雷 聲，龔 雪，李 云，吳躍波，楊啟耀

(安徽建筑工業(yè)學(xué)院，安徽合肥230022)

“工程材料及其成形技術(shù)基礎(chǔ)”是高等院校機(jī)械、材料等類學(xué)科必修的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課程。作為技術(shù)基礎(chǔ)課程，教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法在多年的實(shí)踐中已得到了較好的提煉與升華。但隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，教學(xué)改革與國際接軌，本課程的性質(zhì)也在逐漸發(fā)生變化。

人類社會正從工業(yè)時(shí)代走向信息時(shí)代，社會的深刻變化，必然導(dǎo)致大學(xué)的教育理念的變化。為了充分體現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)、材料科學(xué)與工程、現(xiàn)代信息技術(shù)等學(xué)科的交叉與融合，使理論、實(shí)踐與創(chuàng)新結(jié)合在一起，應(yīng)當(dāng)對本課程教學(xué)體系進(jìn)行改革，使本課程教學(xué)體系更加完整、系統(tǒng)。對本課程教學(xué)體系的改革，筆者從以下幾個方面進(jìn)行了探索。

1 課程教學(xué)的時(shí)代性

本課程的教學(xué)目的在于探討如何將材料應(yīng)用到工程實(shí)踐的各個領(lǐng)域中，闡述材料及材料成形技術(shù)的相關(guān)原理。本課程的教師授課應(yīng)理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)合學(xué)科前沿，理順教學(xué)內(nèi)容與科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的關(guān)系，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有一定的深度，教學(xué)方式應(yīng)富有啟發(fā)性，有利于學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

原課程體系不僅內(nèi)容陳舊，所覆蓋的知識面也相對較小［1］。本課程應(yīng)當(dāng)在總學(xué)時(shí)減少，內(nèi)容增加的情況下，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，使之具有先進(jìn)性和前瞻性，能體現(xiàn)現(xiàn)代教育思想的發(fā)展趨勢。

中國正在向制造業(yè)大國迅速發(fā)展，材料科學(xué)與工程對國家經(jīng)濟(jì)及社會的興旺發(fā)展至關(guān)重要。學(xué)習(xí)本課程時(shí)，應(yīng)立足于科技進(jìn)步和社會發(fā)展，去理解本課程的基礎(chǔ)性和重要性。近幾十年來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了材料領(lǐng)域的迅速發(fā)展。沒有高純度的半導(dǎo)體材料，就沒有微電子技術(shù);沒有耐數(shù)千度高溫的耐燒蝕材料和涂層材料，人類遨游太空的夢想就無法成為現(xiàn)實(shí)。先進(jìn)材料及先進(jìn)材料工藝對國家的生活水平、安全及經(jīng)濟(jì)實(shí)力起著關(guān)鍵性的作用。先進(jìn)材料是先進(jìn)技術(shù)的奠基石，當(dāng)材料按特定方式加工時(shí)，技術(shù)才得以發(fā)展，才能促成社會進(jìn)步。先進(jìn)的材料和工藝方法已成為改善生活質(zhì)量、提高工業(yè)生產(chǎn)率以及經(jīng)濟(jì)增長的基礎(chǔ)［2］。

不斷開發(fā)和使用材料的能力是任何一個社會發(fā)展的基礎(chǔ)之一。材料也是處理諸如環(huán)境污染、自然資源的不斷減少和回收利用等一些緊迫問題的工具。材料科學(xué)與工程的一個關(guān)鍵原則——組織結(jié)構(gòu)、性能和加工工藝是緊密相關(guān)的。對應(yīng)用于各個不同工程領(lǐng)域的不同種類的(固體)材料，我們都將介紹材料的結(jié)構(gòu)、性能及工藝之間關(guān)系的重要性。近年來，精確地控制材料的成分和組織結(jié)構(gòu)的加工合成工藝的發(fā)展，使電子設(shè)備和系統(tǒng)的微型化、低能耗成為可能，并帶來了電子技術(shù)革命，生產(chǎn)出了計(jì)算機(jī)、移動電話和智能手機(jī)等產(chǎn)品，并且這一技術(shù)革命將繼續(xù)影響現(xiàn)代生活的各個方面。給學(xué)生講解這些內(nèi)容，有利于學(xué)生認(rèn)識本課程的重要性。

2 課程改革的主要措施

2.1 課程內(nèi)容的現(xiàn)代化

本課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)適合現(xiàn)代社會的需求，因此必需適時(shí)更新。課程內(nèi)容的拓展主要體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合材料科學(xué)及材料成形技術(shù)的前沿，在教學(xué)中，應(yīng)及時(shí)借鑒和吸收與本課程有關(guān)的最新科研成果并及時(shí)講授給學(xué)生，讓學(xué)生了解本課程國內(nèi)外的最新動態(tài)，以開拓大學(xué)生的知識面。

