《工程材料》课程教学过程中的探索与思考

摘要：《工程材料》是高等院校机械专业的一门重要技术基础课程。本文根据《工程材料》课程特点和机械专业学生本身的特点，分析了该课程的教学内容，结合实际教学中的经验，总结了多种教学方法和手段，在提高学生的学习兴趣和学习主动性方面，达到非常好的教学效果。

关键词：工程材料 教学方法 教学内容 多媒体

中图分类号：G642.0 文献标识码：　A 文章编号：1672-1578（2012）08-0055-02

《工程材料》是高等院校机械专业的一门重要技术基础课程，具有涉及面广，实践性强等特点，也是机械类学生接触专业知识较早的一门课程。作为今后的机械制造技术人员，无论从事机械设计制造或维修工作，都会遇到材料的选用及热处理问题。在生产中，如果选材不当，或者零件的热处理工艺选得不合理，将使零件不能满足使用要求，影响设备使用寿命，造成很大的经济损失。为此，我们必须掌握常用金属材料的成分、加工方法、组织、性能、用途之间相互联系的基本知识，在掌握这些工程材料的基本理论和基本知识的基础上，具备根据机械零件使用条件和性能要求，并对结构零件进行合理选材及制定零件冷热加工工艺路线的初步能力。这就是我们学习本课程的目的。

1 课程内容的选用

课程选用由朱张校主编，清华大学出版社出版的《工程材料》作为教学教材。根据教材内容，结合机械类专业学生的自身特点和课时的限制，制定了合适的教学大纲和方案。

1.1教学内容

课程的内容包括以下几个部分：第一部分，材料的结构与性能。重点放在金属材料结构、组织与性能上，分析三者之间的密切联系。第二部分，金属材料组织和性能的控制。这部分是本课程的重点内容，着重介绍金属的结晶、塑性加工以及热处理的基本知识和理论。如何从这三个方面入手来控制金属内部的组织、结构，以获得满足实际需求的使用性能。第三部分，金属材料。介绍常用金属材料的分类、牌号、成分、性能以及应用领域。通过这部分的学习，使学生能根据材料应用的领域来合理选材。

1.2本课程的主线

纵观本课程内容，可以找出一条主线，即成分-组织-性能-应用，这条主线是本课程的纲。各种金属材料之所以性能不同，主要是其内部组织（或结构）不同。而工艺包括结晶、塑性变形、热处理等，通过改变组织来达到改变性能的目的，即工艺-组织-性能，这可看作是一条副线，可以说这条主线（及其副线）贯穿于整个课程。因此在讲授时应抓住这条主线，并把它贯穿于每一章，每个工艺，每种材料。这样学生对整个课程内容有了总体把握，思路清晰。

1.3本课程的重点

从整个课程结构看：原理、工艺、材料为重点。其中工艺，材料为重中之重。原理部分主要包括结构、结晶理论、冷热塑性变形理论、铁-渗碳体相图理论、热处理原理。这里重点是两图，即铁-渗碳体相图，它是研究铁碳合金的理论基础；共析钢A等温转变曲线图，它是研究钢热处理的理论基础，对于两图要熟记、理解、并会应用。工艺部分主要指热处理工艺。这里重点是四火（退火、正火、淬火、回火）要熟练掌握四种热处理工艺（加热温度、冷却方式）目的，组织，热处理后的性能应用；材料部分包括碳钢、合金钢、铸铁、有色金属。这里重点是碳钢、合金钢、铸铁。要掌握各类材料的牌号、成分、一般采用的热处理方法及性能应用。

2 教学方法的探索和思考

下面，笔者根据多年教学的经验和体会，结合《工程材料》课程的特点，谈谈在该课程教学中常用的几种教学方法。

2.1做好入门引导，激发学生学习兴趣

常言说得好，万事开头难，有了良好的开端，就成功了一半。因此讲好绪论课是十分重要的。“绪论”的内容不仅是一门课程的介绍，而且也是对学生学习兴趣的引导和启发。比如：越王勾践剑，1965年出土的时候，已经历两千多年，仍然寒光闪烁、锋利无比，20余层纸一划而破，它的生产过程到现在仍然是一个谜。我们可以就此讲到其生产所涉及材料、成分、防锈处理、铸造等专业知识，以及现代人对它生产过程的研究和理解。从而让学生对本课程产生浓厚兴趣，并产生进一步学习的愿望。

