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工程材料及其成型技術(shù)課程改革的探索與實(shí)踐分析論文
遼寧工業(yè)大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)我校)自從建校以來(lái)為機械類(lèi)和近機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設的唯一的材料類(lèi)型的課程為《工程材料》。該課程包括材料的基礎知識(材料的晶體結構、凝固、性能、塑性變形及再結晶等)和應用知識(熱處理、各類(lèi)金屬材料、非金屬材料以及零件的選材等)，所涉及的內容多且龐雜，其中的概念、名詞術(shù)語(yǔ)等所概述的材料內部結構十分抽象，學(xué)生聽(tīng)課或課后復習抓不住重點(diǎn)，不易理解和記憶，普遍感到困難。許多同學(xué)復習考試靠死記硬背，未能真正理解和掌握相關(guān)知識。另一方面，我校為機和近機類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設的材料類(lèi)課程缺乏材料成型部分。而對于材料的使用，幾乎都要賦予其一定的形狀。給材料賦予形狀并形成所需要的功能，是制造業(yè)的根本。因此，成形技術(shù)(工藝)是材料能否得到善用的關(guān)鍵。當前我國高校機械類(lèi)和近機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)中，材料成型技術(shù)基礎課程的實(shí)際開(kāi)課形式有3種:單獨課程、與工程材料類(lèi)課程合并及與機械制造技術(shù)基礎(原金屬切削原理)課程合并。
另外，還有一些院校未開(kāi)設這類(lèi)課程。由于歷史原因，我校自從建校以來(lái)一直沒(méi)有開(kāi)設材料成型技術(shù)類(lèi)課。鑒于該課程在機械類(lèi)和近機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)中的重要性，機械和汽車(chē)學(xué)院在制定2011年教學(xué)計劃時(shí)與材料學(xué)院商定將原工程材料課程擴充為工程材料及其成型技術(shù)課程，課時(shí)由40學(xué)時(shí)增加到48學(xué)時(shí)，仍由材料學(xué)院教師承擔，將于2013下半年在2011級機械和汽車(chē)學(xué)院各專(zhuān)業(yè)講授。新的工程材料及其成型技術(shù)課程固然在只增加少量課時(shí)的條件下涵蓋了《工程材料》和《材料成型技術(shù)》兩門(mén)課的知識，但這兩門(mén)課長(cháng)期以來(lái)各成體系，雖然有些院校對合并后的該課課程體系、內容及教學(xué)方法等做了一定的研究，但還很不成熟，有必要對此進(jìn)行深入地研究與探索。
一、課程改革的理念與目標
借本課程增加材料成型技術(shù)這一緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際課程內容的契機，改變以往重理論、輕實(shí)際的做法，在教學(xué)內容、方法及考核方式等方面樹(shù)立并體現出“突出應用、培養工程能力”的教學(xué)理念。
在新的教學(xué)理念指導下，培養學(xué)生正確選材及制定合理的加工工藝的工程應用能力為目的的指導方針，在教材選編、教學(xué)內容、方法等諸多方面進(jìn)行深入地研究和探索。通過(guò)本課程的學(xué)習，使我校機械和近機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生理解工程領(lǐng)域對材料的主要性能的要求、各大類(lèi)材料的主要特征和各種熱成型方法的特點(diǎn)，明確各類(lèi)材料的相變規律及其組織性能間的關(guān)系及材料加工工藝對組織的影響規律，掌握常用材料的組織、性能及處理工藝特點(diǎn)，最終能夠對具體的零件結合具體工況做出正確、科學(xué)、合理的選材并確定出正確的加工工藝路線(xiàn)。為我校機類(lèi)和類(lèi)機類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養工程應用型人才提供必需、充分、有用的工程材料及其成型技術(shù)的基礎知識和工程應用能力，使他們獲得優(yōu)秀的科學(xué)選材、用材和合理安排熱、冷工藝路線(xiàn)的能力。
二、合理整合教學(xué)內容，構建新的課程知識體系
