曹 霞

常州工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213002

機(jī)械工程材料課程是高等院校機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)必修基礎(chǔ)課程，主要教學(xué)任務(wù)是從機(jī)械工程的應(yīng)用角度出發(fā)，闡明機(jī)械工程材料的基本理論，讓學(xué)生了解工程材料的成分組成、加工工藝、組織、結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，掌握常用機(jī)械類工程材料及其應(yīng)用的基本知識(shí)等。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在掌握機(jī)械工程材料的基本理論及基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，掌握根據(jù)機(jī)械零件的使用條件和相關(guān)性能要求，對(duì)結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行合理選材及制訂零件工藝路線的初步能力。從學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)而言，機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生在畢業(yè)后主要從事機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造工作，而選材是整個(gè)設(shè)計(jì)、制造過程的重要環(huán)節(jié)，在材料科學(xué)與工程日新月異的今天，材料的選擇與正確應(yīng)用愈加成為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、節(jié)約能源和開發(fā)新產(chǎn)品的重要手段[1]。因此對(duì)于機(jī)械工程材料這門專業(yè)類基礎(chǔ)課程無論從其與其他相關(guān)課程聯(lián)系的緊密度還是從其在實(shí)際工程應(yīng)用中的情況而言，其重要性不言而喻。

我院機(jī)械類專業(yè)的機(jī)械工程材料課程共計(jì)40學(xué)時(shí)，其中課堂講授36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。該課程課堂講授內(nèi)容主要包括材料的結(jié)構(gòu)與性能、金屬材料組織和性能的控制、金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料、功能材料、機(jī)械零件的失效與選材原則、典型工件的選材及工藝路線設(shè)計(jì)以及工程材料的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要為金相試樣制備及硬度實(shí)驗(yàn)和鐵碳合金平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)。從教學(xué)內(nèi)容看，我院機(jī)械類專業(yè)的機(jī)械工程材料課程內(nèi)容豐富，覆蓋面廣，符合教育部對(duì)高等院校此課程的教學(xué)要求，但由于受到總體教育學(xué)時(shí)計(jì)劃安排的限制，該課程學(xué)時(shí)略顯不足，同時(shí)受到學(xué)校辦學(xué)條件限制以及經(jīng)費(fèi)欠缺所導(dǎo)致的相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備短缺的影響，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)類型較少，如不處理好這些因素的影響，勢必降低整體教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)我院的實(shí)際辦學(xué)條件和現(xiàn)有儀器設(shè)備，我們對(duì)該課程的教學(xué)方法和手段進(jìn)行了探討和研究，從多方面采取相應(yīng)的措施，以保證教學(xué)質(zhì)量。

1 采用多媒體教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，教育技術(shù)的手段也在不斷發(fā)展和更新，其中多媒體教學(xué)手段已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類課程的教學(xué)中。多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，優(yōu)勢明顯。在講解金屬材料組織和性能時(shí)，如果按傳統(tǒng)的教學(xué)方式，教師通常是借助教材上的灰色圖片照本宣讀，雖然也做必要的解釋說明，但這不能引起學(xué)生足夠的興趣，學(xué)生注意力不集中，難以保證課堂教學(xué)質(zhì)量。單從課程內(nèi)容而言，機(jī)械工程材料是十分枯燥而且難以理解的一門課程，一旦課堂教學(xué)效果不好，即使學(xué)生想課后自學(xué)，也十分困難，僅靠死記硬背的學(xué)習(xí)方法，學(xué)習(xí)效果必定不好。如果課堂教學(xué)中采用多媒體教學(xué)手段，通過視頻、動(dòng)畫、彩圖、聲音等多種措施，使所講的內(nèi)容直觀、具體、生動(dòng)、形象，就可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的積極性，并且教師能夠很容易地把所授內(nèi)容講解清楚，學(xué)生的理解和掌握也變得相對(duì)容易，對(duì)該課程的學(xué)習(xí)自然產(chǎn)生興趣，從而形成良性循環(huán)。另外，采用多媒體教學(xué)手段，能較為有效地解決學(xué)校教學(xué)資源不足的問題。例如：在講解材料熱處理內(nèi)容時(shí)，我院沒有相關(guān)的熱處理設(shè)備?？紤]到此部分內(nèi)容十分重要，我們借助多媒體教學(xué)手段中的視頻，把傳統(tǒng)熱處理過程講解得非常清楚，同時(shí)介紹了一些先進(jìn)制造技術(shù)，如真空熱處理等，使教學(xué)內(nèi)容更加完善。

