孫康寧+張景德+傅水根

摘??要：本文按照產(chǎn)品制造流程的邏輯關(guān)系構(gòu)建了“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程的知識(shí)體系和能力要求。該體系的構(gòu)建將為進(jìn)一步修訂課程基本要求（或制定課程標(biāo)準(zhǔn)）、編寫教材、加快與工程訓(xùn)練課程的協(xié)同創(chuàng)新提供重要基礎(chǔ)，為本課程教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：課程知識(shí)體系和能力體系;工程材料與機(jī)械制造;機(jī)械制造實(shí)習(xí)

“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)（金工）”課程因知識(shí)面寬、理論與實(shí)踐密切結(jié)合，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，為我國(guó)工科人才的培養(yǎng)發(fā)揮了不可替代的作用。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的工程材料及其制造技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，使得原課程的知識(shí)體系與實(shí)習(xí)教學(xué)體系已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)有各專業(yè)人才培養(yǎng)和知識(shí)構(gòu)成的需求，難以為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定必要的知識(shí)基礎(chǔ)，導(dǎo)致該課程在工科人才培養(yǎng)中的實(shí)際作用趨于弱化，基礎(chǔ)地位下降，課堂與實(shí)踐學(xué)時(shí)不斷被壓縮，教學(xué)效果和質(zhì)量受到不同程度的沖擊。因此，重新構(gòu)建“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程知識(shí)體系就顯得十分必要，也十分緊迫。在教育部機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)和工程訓(xùn)練教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)聯(lián)合立項(xiàng)的教研項(xiàng)目支持下，課題組基于近實(shí)踐類課程的教學(xué)理念，本著與國(guó)際工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)接軌、與院系專業(yè)人才培養(yǎng)深度融合的目的，聯(lián)合國(guó)內(nèi)六所高校，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對(duì)該課程新的知識(shí)體系進(jìn)行了構(gòu)建，對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)進(jìn)行了匯集，并取得了預(yù)期成果。

一、“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程原名“金屬工藝學(xué)”。歷經(jīng)教育部機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)金工課程指組近三十年的辛勤工作，先后修訂制定了“九五”“十五”“十一五”三個(gè)版本教學(xué)基本要求。分析這些教學(xué)基本要求可知，雖然課程名稱已從金屬材料拓寬到工程材料，但其知識(shí)體系仍基本圍繞金屬材料及其制造展開(kāi)，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在各教學(xué)基本要求中只是得到粗線條展示，缺少系統(tǒng)性與完整性的整理。

“十一五”以后，隨著新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn)，制造技術(shù)出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展變化，產(chǎn)品制造所涉及材料已不再僅以金屬材料為主，無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料的快速發(fā)展，正在不斷替代金屬材料而獲得廣泛應(yīng)用。制造技術(shù)也不再局限于金屬材料的冷熱加工，其中涉及各種工程材料制造的液態(tài)成形技術(shù)、塑性成形技術(shù)、連接成形技術(shù)、粉體成形技術(shù)、快速成型技術(shù)，以及各種特種加工技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)也在不斷地獲得廣泛應(yīng)用。各專業(yè)不僅對(duì)制造技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的需求在發(fā)生相應(yīng)的變化，對(duì)課程的功能和教學(xué)目標(biāo)也在不斷地進(jìn)行調(diào)整。卓越工程師培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)都不同程度地反映了這些變化。比如，本科層次卓越工程師培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[1]明確提到，要“了解生產(chǎn)工藝、設(shè)備與制造系統(tǒng)，了解本專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)”，在第3條中提到了要“具有良好的質(zhì)量、安全、效益、環(huán)境等意識(shí)”，要“具有較好的環(huán)境適應(yīng)和團(tuán)隊(duì)合作的能力等”。顯然，這些標(biāo)準(zhǔn)條款與本課程設(shè)定的教學(xué)性質(zhì)、教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)是吻合的。又如，目前國(guó)際工程教育有兩大互認(rèn)體系，一是以“華盛頓協(xié)議”為代表的工程教育互認(rèn)體系，另一個(gè)是以歐洲大陸為代表的工程教育互認(rèn)體系[2]。其中，歐洲大陸工程教育互認(rèn)體系有12條專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，第3條就明確要求所培養(yǎng)的學(xué)生要“了解所在工程領(lǐng)域的工程實(shí)踐知識(shí)以及材料、部件和軟件的屬性、狀態(tài)、制造與使用”。該要求與本課程所涉及的教學(xué)內(nèi)容和所提供的教學(xué)目標(biāo)也是完全吻合的。目前，“工程意識(shí)、工程素質(zhì)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)”，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)精神，熟悉相關(guān)領(lǐng)域的新材料、新工藝、新設(shè)備，具有環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等方面的意識(shí)，能夠綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素，掌握工程實(shí)踐中基本工藝操作等各種技術(shù)、技能，具有使用現(xiàn)代化工程工具的能力，已經(jīng)成為各專業(yè)人才培養(yǎng)的基本要求。

