模具工程師人才培養材料科學基礎教學范文

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摘要：南京工程學院材料成型及控制工程（模具設計）專業是首批“卓越工程師教育培養計劃”試點專業。材料科學基礎是該專業重要的專業基礎課程，課程中基礎理論較多，內容涉及面廣且抽象枯燥，概念性和理解性內容并重，重點難點較多。基于模具卓越工程師人才培養要求，結合本校實際情況，從課程教學內容、教學方式與手段、實踐教學以及考核評價等多個方面對材料科學基礎課程教學進行改革。

關鍵詞：卓越工程師人才培養；材料科學基礎；教學思考

材料科學基礎是材料成型及控制工程專業的重要必修專業基礎課，內容涵蓋材料科學的基礎理論，各類主要工程材料特點與應用，以及材料改性基本途徑，主要研究材料的成分、結構、性能和應用之間關系及變化規律。通過該課程的學習，學生不僅可以掌握材料科學基本理論，還初步具備合理選擇和使用材料、正確選擇加工方法及安排制訂加工工藝路線的能力，學會分析、解決工程實踐問題，建立基本的工程思維方式[1-2]，對于培養應用技術型人才至關重要。課程教學總學時為96，其中理論教學88學時，實踐教學8學時，一般在大二上學期開設，為后續材料成型概論、金屬塑性成形原理、壓鑄工藝與模具設計等多門課程學習奠定基礎。如何使課程教學滿足卓越工程師人才培養的要求，是值得深思的問題。

一、優化教學內容，貫通重要知識點

根據材料成型及控制工程（模具設計）專業特點，立足于材料科學基本問題，在全面介紹材料共性知識的基礎上，以金屬材料為重點，適當介紹高分子材料等共性與個性特點內容，兼顧材料科學系統性和實踐性。講解結合鍵和材料結構時，重點介紹金屬鍵、金屬晶體結構及其對材料性能的影響，簡單介紹離子鍵、共價鍵、離子晶體、共價晶體以及高分子材料結構，重點難點分明。按需要將材料領域前沿研究成果融入課程教學，不斷優化完善教學內容。在介紹先進凝固技術時，介紹其凝固材料（如單晶、非晶、微晶、準晶等），擴大學生知識面，引發學習興趣。在教學實踐中，注意通過工程實踐實例強化各部分知識的銜接及連貫應用[3]，突出材料的綜合應用。在介紹鋼鐵材料時，以滲碳鋼為例，介紹滲碳鋼的概念及其工作環境和應用場合，然后引出其對材料成分的要求，列出常見滲碳鋼牌號（如20鋼、20CrMnTi鋼）。聯系鐵碳相圖及合金元素對鐵碳相圖的影響，分析鋼材組織性能特征，聯系熱處理原理和工藝分析鋼材正火、滲碳、淬火和低溫回火的作用、工藝特點、組織特征和性能特點，在深化材料成分、結構、性能和應用關系的同時，有效促進了知識鞏固、理解和綜合運用。

二、多元化教學方式，夯實專業基礎

（一）靈活運用案例式和討論式教學改變傳統的單純講解的授課形式，對某些章節內容（如典型零件選材及工藝分析）采用案例式和討論式教學方法，活躍課堂氣氛，引導學生參與教學活動。以齒輪類零件選材為例，單純的課堂講解很枯燥，采用案例式教學時列舉學過的滲碳鋼齒輪，分析其應用場合（如高速、大沖擊的中載和重載齒輪），然后拓展到其它工作環境（如低速、小沖擊的輕載齒輪或高精度齒輪）使用的齒輪材料及其工藝。再如，以軸類零件選材為例進行討論式教學，將學生分為若干小組，探討不同工作環境下軸類零件工作條件、主要失效形式和性能要求，然后進行選材和工藝制定。上課時每個小組派代表上臺講解，其他同學點評補充。通過教學方法的調整，有效調動了學生參與教學活動的熱情，加深了對齒輪或軸選材的認識，理清了思路，也提高了知識綜合運用能力。

（二）自主探究式學習，讓學生“動”起來在一章內容講解結束時進行總結，提出與后續新知識有關的問題，引導學生認識各個章節內容之間的邏輯關系。針對提出的問題，讓學生利用課外時間查資料，準備和講解教學內容，教師課堂上作點評、補充和總結。通過這種換位方式的學習，學生不僅主動思考，掌握了相關知識，又鍛煉了語言表達能力，培養了科學探索精神，提高了發現、分析和解決問題的能力。章節內容總結工作也可以由學生自己完成，學生通過對本章內容的歸納和整理，找出重點難點，理清各知識點的聯系與區別，使所學知識系統化、條理化，加深對所學知識的理解和記憶。

（三）以科研促進教學材料科學基礎是一門基礎理論和工程實踐緊密結合的課程。材料工程學院師資力量較強，科研能力、水平較高，科研項目較多，為教學提供了基礎條件。教學過程中，將課程理論知識與生產實踐和科研中遇到的問題相聯系，使學生對所學理論知識有了更形象的認識和深刻的理解。例如，講到材料表面技術時，與鎂合金表面改性方面的研究相結合，有利于學生對知識的掌握以及理論聯系實際。此外，本校每年開展的各級大學生科技創新項目也是學生參與科研、理論用于實踐的重要平臺，可有效促進學生對所學知識的理解和掌握，培養科技意識和創新精神，提高實踐能力[4]。

