《工程材料》课程的教学改革与探索

2022-10-02

材料作为人类社会发展的三大支柱之一, 它的重要性也越来越为人们所认识。机械类专业的学生在毕业后将主要从事机械产品的设计与制造工作, 而选材是整个设计、制造过程的一个重要环节, 在材料科学与工程日新月异的今天, 材料的选择与正确应用愈加成为提高产品质量、降低成本、节约能源和开发新产品的一个重要手段。因此, 材料知识作为机械工程师的必备素质是不言而喻的[1]。

《工程材料》是机械、材料、机电等机械专业的一门重要技术基础课, 是从基础课学习过渡到专业课学习的桥梁。该课程理论深, 内容抽象, 有大量的术语和定义, 学生掌握难度较大[2]。因此为了提高应用型本科院校人才培养的质量, 迫切需要改革目前单一、枯燥的教学方式和手段, 提高机械类学生的设计能力和实际应用能力, 为创新型、复合型人才的培养及其它实践性较强的课程改革提供有益参考。

1 传统教学方法存在的问题

在《工程材料》课程的传统教学中, 一般是老师在课堂上进行多媒体和板书教学, 讲课速度快。由于知识点繁杂且理论难度大, 学生不容易接受, 且随着后续章节的深入, 难点更多, 与前面的知识无法衔接, 从而导致学生学习的积极性大大被削弱, 而老师讲解起来也需要花费更多的气力来帮助同学复习前面的知识点。因此教学效果不佳, 最终导致老师不愿意教, 学生也不愿意学这种局面。另外由于学生头脑里没有一些基本概念的感性认识, 老师即使运用多种手段也很难让学生理解, 从而导致老师和学生间的之间真正交流较少, 不利于高质量教学效果的实现。

2 教学手段的改革

2.1 把心理学知识运用到实际教学中去

教育心理学里面有一条很重要的曲线-艾宾浩斯遗忘曲线, 其主要表明了在学习的过程中遗忘的快慢是不均衡的。在学习结束的较短时间内, 遗忘的速度很快, 遗忘的内容也很多, 接着, 这种下降的趋势就变得较为缓慢, 遗忘的速度有所减慢, 数量也有所减少, 最后则在很长时间内基本不再变化。遗忘的过程可简述为“先快后慢”[3]。根据上述的遗忘曲线, 教师在讲授《工程材料》时, 不定时地和同学们一起复习前面提到的知识, 以加深对这些知识的掌握。通过多次的复习同学们对讲授过的知识点都非常清楚, 教师讲起课来也比较轻松, 同学和任课教师之间也可以建立良好的沟通关系。大家可以共同探讨一些难以理解的专业知识, 这同时也培养了同学们分析和解决问题的能力。

2.2 开展习明纳课程模式的探讨

为了提高同学们的创新能力和动手能力, 任课教师还开展了习明纳课程模式的研究。教师把本班同学分成几个小组, 给每个小组一个设计方面的题目, 题目没有现成的答案, 需要他们查阅大量的文献资料, 再结合本小组同学的独特设计才能完成。该课程模式的建立提高了同学们查阅文献的能力, 同时也培养了他们的协作和创新能力。通过该课程模式的实践, 同学们分析和解决问题的能力进一步得以提高, 也克服他们的畏难情绪, 树立了他们的自信心, 为后续的毕业设计的完成奠定了良好的基础。

2.3 开展启发式和问答式教学

由于《工程材料》课程知识点多, 需要学生记忆的内容也较多, 学生学习起来很吃力。特别是有些重点内容学习时需要有先验知识或感性认识, 而同学们由于对这方面的知识接触较少, 讲授时如果单纯采用满堂灌的教学方式, 将会造成同学们各部分知识间的混淆和概念不清。因此任课教师在总结教学经验的基础上采用了启发式和问答式教学, 主要方法是在讲授相关知识点时不急于给出问题的答案, 而让同学们在启发下得出自己的解答, 这样虽然讲授时的速度会慢一些, 但课堂效果较好, 也能得到广大同学的认可。同时对于一些容易产生混淆的地方教师会经常地提问部分同学, 让其讲解其中的相同点和不同点, 从而使同学们都能在别人回答问题的同时真正思考该问题, 从而加深对上述知识的认识, 并进一步巩固相关的知识点, 达到能灵活应用的目的。