雖然從整體看，人才培養(yǎng)環(huán)境有利于本課程的發(fā)展，但是當(dāng)前課程發(fā)展也存在一些不可回避的問(wèn)題。首先，現(xiàn)有專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)基本要求的制定更多局限于各專業(yè)人才培養(yǎng)自身的特點(diǎn)和教學(xué)需求，缺少基于工科和復(fù)合型人才培養(yǎng)所需的頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)一指導(dǎo)，對(duì)材料與制造知識(shí)對(duì)人才培養(yǎng)的先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性認(rèn)識(shí)不足。其次，目前課程教與學(xué)中缺少對(duì)產(chǎn)品制造的整體認(rèn)知，教學(xué)內(nèi)容更多地集中于“金屬材料的制造，而不是工程材料的制造”，使課程提供的知識(shí)落后于專業(yè)的發(fā)展需求。第三，過(guò)多強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳授，忽視對(duì)能力的養(yǎng)成，對(duì)綜合能力和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練強(qiáng)調(diào)不夠，使教學(xué)目標(biāo)對(duì)能力點(diǎn)的達(dá)成缺乏明確要求。第四，教學(xué)內(nèi)容不斷增加、學(xué)時(shí)不斷減少的矛盾突出，缺少對(duì)核心知識(shí)的凝練與梳理。上述問(wèn)題都是課程發(fā)展過(guò)程中不可回避的問(wèn)題，需要在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上加以解決。

二、構(gòu)建課程知識(shí)體系的思路和方法

1.?思路

工程教育有自己的認(rèn)知規(guī)律。首先，獲取工程知識(shí)的過(guò)程始于認(rèn)知實(shí)習(xí)，遵循“認(rèn)知實(shí)習(xí)—理論學(xué)習(xí)—實(shí)踐—再學(xué)習(xí)—再實(shí)踐—探索性認(rèn)知實(shí)踐”這一規(guī)律性，具有多層次循序漸進(jìn)的特點(diǎn)。其次，獲取工程知識(shí)的最佳方式是理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，但實(shí)踐是第一位的，實(shí)踐獲取知識(shí)比理論學(xué)習(xí)獲取知識(shí)更快捷、更可靠。因此，將實(shí)踐與理論知識(shí)密切結(jié)合，構(gòu)建實(shí)踐與理論一體化的新知識(shí)體系是值得深入探究和可行的。

在知識(shí)體系構(gòu)建中，本研究將理論課的知識(shí)體系與機(jī)械制造實(shí)習(xí)知識(shí)體系、實(shí)驗(yàn)課體系進(jìn)行了交叉融合，使能力的實(shí)現(xiàn)不僅體現(xiàn)在對(duì)知識(shí)的把握上，同時(shí)也更強(qiáng)調(diào)通過(guò)對(duì)基本工藝和基本理論的實(shí)踐過(guò)程，加深對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和理解。

（1）跳出原金屬工藝學(xué)課程以金屬材料及其制造技術(shù)為主線的知識(shí)體系，基于不同專業(yè)人才培養(yǎng)對(duì)該課程知識(shí)的需求，匯集凝練不同專業(yè)人才培養(yǎng)所需的工程材料和機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)和能力點(diǎn)。同時(shí)，結(jié)合專業(yè)認(rèn)證和卓越工程師培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，按照各知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)系調(diào)整面向各專業(yè)人才培養(yǎng)的課程知識(shí)體系（含理論教學(xué)和實(shí)習(xí)部分），并在此基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的教學(xué)基本要求。