社會所需要的是既滿足特定性能又符合經(jīng)濟(jì)、成形加工和環(huán)境要求的材料。這就要求培養(yǎng)的學(xué)生要面向各類材料、具有材料科學(xué)與材料加工方面比較全面的綜合知識。我們原先使用的教材有很大局限性，原因是它們幾乎主要都是針對某一類材料編寫的，而能夠跨越某種材料類別劃定的界限、能全面反映各類材料知識的高質(zhì)量專業(yè)教材較少。

本課程以材料的成分、工藝、組織和性能的關(guān)系為主線強(qiáng)調(diào)材料學(xué)的共性［3］，國內(nèi)把工程材料一般分成3 類:金屬材料、非金屬材料和復(fù)合材料，或分成4 類:金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料。而國外有些學(xué)者把工程材料主要劃分為:金屬、陶瓷、聚合物、復(fù)合材料和半導(dǎo)體。盡管金屬材料仍是使用量最多的材料，但本課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)涉及材料科學(xué)與工程的廣闊領(lǐng)域，論及各種類型材料，包括金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、聚合物以及由這些材料構(gòu)成的復(fù)合材料。尤其是將各類材料有機(jī)地融合在一起，全面、系統(tǒng)地論述材料的結(jié)構(gòu)、物理性能(包括磁性、電性、光學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)方面的性能)及化學(xué)性能。應(yīng)當(dāng)將金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料等不同類型材料的共性部分有機(jī)地融合在一起，大幅度增加新材料、新技術(shù)、新工藝的內(nèi)容，形成完整的“工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)體系。

材料成形部分教學(xué)內(nèi)容也在原來的熱加工(鑄造、鍛造、焊接)基礎(chǔ)上增加快速成形技術(shù)、激光立體成形技術(shù)、陶瓷材料成型加工、高分子材料成型加工等內(nèi)容。

人類社會的未來應(yīng)該建立一種以物質(zhì)閉環(huán)流動為特征的經(jīng)濟(jì)，即循環(huán)經(jīng)濟(jì)，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展所要求的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙贏(即在資源環(huán)境不退化甚至得到改善的情況下促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長)的戰(zhàn)略目標(biāo)［4］。制造業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)和生產(chǎn)模式將與社會和環(huán)境融為一體，形成一個面向循環(huán)經(jīng)濟(jì)的制造系統(tǒng)。所以，本課程教學(xué)內(nèi)容還應(yīng)當(dāng)涉及材料工程的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、再生等問題。材料所處的環(huán)境是必須關(guān)注的因素，因?yàn)樗鼘Σ牧系男再|(zhì)及其變化的方式有很大的影響。我們知道材料與它們的環(huán)境之間有很多相互作用的方式，比如腐蝕機(jī)制、紫外線對聚合物的降解以及對材料性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響等。我們不僅要關(guān)注環(huán)境對材料的影響，也應(yīng)關(guān)心材料對環(huán)境的影響，關(guān)心由污染和循環(huán)使用所引起的問題。機(jī)械和材料工程師在尋找一種既能滿足各項(xiàng)特定的性能又能滿足經(jīng)濟(jì)、加工和環(huán)境要求的材料時(shí)，將要考慮到各種材料。

2.2 不斷開拓新的教學(xué)資源

為了獲得一流的教學(xué)效果，我們在原有教學(xué)基礎(chǔ)上不斷開拓新的教學(xué)資源，對教學(xué)內(nèi)容、實(shí)物照片、動畫和視頻資料都進(jìn)行了大幅度擴(kuò)充，形成了立體化教學(xué)模式。本課程基本素材庫內(nèi)容多達(dá)4G 左右，課程內(nèi)容非常豐富，插圖如彩色金相顯微組織的圖譜，包含了大量國外原版同類教材上的插圖、照片、Flash動畫和近百段教學(xué)視頻等資料。這些內(nèi)容既直觀、形象、生動，又節(jié)省教師的講解時(shí)間，同時(shí)也加深了學(xué)生的理解和記憶，并且可以提高學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)物照片來源于相關(guān)電子雜志、國外原版教材、企業(yè)資料，有些則是任課教師自己拍攝的。教學(xué)視頻資料來源于國家精品課程以及各名牌高校精品課程。我們還針對課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)，制作出部分知識點(diǎn)的動畫、結(jié)構(gòu)圖、視頻等。