2.4 课堂讨论教学

为了提高同学们学习的兴趣, 教师还开展了课堂讨论教学法。该方法主要是在每一章节即将结束的时候开展一次课堂讨论, 主要讨论一些本章节与前述章节重要知识点之间的相关性以及从中可以推论出的结论。讨论课上同学们被分成三个小组, 每个小组讨论后给出自己的解答, 并阐述这样解答的原因, 最后教师在对比各小组讨论结果后进行总结, 让同学们进一步加深对该部分内容的理解和掌握。例如有一次课堂讨论的内容是:直径为10mm的45钢和T12钢试样在不同热处理条件下得到的硬度, 如表1所示, 请分析说明: (1) 不同热处理条件下的显微组织 (填入表1的显微组织栏中) ; (2) 冷却速度, 淬火加热温度、碳含量对钢硬度的影响及其原因; (3) 回火温度对钢硬度的影响及其原因。

通过这样的课堂讨论, 同学们很容易地就记住了在什么热处理条件获得什么样的最终组织, 也明白了不论是45钢还是T12钢淬火后其硬度都随着回火温度的增加而不断降低。同时也理解了冷却方式不同所获得的组织和硬度也会有很大的不同, 从而加深了对热处理相关知识的掌握。

3 教学方式的改革

3.1 动画课件的制作与运用

《工程材料》课程需要掌握的知识点多, 而且很抽象, 同学学起来费时费力但效果不明显。为了加深同学对一些抽象知识的掌握开发了动画课件, 动画课件可以比较形象地表达出所教授内容地内涵, 而且容易理解与记忆。在讲授晶粒长大的内容时, 单纯靠口头讲授很难使同学理解树枝状生长的形态和过程, 而通过开发的动画就可以使同学们清楚明白了枝晶长大的过程, 先是一次晶柱的生长, 然后是在一次晶柱上生长出二次晶柱, 并依次在二次晶柱上生长出三次晶柱, 依次类推, 逐渐形成树枝状, 最后是树枝晶之间相互连接, 从而完成整个的结晶过程。同时也明白了为什么会在结晶的过程中产生枝晶偏析以及如何消除。动画课件的制作形象生动, 直观性强, 易于理解与记忆, 且印象深刻。

3.2 实验课改革

实验课在《工程材料》的教学中也起着非常重要的作用。通过实验课可进一步加深对课堂内容的理解, 更重要的是可增加同学们学习的兴趣, 并提高同学们的动手能力, 从而为高素质应用性本科人才的培养打下坚实的基础。以前开展实验课主要是老师做实验而同学们在旁边观看, 这种方法无法有效地提高同学们的动手能力不利于同学们实际应用能力和综合素质的提高。实验课改革后, 采用分小组独立操作的方法, 虽然刚开始时会存在一定的问题比如部分同学不知道如何下手、仪器有所损坏、操作不当等。但通过一段时间的实践训练后, 同学们的动手能力和实际操作能力都有了大幅度的提高, 并且大大激发了同学们探究科学奥秘的兴趣, 同学们学习理论的积极性也有了很大进步。

4 实际应用效果

通过上述的教学改革, 作者所教的两个机械本科班同学们的学习兴趣都有了明显的提高, 动手能力和创新能力也有了进一步的增强。班内同学在省科技创新比赛中获得了二等奖一项, 三等奖二项, 并且参加其它的校内外竞赛活动奖项也有所斩获。特别喜人的是经教学改革后作者所教班级《工程材料》课程的期末成绩平均成绩为75分, 还有7位同学获得了优秀成绩, 班内同学没有不及格现象, 而以前本课程期末考试时将近有1/2的同学需参考补考。

5 结语

《工程材料》课是机械、材料类本科生很重要的一门专业基础课, 该课程内容对于机械装备的选材、热处理、加工工艺的制订有着极为重要的参考价值。因此开展该课程的教学改革和探索符合应用性本科人才的培养要求, 适应提高学生动手能力、创新能力和综合素质的培养机制, 必将对应用性本科院校机械、材料类人才的培养提供有益的参考与借鉴。

摘要：分析了目前《工程材料》课程教学过程中存在的主要问题, 提出了应用型本科院校机械、材料类人才培养的教学改革措施, 并在此基础上开展了相关的教学探索与实践。

关键词：工程材料,教学改革,教学实践