（2）按照完整的產(chǎn)品生產(chǎn)制造流程搭建知識(shí)體系框架。知識(shí)體系按照模塊化設(shè)計(jì)，包括工程材料、材料改性、材料成形、機(jī)械制造基礎(chǔ)、課程實(shí)驗(yàn)、機(jī)械制造實(shí)習(xí)等模塊，盡可能地與國(guó)際工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)接軌，以滿足不同專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。

（3）為避免理論與實(shí)踐、知識(shí)與能力相互分離，按照近實(shí)踐類課程特點(diǎn)，對(duì)課程知識(shí)和能力體系進(jìn)行協(xié)同構(gòu)建。

（4）知識(shí)點(diǎn)的征集要面向不同類型的學(xué)校與專業(yè)，使知識(shí)點(diǎn)具有選擇性。知識(shí)體系要分類設(shè)計(jì)，有充分的代表性。知識(shí)點(diǎn)的最終達(dá)成要體現(xiàn)在能力點(diǎn)上。

2.?方法

一是結(jié)合我國(guó)專業(yè)認(rèn)證和人才培養(yǎng)目標(biāo)，緊密結(jié)合國(guó)際工程教育發(fā)展趨勢(shì)，深入調(diào)研和研討機(jī)械類、近機(jī)類各專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)本課程的知識(shí)需求，匯集凝練出人才培養(yǎng)所需的各部分教學(xué)基本要求。在教學(xué)基本要求基礎(chǔ)上構(gòu)筑課程知識(shí)體系;在課程知識(shí)體系基礎(chǔ)上，構(gòu)筑能力體系;在知識(shí)體系和能力體系基礎(chǔ)上，匯集知識(shí)點(diǎn)和能力點(diǎn)。

二是結(jié)合非機(jī)類專業(yè)對(duì)材料與制造技術(shù)的跨學(xué)科知識(shí)需求（或復(fù)合型人才培養(yǎng)需求），匯集各種相應(yīng)的理論與實(shí)踐知識(shí)。

三是按照各種知識(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)的合理邏輯關(guān)系，構(gòu)筑面向?qū)I(yè)人才（或復(fù)合型人才）培養(yǎng)的課程知識(shí)體系（含理論與實(shí)踐教學(xué)），在此基礎(chǔ)上制定或修訂原有教學(xué)基本要求。

三、課程知識(shí)體系和能力要求的構(gòu)建

“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程經(jīng)過(guò)近三十年的不斷建設(shè)和發(fā)展，雖然已構(gòu)建了較完整的理論、實(shí)踐、知識(shí)、能力、素質(zhì)教學(xué)體系，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以及專業(yè)人才培養(yǎng)要求的不斷變化，課程知識(shí)體系、教學(xué)性質(zhì)、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)、能力培養(yǎng)仍然需要進(jìn)一步調(diào)整。課程知識(shí)體系應(yīng)真正從圍繞金屬材料及其制造向圍繞工程材料及其制造過(guò)渡，調(diào)整后的“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)”課程知識(shí)體系應(yīng)基于產(chǎn)品整體的制造過(guò)程（而不是單個(gè)機(jī)械零件的制造過(guò)程），教學(xué)內(nèi)容不僅要體現(xiàn)知識(shí)的傳授，更要強(qiáng)調(diào)能力的培養(yǎng);實(shí)踐能力的訓(xùn)練應(yīng)進(jìn)一步向綜合能力的訓(xùn)練與創(chuàng)新能力的訓(xùn)練轉(zhuǎn)變;為了培養(yǎng)復(fù)合型人才，應(yīng)為不同專業(yè)提供“了解所在工程領(lǐng)域的工程實(shí)踐知識(shí)以及材料、部件和軟件的屬性、狀態(tài)、制造與使用等基礎(chǔ)知識(shí)”;為了培養(yǎng)合格的工程師，應(yīng)讓學(xué)生了解、實(shí)踐必要的生產(chǎn)工藝、設(shè)備與制造系統(tǒng)。為緩解教學(xué)內(nèi)容不斷增加、學(xué)時(shí)不斷減少的矛盾，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)核心知識(shí)的凝練與梳理，使匯集的知識(shí)點(diǎn)具有可選擇性。有鑒于此，課題組擬將課程知識(shí)體系作了以下調(diào)整。