為使所授機類(lèi)及近機類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生全面了解熟悉鑄造、鍛造及焊接等熱加工工藝，增加“材料成型技術(shù)”部分。該部分涉及內容多，而新設置的工程材料及其成型技術(shù)課程與工程材料課程相比，課時(shí)僅增加8學(xué)時(shí)，這樣必須壓縮《工程材料》部分的內容與課時(shí)。我們遵循新的教學(xué)理念，合理地優(yōu)化、縮減了《工程材料》偏理論部分的內容，淡化與核心內容關(guān)系不大的內容，強化基礎理論。如:在“材料的力學(xué)性能”部分，刪除材料的物理性能等內容;在“金屬晶體結構”部分，刪除立方晶系的晶面和晶向的表示方法等內容;在“合金結構鋼”部分，刪除微合金非調質(zhì)鋼、易切削鋼及低淬透性鋼。對白口鑄鐵的結晶過(guò)程及鋼的表面淬火與化學(xué)熱處理等內容僅作簡(jiǎn)單介紹。把金屬的塑性加工部分合并到材料成型技術(shù)中的鍛造部分;把典型工件的選材及工程材料的應用合并到零件失效、毛坯分析與材料選擇部分。同時(shí)，豐富與后續課程、畢業(yè)設計及工程應用密切相關(guān)的內容，如鐵碳合金相圖、鋼的熱處理原理和工藝、鋼的分類(lèi)編號及用途等，增強學(xué)生對這些內容重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題的理解和掌握，夯實(shí)工程材料理論基礎。為了培養學(xué)生的工程應用能力，使課程內容與工程實(shí)踐相結合，挖掘平時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中的相關(guān)案例，通過(guò)與企業(yè)廣泛聯(lián)系，從中獲得大量生產(chǎn)中的案例。如在“零件失效、毛坯分析與材料選擇”一章，把從企業(yè)收集的案例，經(jīng)過(guò)整理、分析后加入教材中。結合生產(chǎn)中的具體零件，在分析零件的工作條件、失效形式及對零件性能要求的基礎上進(jìn)行選材，制定加工工藝路線(xiàn)。這對培養學(xué)生工程應用能力大有益處，為他們將來(lái)從事機械行業(yè)的生產(chǎn)加工，打下了良好的基礎。
課程始終貫穿材料的成分——組織——工藝——性能之間的關(guān)系這條主線(xiàn)。以性能為起點(diǎn)，分部講授成分、組織和工藝對性能的影響，最后通過(guò)學(xué)習鐵碳合金相圖和過(guò)冷奧氏體冷卻曲線(xiàn)，綜合講解成分、組織、工藝與性能間的關(guān)系，讓學(xué)生牢固掌握“材料的性能取決于其成分、組織和工藝”的觀(guān)點(diǎn)，這樣就變分散為集中，變模糊為清晰，以利于學(xué)生建立完整體系的概念，保證了教學(xué)內容的基礎性和系統性。據此，將課程內容分為工程材料基礎理論、常用工程材料、工程材料成型技術(shù)基礎和工程材料的應用及成形工藝的選擇四大模塊，實(shí)行模塊化教學(xué)、突出材料的工程應用，并對各模塊的內容做了精心挑選與合理調整。
三、綜合運用多元化教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)效果
在課堂教學(xué)中，為使學(xué)生能夠在聽(tīng)課過(guò)程中主動(dòng)思考，緊緊跟上教師的講課思路，采用案例法、啟發(fā)式、問(wèn)題授課法、研究式與討論式等教學(xué)方法及這些方法的組合。如講授加工硬化這一重要概念和內容時(shí)，先在課堂上用舉例法演示用手彎曲鐵絲感到發(fā)熱和越來(lái)越硬的現象，用問(wèn)題授課法提出產(chǎn)生該現象原因這一本質(zhì)問(wèn)題，接著(zhù)揭示變形中其材料內部的組織結構的變化，然后讓學(xué)生分析由此帶來(lái)哪些性能的變化，以此解釋加工硬化的成因。多種教學(xué)方法的應用，有效地激發(fā)了學(xué)生對本門(mén)課程的學(xué)習興趣，提高了學(xué)習的自覺(jué)性和主動(dòng)性。
提出并初步實(shí)施了工程材料及其成型技術(shù)課程的一種新的教學(xué)方法——關(guān)鍵詞教學(xué)法。針對工程材料及其成型技術(shù)課程內容龐雜，概念繁多且課時(shí)短的特點(diǎn)，提出了關(guān)鍵詞教學(xué)法。從基本概念、章節以至全課程中提煉關(guān)鍵詞，并將它們有機地結合，將零散的知識結構化，形成關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò )，構建出課程的基石和框架。初步的教學(xué)實(shí)踐證明，這種方法有利于學(xué)生理解記憶，對提升他們的提煉、概括等學(xué)習思維能力大有益處。
