和灵活应用所学知识，增加他们对本课程的学习兴趣。 四、改革考试方式方法,培养学生的学习兴趣和创新思维 由于“茅以升班”都是比较优秀的学生，上课几乎没有缺勤的现象，无论是作业还是实验，成绩几乎都是优秀，所以按
15、照一般的考核对他们不适用。为此，通过增加课堂提问，课堂讨论等考核内容，来考核学生的平时的学习情况和接受能力。另外，期末考题的出题方式也很重要，进一步加大灵活性、发挥性的题量，增加多选题、综合性题目来考核学生对知识掌握的程度和灵活性。 通过以上一系列的教学措施， “茅以升班”的同学花较少的时间，效果良好地学习了实际上是工程材料和材料成型工艺基础两门课的知识，而且在考试题量和难度上均高于普通班级的情况下，卷面有 3名同学得到了 97 分，全班取得了优秀占 27、良好占 38的好成绩。 但是，虽然结果证明该课程的改革具有一定的优势和效果，但是我们是初次尝试还有一定的不足和需要完善地方。相比之下，课程的时间还显得有点不足，需要进一步适当调整教学内容、教学方法和增加自学的方式等，这些都有待于尝试与探讨！