材料成形加工技術(shù)的內(nèi)容與實(shí)際生產(chǎn)緊密聯(lián)系，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，各種加工過程僅靠單純講解很難使學(xué)生弄懂。將材料成形過程的知識通過圖片、動畫、視頻等生動地展示在學(xué)生面前，增強(qiáng)了工程背景知識，拉近了課堂教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的距離。本課程幾乎所有主要熱處理過程、材料成形過程都有視頻資料，因視頻資料總時(shí)數(shù)太多，故上課時(shí)僅放映一部分，大部分提供給學(xué)生課外觀看。比如講解鑄造中機(jī)器造型的工藝原理和過程，由于過程復(fù)雜，學(xué)生單憑課本中幾幅原理圖在短時(shí)間內(nèi)很難理解，用動畫或視頻演示則使學(xué)生非常容易理解和記憶。學(xué)生觀看這些視頻，對實(shí)際生產(chǎn)過程會有所了解，從而較容易建立起完整的材料成形加工的概念。

傳統(tǒng)和現(xiàn)代的2 種教學(xué)方式可以揚(yáng)長避短、相得益彰。最近高等教育出版社和機(jī)械出版社出版的工程材料及成形技術(shù)方面的教材，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了更新，在精選傳統(tǒng)加工工藝方法的基礎(chǔ)上，較大篇幅地引入現(xiàn)代材料成形技術(shù)和材料成形工藝自動化等學(xué)科前沿領(lǐng)域的最新成果。教師應(yīng)對本專業(yè)有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并且授課時(shí)要結(jié)合自身的科研成果，多講實(shí)際應(yīng)用例題，給學(xué)生留下深刻的印象。

2.3 教學(xué)改革與國際接軌

美國麻省理工學(xué)院等國外名校的優(yōu)質(zhì)開放教育資源對擴(kuò)展人們的知識面、提高個人素質(zhì)、傳播和共享社會知識、推動高等教育的全球化等方面做出了重要貢獻(xiàn)。發(fā)達(dá)國家對于開放課程資源的項(xiàng)目建設(shè)和應(yīng)用研究已經(jīng)積累了許多成功經(jīng)驗(yàn)［5］。網(wǎng)絡(luò)是教師和學(xué)生獲得國內(nèi)外本專業(yè)和課程教學(xué)資源的重要工具。

為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)與國際接軌，本課程在教學(xué)內(nèi)容上還參考了國外幾本最新的同類教材，內(nèi)容全面、新穎，授課時(shí)可使學(xué)生了解國外教材的體系和內(nèi)容。通過幾年的努力，我們吸取了發(fā)達(dá)國家同類課程的經(jīng)驗(yàn)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，逐漸形成新的并符合我校師生的教學(xué)內(nèi)容體系。

通過選用合適的外文原版教材和資料，引進(jìn)國外先進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，可以加快傳統(tǒng)課程的現(xiàn)代化改造步伐。本課程參考教材主要選用英文教材《the Science and Design of Engineering Materials》(James P.schaffer 等著)，該英語原版教材結(jié)合了很多在機(jī)械、航空、電子及化工等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步的最新案例，可有效避免我國教材內(nèi)容陳舊等問題，并充分體現(xiàn)了材料、機(jī)械、控制、管理與計(jì)算機(jī)等學(xué)科之間的交叉和融合。

本課程在教學(xué)中還把國外原版教材或外文資料作為課外讀物推薦給學(xué)生，多媒體課件中對所有重要概念、詞匯均用中、英2 種文字進(jìn)行描述，課程的部分板書和大部分講解均為英語，在該課程結(jié)束時(shí)，參加學(xué)習(xí)的學(xué)生已經(jīng)具有相當(dāng)強(qiáng)的工程材料領(lǐng)域外文資料閱讀能力。目前國內(nèi)有很多企業(yè)使用進(jìn)口鋼材，講授鋼鐵材料時(shí)，課件中還包括中、美、俄、日、德鋼材對照表，在給學(xué)生講授國內(nèi)鋼材的品種和類別的同時(shí)還講授各國鋼材分類編號的基本原則。

2.4 案例教學(xué)

案例教學(xué)作為一種教學(xué)方法在國外已有悠久的歷史，而在我國的課程教學(xué)中采用還不普遍［6］，研究它有助于彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法的缺陷、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。所謂案例就是為了一定的教學(xué)目的，圍繞選定的一個或幾個工程問題，以實(shí)際過程為素材對某一實(shí)際問題的客觀描述。

