应用型本科机械类专业工程材料课程教学改革研究.pdf

206 科研课题 科研课题 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料摘要：工程材料是机械类专业重要的专业基础课，文章针对该课程课时少、概念多、系统性差等现状，结合教学过程中遇到的实际问题，对课程的教学内容、教学方法、考核形式等进行改革研究，以期改善教学效果，提升教学质量。关键词：工程材料课程；教学改革；课程考核分类号：G641；TH140工程材料课程是普通高等学校机械类专业的专业基础课之一。学生通过对该门课程的学习，能够获得机械工程材料的相关理论及知识，可以达到根据机械零件的工作状态及功能需求，完成对零件材料的初步选择，并且能够制定出相应零件的加工工艺路线1。随着教学改革的持续推进，工程材料课程学分学时减少，以宁夏大学新华学院（以下简称“学院”）机械工程专业为例，工程材料课时数由原来的 48 课时降为32 课时，然而该课程概念多、内容杂、系统性差，出现了教学学时少与教学内容多的矛盾，增加了教师授课压力，降低了学生学习动力。因此，如何运用现有教学时数有效传递关键知识点并确保教学质量，是所有教育工作者值得深入探讨的课题。1 机械类专业工程材料课程的教学现状1.1 基本概念繁多工程材料覆盖的知识面较为广泛（包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料以及复合材料），因此课程当中，基本概念和基本理论占据了较大比例，使学生学习动力和学习兴趣降低。因此，如何把繁杂的概念和材料的成分、组织、性能以及热处理工艺相结合是该门课程需要重点解决的问题。1.2 内容抽象工程材料中有很多材料的显微组织，如铁素体组织、珠光体组织等，内容抽象而且无法直观看到其形貌，使学生对该部分内容的理解程度较低。目前，教师主要还是采用传统教学方法，很难把这些抽象且繁杂的内容高效地讲授给学生，学生在听课过程中，也失去了对该门课程的兴趣和学习动力，无形中给教学过程的进行带来了困难2。1.3 教学手段相对落后工程材料课程缺少教学辅助资源，教学录像和教学模型不足。例如，在材料的结构部分，晶体和非晶体、体心立方、面心立方和密排六方等结构无法直观形象地展示给学生，若借助教学模型为辅助工具，教学效果将显著提升。然而，目前仅能依赖图片作为教学辅助，学生仅能接触到局部现象，难以将抽象概念具体化，学生难以充分理解和吸收相关知识。而且，课堂中主要还是以老师为中心，学生不能完全融入课堂，因此课堂氛围不够活跃，学生也只是被动听课，课堂效果和效率都大打折扣3。1.4 教学内容单一随着材料科学的发展，很多新材料、新工艺相继问世，授课教师和部分学生也在关注材料发展的相关信息，并且也对其中部分内容较为感兴趣。但是由于课时的压缩，典型材料的相关内容在有限的课时中已经占据了相当大的比例，很难再分出一部分时间为学生拓展新材料的发展动态和趋势，造成学生对当前材料发展状况的不了解和不熟悉，缺乏科研意识和主动学习的动力。1.5 考核方式单一当前，学院大部分专业课的考核仍然以期末考试成绩为主来决定学生的最终成绩。按照学院的考核方式，该课程的考核由 20%的考勤成绩+30%的过程考核成绩+50%的期末成绩组成。考勤成绩通常是以到课率来衡量的，但是部分学生到课堂了，并没有真正应用型本科机械类专业工程材料课程教学改革研究*赵慧琴宁夏大学新华学院，宁夏 银川 750001*基金项目：宁夏大学新华学院 2022 年本科教育教学改革研究项目资助“应用型本科机械类专业工程材料课程教学改革研究”（2022xhjg006）作者简介：赵慧琴，女，硕士，助教，研究方向为化工过程机械。文章编号：2096-3092（2024）02-0206-03207造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月造纸装备及材料 第 53 卷 总第 227 期 2024 年 2 月 科研课题科研课题听课，而是低头玩手机、打瞌睡等；过程考核成绩通常以提交的作业成绩为主，但工程材料课后作业以概念测评居多，学生通常是抄书或者抄袭同学的作业，导致交上来的作业不能真实反映学生课堂上的学习情况；期末考试题目以基本概念、材料的组织和性能等为主，使部分学生上课不专心，考前靠死记硬背也能通过考试，不能体现学生的学习水平和能力。