多媒體教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，但其僅僅是一種教學(xué)手段，具體能否提高課堂教學(xué)質(zhì)量，關(guān)鍵在于教師所制作的課件的教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容是決定教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，正確把握教學(xué)內(nèi)容是提高教學(xué)質(zhì)量和效率的重要前提[2]。從學(xué)生最終培養(yǎng)目標(biāo)而言，學(xué)習(xí)該課程的目的是讓學(xué)生在從事相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作時(shí)，能夠根據(jù)實(shí)際情況合理選擇相關(guān)機(jī)械工程材料，因而，教會(huì)學(xué)生應(yīng)用是關(guān)鍵。在教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)每個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)及課程體系確定教學(xué)內(nèi)容，以應(yīng)用為核心，以實(shí)用、實(shí)際、實(shí)效為原則，刪減過時(shí)、落后的知識(shí)，引入材料科學(xué)的最新研究成果，使教學(xué)內(nèi)容處于動(dòng)態(tài)優(yōu)化中；突出成分—組織—加工—性能—應(yīng)用這條主線，適當(dāng)壓縮與主線關(guān)系不大、理論過強(qiáng)而實(shí)用價(jià)值小的內(nèi)容[3]。我院本課程在各部分教學(xué)內(nèi)容的具體學(xué)時(shí)分配上是有側(cè)重的，其中典型工件的選材及工藝路線設(shè)計(jì)以及工程材料的應(yīng)用的學(xué)時(shí)較多，而且其中的教學(xué)內(nèi)容都是教師多年來從相關(guān)工廠實(shí)際生產(chǎn)中積累的典型案例，學(xué)生畢業(yè)參加工作后，可以將所學(xué)的知識(shí)直接應(yīng)用到工作中，如各種軸承類材料這一案例對(duì)于進(jìn)入軸承類制造公司的學(xué)生非常實(shí)用。當(dāng)然，選好教學(xué)內(nèi)容，需要教師花費(fèi)很多精力，我們正在不斷積累、完善和優(yōu)化該項(xiàng)工作。

2 采用虛擬技術(shù)教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

虛擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)和各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)建模和仿真，在產(chǎn)品試制之前就能預(yù)見性地模擬出產(chǎn)品的全部制造、運(yùn)動(dòng)仿真和部分實(shí)驗(yàn)性能，從而檢測產(chǎn)品的設(shè)計(jì)正確性和工藝可行性[4]。虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)的前提是相關(guān)的工程軟件基礎(chǔ)。從一些課程的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)中引入虛擬技術(shù)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握一種實(shí)用的工程軟件，將大大提高他們的學(xué)習(xí)興趣，從而提升整體教學(xué)質(zhì)量。例如：采用三維CAD技術(shù)，基于UG，Solidworks或Pro/E等工程軟件平臺(tái)進(jìn)行機(jī)械制圖教學(xué)；采用CAM技術(shù)，基于UG等工程軟件進(jìn)行數(shù)控加工教學(xué)。實(shí)踐證明，讓學(xué)生單獨(dú)學(xué)習(xí)枯燥無味的純理論書本知識(shí)，學(xué)生不感興趣，但若能指導(dǎo)其學(xué)習(xí)和掌握一種實(shí)用的工程軟件，將顯著提高其學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。工程軟件僅僅是一種解決問題的手段，用到的理論知識(shí)源于課本，學(xué)生通過學(xué)習(xí)相關(guān)的工程軟件，自然會(huì)努力補(bǔ)充其在使用工程軟件時(shí)所欠缺的理論知識(shí)。

