_工程材料_课程教学改革初探

文章编号:1671-3753(2001)01-0048-03工程材料 课程教学改革初探收稿日期:2001-06-19作者简介:王章忠(1963-),男,工学硕士,副教授,主要研究方向:材料研究与应用,表面工程。

王章忠(南京工程学院材料工程系,江苏 南京,210013)摘 要:分析了机械类专业 工程材料 课程改革的必要性,并从教学目的、教学体系、教学内容与教学方法等方面探讨了该课程教学改革的设想,且已在教学实践中加以应用。

关键词:课程改革;工程材料;机械设计与制造;材料加工;材料选择中图分类号:T B3 G423.07 文献标识码:AProbing on Teaching Reform in the Courseof Engineering MeterialsWANG Zhang zhong(Dept.of M aterials Eng ineering,Nanjing Institute of Technolog y,Nanjing 210013,China)Abstract:The article deals w ith the necessity of reform in the course of eng ineering m aterials for the me chanical eng ineering major,and the overall design of the teaching reform in the course from the aspects of teach ing purpose,teaching system,teaching content,and teaching methods.Some thoughts in this article have al ready been applied to teaching practice.Key words:course reform;engineering materials;machine design and manufacture ;materials machining;materials selection1 引言材料技术与机械工程关系极为紧密,在机械工业中的突出作用主要表现在:它是机械产品质量的重要保证,为机械设计提供依据,能不断推进机械制造技术的发展,并导致新兴产业的形成。

工程材料 是机械类各专业学生必修的一门重要技术基础课,传统的课程教学要求是提供后续课程所必需的有关材料方面的基础理论和基本知识,其课程教学体系是将材料类专业学生所应掌握的知识进行!浓缩处理∀,教学内容则通常包括金属学基础、热处理原理与工艺、常用材料介绍等三大部分。

在所用的教材和实际教学过程中,过分强调了材料学科的理论性与系统性,这固然有其可取之处,但由于传统的课程教学忽视了教学对象不是材料类专业而是其非材料类专业(如机械、动力、能源、化工等专业)这一客观事实,在基础理论上提出了过高或过多、不必要的要求,如晶体学、合金相图、热处理原理与工艺等知识,耗费了大量教学时数并误导学生的学习目的和任务要求。

在教学重点上没有强调在工程实践中合理选择材料、正确应用材料这一重要的教学思想。

其实用性和实际效果往往不够理想,这已为毕业设计所证实:大部分学生连常用材料的牌号与基本特性都没有搞清楚,更谈不上如何合理选第1卷 第1期2001年9月 南京工程学院学报JO U RNAL OF NAN JI NG INST I T U T E O F T ECHNO LOG YVo l.1,N o.1Sept.,2001材、正确用材、选择加工方法并制订工艺路线。

可以想象,学生在今后的工作中难以胜任产品的设计与制造工作。

为了扭转这种不利局面,满足学生在材料学知识结构、特别是材料应用能力方面适应实际工作的需要, 工程材料 课程改革势在必行。

笔者在多年的教学工作中,深深地认识到这一点,并在以下几方面提出了一些设想且进行了实践。

2明确教学目的与要求,学以致用机械类专业的学生毕业后主要从事产品设计与制造工作,而材料的选择与加工是其必不可少的重要环节;在材料科学发展日新月异的今天,选材用材愈加成为提高质量、降低成本的重要手段。

显然,对材料知识的要求,机械设计工程师与材料工程师不同,既有深度上的差异,而且侧重点也不一样。

材料工程师的主要任务是开发新材料、挖掘材料的性能潜力,故而必须深入了解材料内部的组织结构变化与性能间的关系及规律,并以此作为材料的成分设计和组织设计的依据。

而机械工程师的侧重点是正确选材、用材,并合理地选择加工方法、制订工艺路线,他们需要的是与工程设计与制造紧密相关的材料知识及其运用能力,在一般地了解各类材料的特点与适用范围的基础上,更主要的是应掌握零、构件在不同服役条件下的失效形式,根据服役条件对性能的要求,通过分析、对比,选择先进而又经济的材料,并对所用的材料选择合适的加工方法、安排正确的加工路线。

因此,机械类专业 工程材料 课程教学目的与要求必须符合机械工程师实际工作需要,强调学以致用。

3改革课程教学体系,适应新的教学任务要求多年的教学实践证明:传统的 工程材料 课程教学体系把材料类专业学生所学的基本内容经浓缩、简化后介绍给机械类专业的学生,并不能达到或增强正确选材、用材,选择合适的加工方法,并制订优化加工路线的教学目的。

为此,应有一个完全不同的教学体系,即由传统的!浓缩简化∀型改革为!重组整合∀型。

如果把工程设计中常用的材料知识、力学知识与具体零件设计结合起来,把工程制造中常用的加工方法与材料的工艺性能结合起来,并合理地优化安排加工工艺路线,预期会收到更好的教学效果,提高学生的实际工作能力。

把工程设计、制造和选材、用材结合起来介绍工程材料的基本知识与运用能力,在国外也是20世纪80年代末才开始探索的新教学体系,如英国的剑桥大学等少数高校;在20世纪90年代中期,国内极少数高校,如西安交通大学也开始尝试这种教学改革实践,这彻底地打破了传统的 工程材料 教学体系,着眼于机械工程师的材料学基本训练,既拓宽了工程知识面又加强了应用针对性,值得我们推广与发展。