这门课程属于教考分离，上课知识点比较多，学生不容易找到重点，必须通过平时的积累才能够掌握整门课程，因此该课程与其他课程相比，课堂活跃性不高，考试通过率低。此种考核方法不能够客观地反映学生的学习情况，也不能客观体现教学效果。2 机械类专业工程材料课程的教学改革措施基于以上教学现状，考虑应用型人才培养目标，需要对课程内容进行精简整合，丰富教学方法和手段，改善考核方式，积极开展课程教学改革以提高教学质量。2.1 教学内容改革（1）突出教学重难点内容。工程材料知识点多而杂，系统性差，因为课时量的压缩，在授课过程中必须认真执行教学大纲，将知识内容的学习目标进行分级，分为了解、熟悉、掌握三个等级，在课时上也要根据这三个等级进行合理分配。例如，对于必须掌握的内容分配较多课时，如铁碳合金相图中不同成分合金的结晶过程、结晶后相组成物和组织组成物相对含量的计算、热处理过程中冷却组织的转变等，在工程材料的选用中，增加一些典型零件的选材原则，培养学生初步掌握制定热处理工艺的能力4。（2）整合优化教学内容。工程材料课程以材料的四要素（成分、组织、工艺、性能）为主线，教学过程紧扣应用型工程技术人才培养目标，以材料设计、应用为导向，强化学生工程观念，锻炼工程实践能力，对工程材料部分教学内容进行整合优化，减少理论部分的讲授，同时根据产业发展的趋势，结合地方产业特色，将工程材料教学内容分为四个部分：材料性能、材料结构、热处理工艺、工程材料选用，教学过程按材料四要素串联各部分的知识点，教学实施更具有层次性。（3）丰富更新教学内容。为了教学质量的提升，学生视野的拓展，学习兴趣的提高，在教学中加入目前的新材料、新技术、新工艺，不断更新和丰富教学内容，增强学生的学习兴趣和科研意识。在信息快速传播的时代，对于课程的学习，不能仅通过教材的内容来学习，还需要通过各种各样的渠道寻找教学资源，不断加入新内容，使学生在学完工程材料后，既可以掌握基本的材料学知识，又能了解到目前最新的材料、工艺等，提高学生的科研创新能力。同时，随着科技的进步和国际化进程的推进，很多国家标准进行了合并或修订，在课堂授课中要及时将改动的地方进行调整。另外，可以教学生怎样利用互联网检索和查询相关文献资料，向学生推荐一些国际和国内知名的学术期刊，例如 Elseviser、Springer、CNKI 等。另外，还可以向学生介绍一些学术论坛、公众号，例如热处理论坛、机械工程材料、热处理小讲堂等5。（4）融入课程思政元素。在课程中融入思政元素，例如，在绪论部分，介绍材料发展史时，可以给学生介绍中国在材料及成形技术方面的作品，如后母戊鼎、越王勾践剑；在提到新材料时，可以向学生介绍中国在发射神舟系列飞船方面的伟大成绩，了解本专业研究领域、热点和应用。在讲述钢的热处理、钢的牌号等内容时，要根据目前材料、热处理发展的现状，考虑对环境、社会可持续发展的影响。以上思政元素都能够起到加强学生的爱国热情和民族自豪感以及提升文化自信、促进学生更加爱国、树立使命与担当意识的作用。（5）引入工程案例。在工程材料的理论教学中合理地嵌入学生熟悉的工程案例，从学生的真实感知入手，将抽象的理论与学生的工程认知结合起来，帮助和引导学生理解思考问题，使学生容易理解和掌握这些知识，引导学生将书本上的理论知识应用到实际的工业生产之中，从而逐步提升学生的工程应用能力，也使学生感受到学习本课程的作用6。2.2 教学方法改革工程材料课程涉及的专业名词多，知识覆盖面广，所涉及的内容杂，系统性条理性不足，教学方法需要根据不同的内容实时调整，以提高学生的学习兴趣，提升学习质量。（1）充分利用发达的网络环境。以多媒体作为教学工具，能够将一些抽象难懂的专业名词、显微组织以及具体的机械加工方法形象、直观、具体地展示给学生，丰富课堂内容，提高学生的学习兴趣。在课程当中，合理利用网络素材，将传统教学中难懂的内容，利用动画、视频等方式展示出来，提高课堂的趣味性208 科研课题 科研课题 2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料2024 年 第 2 期 总第 227 期 造纸装备及材料和吸引力，进而提高学生的学习兴趣，提升学习效率。