目前，我院在講授機(jī)械工程材料課程相關(guān)內(nèi)容時(shí)都會(huì)通過一個(gè)實(shí)際工程案例解釋虛擬技術(shù)在工程材料中的應(yīng)用，主要是基于DEFORM平臺(tái)。DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統(tǒng)，用于分析金屬成形及其相關(guān)工業(yè)的各種成形工藝和熱處理工藝。通過在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)加工過程，幫助工程師和設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工具和產(chǎn)品工藝流程，減少昂貴的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)成本，提高工模具設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)和材料成本，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期。如在教學(xué)中針對(duì)齒輪的熱處理教學(xué)，通過齒輪熱處理的模擬分析，通過DEFORM平臺(tái)直觀、生動(dòng)的圖形顯示和相應(yīng)的模擬分析結(jié)果，把所講授的有關(guān)熱處理工藝的基本理論形象直觀地表達(dá)和解釋清楚，讓學(xué)生易于理解和掌握，同時(shí)也讓他們產(chǎn)生神奇感，提高學(xué)習(xí)興趣。通過虛擬技術(shù)的應(yīng)用，有效地解決了教學(xué)中的一些難題，緩解了學(xué)院在教學(xué)中相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備短缺的矛盾，拓展了學(xué)生的思維，有利于發(fā)揮其想象力，增強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新能力。由于教學(xué)計(jì)劃總學(xué)時(shí)的限制，目前我院對(duì)DEFORM軟件并沒有開設(shè)對(duì)應(yīng)的必修課程，以教師課后指導(dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，但這并不影響學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和教學(xué)質(zhì)量，反而更有利于發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

3 采用項(xiàng)目討論教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力

項(xiàng)目討論教學(xué)法是一種以學(xué)生為主，教師為輔，教學(xué)互動(dòng)的教學(xué)方法，主要強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)際工程關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。學(xué)習(xí)主要分為四個(gè)過程——模仿、練習(xí)、強(qiáng)化和創(chuàng)新。項(xiàng)目討論教學(xué)方式主要是注重后面三個(gè)過程，即在具體實(shí)施過程中，學(xué)生根據(jù)教師所講授的實(shí)際工程案例，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，針對(duì)某個(gè)具體項(xiàng)目進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，理解和掌握所學(xué)知識(shí)，從而提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，以便培養(yǎng)創(chuàng)新能力。學(xué)生還可以根據(jù)自身情況，選擇不同難度的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目是練習(xí)類、強(qiáng)化類還是創(chuàng)新類，由教師把握。當(dāng)然也可以基于DEFORM平臺(tái)建立一些和實(shí)際工程問題類似的虛擬型項(xiàng)目，發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。學(xué)生所完成的項(xiàng)目有齒輪箱零部件的選材、醫(yī)療康復(fù)器材零部件的選材、機(jī)床零部件的選材等，在完成項(xiàng)目后，可以和其他同學(xué)討論、辯論、補(bǔ)充，最后，由教師答疑和總結(jié)，并做評(píng)價(jià)。

實(shí)踐證明，學(xué)生如果能認(rèn)真系統(tǒng)地完成一個(gè)具體項(xiàng)目，其所學(xué)到的知識(shí)以及對(duì)知識(shí)掌握的牢固程度是課堂教學(xué)不能相比的，可在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯時(shí)得到驗(yàn)證。通過完成一個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生能夠知道設(shè)計(jì)制造所選擇的材料是什么，從哪里可以查到，其性能是怎樣的，常用于哪些場合，與其類似的材料有哪些，與類似材料相比該材料有哪些優(yōu)缺點(diǎn)等。采用項(xiàng)目討論教學(xué)法，必然會(huì)增加教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，同時(shí)也需要學(xué)生較好的配合，要順利開展具有一定的難度。目前，我院主要在“卓越計(jì)劃”學(xué)生中開展教學(xué)方法改革，還處于探索階段，一些具體的項(xiàng)目、實(shí)施方法以及評(píng)價(jià)體系還有待于進(jìn)一步完善。

4 結(jié)束語

多媒體教學(xué)手段、虛擬技術(shù)教學(xué)方法以及項(xiàng)目討論教學(xué)法各有特色，應(yīng)在具體的教學(xué)過程中綜合運(yùn)用，形成互補(bǔ)，更好地發(fā)揮它們的綜合優(yōu)勢。教師應(yīng)提高備課質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性、想象力和創(chuàng)造力，全面提高學(xué)生的實(shí)踐工程應(yīng)用能力。今后，我院教師將對(duì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)以及學(xué)生評(píng)價(jià)考核體系作進(jìn)一步的研究和探索。

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