我們把“挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)”這個案例作為一個主線貫穿整個教學(xué)過程。在教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)部分(基本原理、微觀結(jié)構(gòu)演化、材料選擇和功能設(shè)計(jì))，都涉及到與挖掘機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)的幾個材料問題，這些問題只能用該部分闡述的概念來理解。這種教學(xué)方法使學(xué)生能夠做到先見森林后見具體的樹木。所討論的案例也使我們能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)學(xué)生已經(jīng)熟悉的課程內(nèi)容中的各個重要知識點(diǎn)聯(lián)系起來。對于多數(shù)學(xué)生而言，案例研究能幫助他們理解教材內(nèi)不同知識點(diǎn)的關(guān)系，能使他們把全部內(nèi)容和知識點(diǎn)“貫穿成一個整體”。

教師在授課時(shí)不僅應(yīng)把本專業(yè)的基礎(chǔ)知識、最前沿的技術(shù)發(fā)展動態(tài)講授給學(xué)生，更重要的是將如何進(jìn)行創(chuàng)新性思考和怎樣尋求解決問題的方法傳授給學(xué)生。在課程教學(xué)中，通過一些實(shí)際例子將前章節(jié)所介紹的原理與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，以解決實(shí)際生活中那些基于材料的工程問題。因而，教學(xué)中引入的每一個概念，教師應(yīng)盡力為學(xué)生介紹他們所熟知的技術(shù)方面的重要應(yīng)用。在多數(shù)情況下，教師從描述一個熟悉的事件開始討論主題，然后就為什么會發(fā)生那樣的結(jié)果提出問題。這種方法啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)，使他們能夠?qū)局械母拍罴由罾斫?，增?qiáng)學(xué)生解決問題的能力，在這個過程中使他們對學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。課前先給出綜合性的分析題，課上讓學(xué)生各抒己見、廣開言路，課堂氣氛十分活躍。

解決一個具體的問題，如材料選擇問題，需要學(xué)習(xí)、了解材料領(lǐng)域的知識。如果學(xué)生能通過他們經(jīng)歷過的應(yīng)用和例子來不斷地充實(shí)、強(qiáng)化自己，他們就能更好地理解材料和工程的理論。教師還可通過生活中有趣的情景為學(xué)生介紹課程中的重要思想。通過剖析更貼近現(xiàn)實(shí)情況的具體案例，讓學(xué)生把所學(xué)的理論知識運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)的“實(shí)踐活動”中，以提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際問題的能力。

教材中的概念和基本原理是固定的，是很難更改的，而那些開放的設(shè)計(jì)型問題，是沒有所謂的“唯一正確答案”的，學(xué)生們可以放開想象，提出有效的解決方案和“正確”的答案。筆者認(rèn)為，大多數(shù)工程問題都有多個合理的解決方案，并且還必須考慮到環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性。在大多數(shù)情況下，一種材料的選擇是一個反復(fù)權(quán)衡的復(fù)雜過程，對給定的問題極少有唯一的“正確”答案。對一個挑選材料的問題，通常有多個“正確”的答案，實(shí)際工作中必須在研究幾個可行的方案后作出最后選擇，如汽車油箱材料，采用鋁合金、不銹鋼、工程塑料都可以認(rèn)為是合適的選擇。通過解決這些綜合性設(shè)計(jì)型問題，有益于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。

3 結(jié)束語

為了適應(yīng)21世紀(jì)人才培養(yǎng)的需求，本課程在內(nèi)容和課程體系上作了較大的改革和創(chuàng)新，但好的效果還需經(jīng)過多次教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證才能得以實(shí)現(xiàn)。以后應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步對課堂教學(xué)的內(nèi)容、方式、方法進(jìn)行探索，提出更加有效的實(shí)施方案。構(gòu)建一個具備現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展的時(shí)代特征，以現(xiàn)代教育思想為宗旨的新型“工程材料及其材料成形技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)體系。

［1］孫康寧，李愛菊.工程材料及其成形技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2009:1－31.

［2］陳培里.工程材料及熱加工［M］.北京:高等教育出版社，2007:1－3.

［3］龐國星.工程材料及其成形技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005:1－5.

［4］李健，顧培亮.論循環(huán)經(jīng)濟(jì)的制造業(yè)技術(shù)選擇與保障措施［J］.現(xiàn)代財(cái)經(jīng)，2001，21(4):35－39.

［5］楊進(jìn)中，張劍平.國外開放課程平臺及課程開發(fā)模式研究［J］.中國電化教育，2012，303(4):80－87.

［6］張家軍，靳玉樂.論案例教學(xué)的本質(zhì)與特點(diǎn)［J］.中國教育學(xué)刊，2004，1(1):48－50.