在课堂教学完成前后，引导学生课前课后自主学习，让学生能够在课下随时根据自己的学习情况，选择相应的课程完善自己的专业技能、丰富实践知识。（2）合理利用碎片化学习时间。随着现在短视频的迅速发展，人们把大量的碎片化时间投入其中，教育工作者恰好可以利用这一点，将工程材料中相似的、易混淆的重要知识点制成小视频进行讲解，长度约 3 5 min，如铁素体、奥氏体、马氏体这一组概念，都是碳溶解在铁晶格中形成的间隙固溶体，放在一起进行对比讲解，就会看出来它们的不同点。借助短视频，将这些内容做成微视频，利用微信、QQ 等工具提供给学生观看学习，将学生的碎片化时间充分利用，帮助学生理解和掌握这些概念的不同之处。（3）引入翻转课堂教学方法。对于新材料的讲解可以采用翻转课堂的方式，对学生进行分组，让学生以小组的形式课下查阅收集相关文献资料，整理归纳，每个学生有不同的分工，将课堂交给学生，让每个学生来讲解各自负责的模块，介绍目前工程上用到的新材料，激发学生的学习主动性，调动学习兴趣。（4）理论联系实际教学。对于有实验条件的课程内容，应尽量通过实验的方式开展教学。课本中相关材料的性能实验，与企业联系，带学生到实验室，自己动手做实验，如低碳钢的拉伸实验、冲击韧性实验以及材料的金相实验等，锻炼学生的动手实践能力，加深对知识点的理解；带领并指导学生到企业中参观认识以及生产实习，邀请企业专家为学生讲解课堂上接触到的材料、加工工艺等，加强学生对于所学知识的理解和掌握，培养学生的工程概念和工程应用能力。2.3 课程考核方式改革工程材料这门课目前的考核方式是 20%的考勤成绩+30%的过程考核成绩+50%的期末成绩。考核方式改革要在考试的基础上进行发展，通过多样化的考核方式，更加客观公正地评估学生的学习成果，同时也能促进学生的多元化发展。（1）考勤成绩。学生不得迟到和早退，课前、课后主动学习，课堂中可以主动回应老师的教学互动，愿意参与到课堂教学环节中，保证在课堂中高效学习。（2）考核成绩。考核成绩包括阶段测试和小组成绩，工程材料内容分为四个部分，每一部分结课后进行单元测试，以每次的单元成绩作为过程考核成绩的一部分；小组成绩是翻转课堂时，将学生分成小组，以 PPT 的形式进行小组讨论汇报，提交小组论文，介绍新材料、新工艺，给出小组成绩，提高学生的参与积极性。（3）期末成绩。将考试内容分为两部分：第一部分主要考核学生对书本知识和课堂补充知识的掌握和熟练程度；第二部分用工程实际问题来考核学生的综合能力，例如做齿轮时，可以选用渗碳钢来做，也可以选用调质钢来做，那么这两种材料各有什么优缺点，应采用何种热处理工艺来满足最终的使用性能，这种开放性的试题有多种合理的答案，可以充分客观地考查学生在学习过程中应用知识的能力、设计创新能力、解决复杂工程问题的能力。3 结束语通过采用以上教学改革措施，学生学习的主动性和积极性有了较大的提升，教师通过课堂讲授和多媒体相结合的方法，提高了学生对所学内容的理解和掌握程度，对后续专业核心课程中的课程设计以及最终的毕业设计都能起到一定的基础作用，提高学生对所学知识的应用能力。同时，通过优化教学内容，并结合启发式、问题式、案例式等教学方法，拓宽了学生的视野和思路，大幅提升了学生的学习兴趣，课堂氛围活跃。在未来的教育教学中，需要继续加强教学改革，找到更加适合学生的教学方法，不断提高教学效果。参考文献1 温昕,王素娟,房丽萍,等.“碳中和”背景下高分子材料与工程专业课程教学改革J.化学教育(中英文),2023,44(10):51-55.2 张楚虹,聂敏,刘新刚,等.双碳背景下材料科学与工程选论课程教学改革探讨J.高分子材料科学与工程,2022,38(6):178-181.3 陆佳平,卢立新,丘晓琳,等.包装工程专业包装材料与结构课程群建设J.包装工程,2021,42(增刊1):81-84.4 段海娟,王英.基于ADDIE模式的土木工程材料实验课混合式教学探索J.实验室研究与探索,2021,40(8):159-162.5 田华,刘德宝,韩婷.新工科背景下PjBL课程教学的设计与实施:以天津理工大学“工程材料及其成形前沿”课程为例J.高等工程教育研究,2021(4):59-65.6 朱美华,奚鹰,陆佳玮,等.构建问题空间理念在工程材料教学中的实践J.机械设计,2020,37(增刊2):290-292.