4重组整合教学内容,加强应用性与先进性现行的传统 工程材料 教学内容机械地强调了材料学科的系统性与理论性,一般由金属学基础、热处理原理与工艺、常用工程材料介绍等三大部分组成。

实践证明,这种教学内容的组织与安排存在以下三大弊端:其一,不能满足选材、用材、正确选择加工方法并制定加工路线的教学目的要求;其二,在理论联系实际、运用材料学知识解决机械设计与制造过程中有关问题等方面尚嫌不足;其三,在有限的教学时间内,系统掌握这三大部分知识实际上很难做到。

重组整合后的 工程材料 教学内容本着!加强基础、突出重点、注意应用、适应面宽∀的原则,由三大部分组成:第一部分讲述材料学基础,主要解决材料成分组织变化规律及与性能之间的关系,在保证必需的基本概念与基本理论的基础上,重点简化处理晶体学知识(如晶面、晶向指数、过多的位错结构理论)、相图知识(如相图的建立分析方法)、热处理原理与工艺规范(如相变原理、具体热处理工艺参数等),此部分作为讨论材料性能与选材、用材的必要准备知识,只作概括性的叙述。

第二部分是重点,主要讲述选材、用材知识及其与机械设计和制造的关系,从机械设计与制造角度出发,介绍零件在不同的服役条件下的失效方式及其对性能的要求,确定零件抵抗失效的性能指标,结合常用材料基本特性,进而合理地选择材料、使用材料。

第三部分讲述材料49第1卷第1期王章忠: 工程材料 课程教学改革初探与加工方法的关系,提高对所选材料正确选择加工方法、合理制订零件的加工路线的能力。

重整的教学内容在适度保证了材料学科理论性与系统性的基础上,突出加强了运用材料知识解决设计与制造过程中的相关问题,并注意到知识的先进性,如增加了材料表面改性新技术、选材与加工的技术经济性评价、新型结构材料与功能材料等反映学科发展及新材料技术等内容。

5改进教学方法,提高教学效率 工程材料 课程涉及范围广,既有基本概念与基本原理,更有实践与工程应用。

目前的教学模式基本上属于传统的!知识传授型∀,教师以课堂灌输为主,谓之!死∀教书、教!死∀书;学生以被动接受为主,谓之!死∀读书、读!死∀书。

单调枯燥的教学形式造成了!教者难,学者更难∀的不利局面,教学效果难以得到保证。

改进教学方法是提高教学质量与教学效果的重要途径。

虽然课堂教学仍是课程教学的主要形式,但关键是要改变!教师机械灌输、学生被动接受∀的传统方式。

笔者在实际教学过程中改进教学方法的具体措施有:#上好绪论课。

绪论课的重要性经常易被忽视或降低,实际上,绪论课对课程学习至关重要,应给学生讲清课程的性质、目的与作用,解决!为什么学,学什么,怎样学∀的问题,从一开始就提升学生学习的兴趣,克服或避免学生一想到材料课就不感兴趣而产生逆反或抵触心理(据调查,这种心理存在带有一定的普遍性)。

∃采用启发式和问题式(又曰发现式)相结合的教学方法,侧重培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

教师在讲授过程中,不应只顾自己的思路去表述知识或分析问题(所谓!独角戏∀),更重要的是要引起学生的响应,诱导学生开动脑筋,积极参与,让学生与教师同步思维,从而调动学生学习的主动性和积极性。

要让学生相信自己能够解决问题,并诱导他们如何正确地、科学地思考问题,发展他们对掌握知识的探索和创新精神。

在实际教学过程中,应注意既要讲!所以∀(结论),更要讲!之所以∀(推理);既要传授知识(鱼),更应强调思路与方法(渔),实现!教是为了不教的目的∀。

如!位错强度理论∀是材料学的一个重要概念,学生难于掌握,采用启发式与问题式教学方法后,学生只需很少的时间就可充分理解并灵活运用。

%注意理论联系实际的教学法。

理论联系实际的重要性无需强调,但要真正做到此点则不太容易。

这首先要求教师本人有丰富的科研与工程实践的知识及能力,其次要让学生认识理论与实际的有机联系,从中理解和掌握科学知识,最终培养他们运用理论知识解决实际问题的能力。

如淬透性概念是一个易混淆、难掌握的内容,采用联系其实际应用进行讲解,便可使学生充分理解这一概念。

&改进习题类型与结构,增加大型综合选材与加工设计作业。

传统教材上的习题主要来自于大小标题,其本意是强调对基本概念与基本原理的理解与掌握,但这种题型内容往往可从书上直接找到答案,学生没有思维的动力和机会,往往仅起到死记硬背知识的作用,无法促进学生对知识的综合运用、分析与创新的能力发展。

因此,习题应以综合性思考题为主,这种题型应尽量与实践应用相结合,其已知条件也应尽量避免!显性∀直接给出,其答案无法从书上直接找到,必须经过学生综合运用基本知识,并进行正确的逻辑思维才能得到结论。