1.?課程知識(shí)體系

課程知識(shí)體系按專業(yè)認(rèn)證的知識(shí)需求和產(chǎn)品制造流程中的核心內(nèi)容，基于以下邏輯關(guān)系加以構(gòu)建：材料與制造簡(jiǎn)論—材料基礎(chǔ)與選材—材料成形—機(jī)械制造工藝—材料改性—機(jī)械制造實(shí)習(xí)（含零件的組裝調(diào)試）—產(chǎn)品。每一部分不僅涉及基本要求和知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)還賦予了能力點(diǎn)的要求。

“材料與制造簡(jiǎn)論”部分主要介紹材料與制造的歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展，介紹本課程涉及的主要內(nèi)容和制造工藝過(guò)程，目的是使學(xué)生在開(kāi)始課程學(xué)習(xí)以前從整體上了解材料與制造技術(shù)前沿，了解本課程在工科人才培養(yǎng)中的重要作用和定位，以及本課程所涉及主要教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！安牧匣A(chǔ)與選材”部分主要給學(xué)生提供材料性能和材料學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，為產(chǎn)品選材、零件改性、材料成形和產(chǎn)品制造提供材料基礎(chǔ)知識(shí)?！安牧铣尚巍辈糠种饕獮閷W(xué)生提供各種形狀產(chǎn)品或毛坯的外形制造技術(shù)，使學(xué)生了解產(chǎn)品制造首先是對(duì)外形的制造，材料成形是產(chǎn)品制造過(guò)程中不可或缺的制造技術(shù)，理解各種成形工藝在產(chǎn)品制造中具有多樣性、可替換性和選擇性，材料成形的技術(shù)基礎(chǔ)與材料和選材部分密切相關(guān)。“機(jī)械制造工藝”部分主要介紹毛坯的切削加工與精加工技術(shù)，以及特種加工與先進(jìn)制造技術(shù)，該部分與材料成形和毛坯生產(chǎn)部分緊密銜接，是產(chǎn)品獲得所需幾何尺寸和精度的重要生產(chǎn)方法，機(jī)械制造工藝在產(chǎn)品制造中同樣具有多樣性、可替換性和選擇性。“材料改性”部分涉及零件整體性能或表面性質(zhì)的改善，與毛坯和零件在不改變形狀和尺寸精度情況下改善性能的方法緊密相關(guān)，材料與選材部分是材料改性的知識(shí)基礎(chǔ)（為教學(xué)方便，該部分也可以放在材料與材料成形部分之間實(shí)施教學(xué)）。“機(jī)械制造實(shí)習(xí)”部分涉及零件的組裝調(diào)試，其前期知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)習(xí)內(nèi)容來(lái)自材料成形、材料改性、機(jī)械制造工藝，在機(jī)械制造實(shí)習(xí)中不僅要對(duì)前面所涉及工藝技術(shù)進(jìn)行實(shí)操，而且要對(duì)分散的零件進(jìn)行組裝，并對(duì)組裝后的產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試，直至產(chǎn)品出廠。該過(guò)程將涉及學(xué)生的實(shí)踐、創(chuàng)新、工程安全、工程意識(shí)、工程能力的綜合性訓(xùn)練，也是融會(huì)整門課程的重要環(huán)節(jié)。

此外，課程中將同時(shí)涉及各種制造技術(shù)的工藝性問(wèn)題、結(jié)構(gòu)工藝性問(wèn)題、工藝規(guī)程制定、工藝選擇、經(jīng)濟(jì)性分析和環(huán)境保護(hù)、實(shí)際操作能力等重要的共性問(wèn)題，從整體上體現(xiàn)和構(gòu)成對(duì)能力點(diǎn)的把握。