（四）穿插小故事，引人入勝在相對枯燥的理論講解中，經常穿插一些與知識點相關的小故事，可以吸引學生注意力，調節課堂氣氛，也能讓學生感受到材料學科與人們生產、生活之間的關系。比如，在引入熱處理內容時，介紹“蒲元識水”這一成語故事，引導學生認識古人即了解水質對鋼淬火質量的影響。再如，在介紹鋼中常存雜質元素對其性能的影響時，引入電影《泰坦尼克號》加深印象。另外，現代通訊飛速發展離不開半導體硅，具有記憶功能的智能材料可能實現人類各種異想天開的想法，等等。

三、綜合多種教學手段，提升教學效果

（一）多媒體教學材料科學基礎課程教學內容多，部分內容比較抽象、枯燥[5]，有時語言很難描述，如晶體結構、位錯運動等，形象的影像或者圖片展示有助于吸引學生注意力，加大課堂容量，突出重、難點[6]。需要說明的是，多媒體教學課件展示的內容應該層次清晰，可以脫離教材獨立理解，但又和教材密不可分。雖然多媒體課件彌補了傳統教學方式的不足，但也需要板書的配合，如對杠桿定律計算鐵碳合金室溫組織組成物和相組成物相對量的講解等。

（二）微課與翻轉課堂挑選課程中較難理解的內容，制作多個微課視頻，學生結合自身學習情況，在課前和課后進行微課預習、復習和鞏固，增加學習的時間與空間維度。這種借助于現代信息技術的教學手段，符合學生學習習慣，取得很好的學習效果。材料科學基礎課程教學的另一個新途徑是翻轉課堂[7]，這種模式有利于激發和維持學生的學習動力，培養自主學習與協作學習能力，并通過教師在課堂上的進一步輔導加強學生對課程教學內容的吸收內化。比較簡單的章節可嘗試采用這種模式，如陶瓷材料、復合材料、功能材料特點和應用等。

四、加強實踐教學，注重能力培養

（一）改革實驗項目，提高工程能力目前，材料科學基礎開設了金相試樣制備與金相顯微鏡使用、鐵碳合金平衡組織觀察、鋼熱處理與組織性能分析、鑄鐵及有色金屬組織觀察4個常規實驗，以驗證性為主，綜合性不足。卓越工程師培養更注重工程實踐能力和創新能力[8]，因此，必須增設綜合性、設計性實驗，可結合科研和工程實踐開展。例如，針對失效零件分析失效原因，查找資料，提出解決方案，并付諸實施，觀察組織和測試性能，從而實現對學生動手能力、實踐技能、工程綜合能力、分析和解決問題能力的培養，提高解決實際工程問題能力。

（二）“翻轉訓練”，深化實踐教學將“翻轉課堂”理念用于實踐課程即為“翻轉訓練”。學生在課前觀看實驗視頻，如利用金相顯微鏡觀察鐵碳合金平衡組織、熱處理爐使用和硬度測試等，然后在課堂上進行學生間的合作式探究學習和師生間的互動交流[9]，有利于學生對抽象理論和知識的學習，也能鍛煉綜合運用知識和技能的能力。除此之外，依托大學生創新創業訓練計劃項目，將部分實驗室資源向學生開放，使課程教學與科學研究相輔相成。

五、重視過程考核，改革考核方式

實施卓越計劃重點不是培養研究型人才，而是培養企業工程師。傳統教學模式下，學生的平時成績由考勤及作業來體現，期末考試以一張試卷定論，這種評價模式致使部分學生平時抄作業，上課混日子，考前突擊背書應試，不利于獨立思維能力拓展以及創新能力培養[8]。為此，加大平時成績比重，加強平時教學過程考核，激發學生平時學習的積極性和主動性，及時消化教學內容，避免考前突擊，更有利于專業能力的提高。平時作業類型可適當增加論文型和工程實踐型作業，需要學生查閱文獻、分析和解決問題，有助于獨立思考和綜合能力的提高。考核內容既包括基礎知識和基本理論，又要注重考查實踐應用能力和創新意識。考試題型可適當降低傳統的選擇、填空、判斷題和簡答題題量及分值，加大綜合分析題分值，并設置任選題項或答案不唯一題型，降低純記憶性考察內容比例，注重考核學生應用知識分析和解決實際問題的能力。

參考文獻：

[1]黃奧，張美杰，顧華志.互動式授課模式實施及對學生學習自主性的促進作用[J].中國冶金教育，2017（4）：18-21.

[2]付曉燕.材料科學基礎有效教學探究[J].中國冶金教育，2017（6）：8-9.

[3]趙云霞，白佳海，周燕.《材料科學基礎》課程教學改革探索[J].教育教學論壇，2017（39）：112-113.

[4]談淑詠，王再友，柳秉毅，等.基于產學研的應用型本科人才創新能力培養的思考與探索[J].中國電力教育，2014（33）：32-33.

[5]馬愛瓊，任耘，武志紅，等.《材料科學基礎》課程教學改革[J].廣州化工，2017，45（17）：176-178.

[6]陳豐，劉成寶，錢君超.材料科學基礎多媒體教學探討[J].環渤海經濟瞭望，2017（8）：148.

[7]梁瑋，牛亮峰，董振偉.“互聯網+”時代的《材料科學基礎》課程教學[J].山東化工，2017，46（17）：141-144.

[8]王海燕，孫昊，王藝慈.基于“卓越工程師培養計劃”的金屬學與熱處理課程教學改革[J].中國冶金教育，2017（4）：12-13.

[9]劉翔，夏旭輝，龔園，等.“翻轉訓練”教學模式探究[J].中國冶金教育，2017（5）：27-29.

作者：談淑詠 巴志新 白允強 陳舒恬 章曉波 單位：南京工程學院