在教學(xué)手段上，課堂教學(xué)板書(shū)講授與多媒體演示并重，在便于學(xué)生理解記憶的基礎上，構建出圖文并茂、聲情融會(huì )、動(dòng)靜結合的教學(xué)環(huán)境。如用板書(shū)法講解相圖中的杠桿定律、二元合金相圖的結晶過(guò)程等內容，可以充分展現邏輯思維全過(guò)程。晶體結構、缺陷和結晶過(guò)程等應用多媒體技術(shù)，可以充分展示三維立體的晶體結構特征與缺陷形貌及形成機理，動(dòng)畫(huà)演示由液態(tài)到固態(tài)的結晶過(guò)程，增加了可視性與趣味性。
四、改革實(shí)驗教學(xué)的內容與手段，培養學(xué)生的工程應用能力和創(chuàng )新能力
為提高學(xué)生的工程應用能力和創(chuàng )新能力，適應創(chuàng )新性人才培養的需要，對工程材料及其成型技術(shù)課程的實(shí)驗進(jìn)行全新的改革與設計規劃，包括類(lèi)型、方法及考核方法等。按照教學(xué)規律，劃分實(shí)驗層次，整合實(shí)驗內容，理順實(shí)踐過(guò)程，減少驗證性實(shí)驗，增加綜合性和設計型實(shí)驗。課程設置三個(gè)實(shí)驗，即碳鋼硬度測定及熱處理、鐵碳合金組織觀(guān)察和零件的選材、熱處理、性能測試與組織觀(guān)察�！疤间撚捕葴y定及熱處理”為基本技能型實(shí)驗，通過(guò)該實(shí)驗，學(xué)生能夠對工程材料及其成型技術(shù)課程實(shí)驗中所涉及的設備與儀器有一定的了解，有利于他們熟練地對這些設備與儀器進(jìn)行操作�！拌F碳合金平衡組織的觀(guān)察”為驗證性實(shí)驗，是為更好地理解和掌握鐵碳平衡相圖而設置的�！傲慵倪x材、熱處理、性能測試與組織觀(guān)察”為綜合、設計型實(shí)驗，目的是讓學(xué)生運用所學(xué)的材料及成型技術(shù)的基本原理，綜合分析給定零件的力學(xué)性能指標，以此選擇材料、熱處理及性能檢測設備，制定出相應的熱處理工藝并完成金相試樣制備、組織觀(guān)察、硬度測試及熱處理操作等實(shí)踐環(huán)節。這一綜合、設計型實(shí)驗不僅要求學(xué)生掌握課程中相關(guān)章節的內容，而且必須針對具體零件的特點(diǎn)進(jìn)行全面分析與綜合，這樣選擇的材料和制定的工藝才能合理。這對于學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的提高是大有益處的，也為他們畢業(yè)后盡早勝任企業(yè)相關(guān)的技術(shù)工作創(chuàng )造了條件。
五、實(shí)施多種課程考核方式，充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性
課程按照平時(shí)、實(shí)驗與期末考試進(jìn)行考核，分別占10、10和80分，其中平時(shí)考核由出勤、課堂提問(wèn)和作業(yè)三部分構成，克服了以往由期末考試成績(jì)決定學(xué)生本門(mén)課程最終成績(jì)的弊端，使學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性貫穿始終，形成良好的學(xué)習氛圍。通過(guò)這樣認真、主動(dòng)地學(xué)習，有利于學(xué)生全面掌握工程材料及其成型技術(shù)的基本知識和原理，為他們今后在工業(yè)生產(chǎn)中能夠熟練應用這些知識和原理打下良好的基礎。
新設立的工程材料及其成型技術(shù)課程，雖然由工程材料課程擴充，課時(shí)僅增加了8學(xué)時(shí)，但在新的教學(xué)理念指導下，通過(guò)上述在教學(xué)內容、方法與手段、實(shí)驗教學(xué)及考核方式等方面所采取的一系列改革措施，即教學(xué)內容的合理整合，教學(xué)方法與手段的多元化，實(shí)驗的創(chuàng )新性及考核方法的多樣化，充分調動(dòng)了學(xué)生學(xué)習的積極性。同時(shí)，也提高了他們的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng )新能力。
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