2.課程能力要求

課程能力體系在課程知識(shí)體系基礎(chǔ)上構(gòu)建。其中，“材料與制造簡(jiǎn)論”部分要求學(xué)生能掌握、材料與制造有關(guān)的基本概念，了解材料與制造的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，能把握產(chǎn)品制造整體工藝流程，能理解本課程知識(shí)體系及邏輯關(guān)系，清楚本課程在人才培養(yǎng)中的作用和特點(diǎn)?！安牧匣A(chǔ)與選材”部分要求學(xué)生能理解材料力學(xué)性能的物理意義及其用途，判斷在何種條件下材料會(huì)破壞與失效，能結(jié)合材料學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，分析理解工程材料的組織、結(jié)構(gòu)、性能、工藝四者之間的內(nèi)在關(guān)系，會(huì)運(yùn)用這些關(guān)系解釋材料性能和加工中的問(wèn)題，能讀懂材料的牌號(hào)及含義，能了解各種材料的主要用途，熟悉材料選材原則，會(huì)為產(chǎn)品或零件選材?！安牧铣尚巍辈糠忠髮W(xué)生能用材料成形基礎(chǔ)知識(shí)分析不同材料或成形件的工藝性好壞;在了解各種工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能為成形件或產(chǎn)品選擇合理的成形工藝;在熟悉各成形工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，會(huì)判別工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，改進(jìn)構(gòu)件不合理之處;具有制定簡(jiǎn)單成形工藝規(guī)程的能力，以及利用所學(xué)知識(shí)解釋成形件缺陷產(chǎn)生的主要原因及質(zhì)量問(wèn)題的能力。“機(jī)械制造工藝”部分要求學(xué)生會(huì)運(yùn)用機(jī)械加工基礎(chǔ)知識(shí)分析典型零件表面加工工藝性能好壞，制訂簡(jiǎn)單件工藝方案;能制定或選擇典型零件合理的機(jī)械加工工藝，讀懂工藝圖紙;會(huì)判別機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，改進(jìn)構(gòu)件設(shè)計(jì)的不合理之處;能初步分析判斷機(jī)械產(chǎn)品制造工藝的經(jīng)濟(jì)合理性和環(huán)境污染問(wèn)題?！安牧细男浴辈糠种饕髮W(xué)生能理解材料改性的目的、方法、價(jià)值和意義;熟悉熱處理工藝的目的和基本工藝;能讀懂基本的熱處理工藝，能為簡(jiǎn)單零件制定熱處理工藝;了解表面工程技術(shù)用途，能區(qū)分不同表面工程技術(shù);能結(jié)合產(chǎn)品性能及成本，為產(chǎn)品或零件提供合理的改性建議?！皺C(jī)械制造實(shí)習(xí)”部分要求學(xué)生較熟練操作規(guī)定的設(shè)備或基本工藝技術(shù);能讀懂工藝圖紙和工藝規(guī)程;能辨別產(chǎn)品制造過(guò)程中的常見(jiàn)缺陷;在綜合工藝訓(xùn)練基礎(chǔ)上，具有一定的創(chuàng)新能力;具有安裝調(diào)試產(chǎn)品的初步能力;具有必要的安全意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神和工程意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]?教育部?中國(guó)工程院關(guān)于印發(fā)《卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃通用標(biāo)準(zhǔn)》的通知[Z].?教高函[2013]15號(hào)，2013-11-28.

[2]?張文雪，王孫禺，李蔚.?高等工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的研究與建議[J].?高等工程教育研究，2006（5）.

[本文是在教育部機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)“工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)”課指組調(diào)研報(bào)告的基礎(chǔ)上寫成的。參加課題組的專家有孫康寧、張景德、李愛(ài)菊（山東大學(xué)），傅水根（清華大學(xué)）、朱華炳（合肥工業(yè)大學(xué)）、邢忠文（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）、張遠(yuǎn)明（東南大學(xué)）、羅陽(yáng)（四川大學(xué)）]

[責(zé)任編輯：夏魯惠]