2.2传统教学与现代多媒体教学手段相结合，提高课堂教学的质量和效率

传统的粉笔+黑板的教学方法，具有多媒体教学不可替代的优势：方便灵活，教学时可根据需要进行详细的推导，且黑板上可板书的面积大，便于将推导过程整体展现，给学生完整的思维过程及知识，老师书写时学生有较多的思考时间。但相对于多媒体教学，讲解速度慢、传授知识的容量少。

而多媒体教学是现代教育普遍采用的一种先进的教学手段。对于传统教学中教师难以表达、学生难以理解的抽象内容、复杂的变化过程、工程实际生产过程等，多媒体可以通过动画模拟，视频等手段予以解决。其具有形象性、直观性、生动活泼、信息容量大等特点。

根据《工程材料》课程的特点，课程实践性强、信息量大，但又有许多基础理论和知识。用单一的传统教学和多媒体教学都难以达到满意的教学效果。如三种常见的金属晶体结构，用传统的教学方法无法呈现在三维空间中原子的分布情况；而通过多媒体课件，教师能全方位、生动、形象地向学生讲解其空间结构及运动方式，教学效果大大提高，在有限的时间、空间内提供了大量知识信息，丰富了教学内容，提高了学生的学习兴趣。学生很容易掌握这部分内容。又如在分析几种典型的铁碳合金平衡结晶过程时，用传统的教学手段，则可以使学生更容易理解合金的结晶过程。这些改进措施在实施过程中，获得非常满意的教学效果，受到学生的好评。

2.3理论结合实际，加深教学内容的理解，巩固课堂教学成果

首先，应加强实验教学。课程中设置了4个综合实验。实验前，学生必须预习实验指导书，拟定好实验方案，阅读设备使用说明书（或请实验老师对实验设备的使用举办一次讲座）。实验时，　教师应充分利用实验时间，把实验内容与课本中的相关内容结合在一起，除了让学生明白怎样做以外，更让学生理解这样做的原因，提倡学生相互讨论。实验后，学生应写出实验分析报告。另外，金属材料实验室是学校开放式实验室之一。学生可以根据需要，自行选作与课程有关的实验。这样对学生的动手能力有很大提高，增加学习课程的兴趣，加深对课程内容的理解。

其次，引用实例，深入浅出，吸引学生兴趣。教学中可以列举一些与日常相关的例子吸引学生兴趣和注意力，使他们对课程内容的印象更加深刻，同时帮助学生更好地理解和记忆理论知识，始终与实际生活紧密联系。如为了学生能理解疲劳现象，即疲劳时用很小的应力就可以使材料断裂。在授课过程中笔者举了一个例子：给学生一根细铁丝，问有谁能把它拉断。大家都摇头。笔者说用手怎样弄断都可以，学生们拿过铁丝来回弯曲几下，就将铁丝弯断。笔者说这种来回弯曲作用的载荷就是交变载荷，而交变载荷使铁丝产生疲劳断裂，而这种交变载荷的应力远小于铁丝的抗拉强度。又如采用比喻法让班内每位学生充当原子，整个班集体就好比晶格，如果临时新来了几位学生，我们就给他们安排课桌。但是，他们若随便插入，这个班集体还是一个平衡、稳定的集体吗？如果班内某位学生不按排列整齐的座位去坐，而是胡乱地坐在某个位置，使得有几个同学位置错排，等等，这就好似晶格畸变引发的结果。所以，通过这一形象比喻就懂得了晶体中存在的空位、间隙原子、置代原子、位错等结构缺陷，都会造成晶格畸变。在持续兴趣驱动的学习活动中，学生还能借此探索一些有效的学习方法，从而可大大提高学习效率。再如讲到形变织构这一概念时，举了一个例子：每个人就像一个晶粒，面朝向就相当于一个位向。在排队前，大家的面朝向东南西北、乱七八糟。形变织构就像排队后，大家面都朝一个方向，即所有晶粒的某位向趋于一致。这样学生就能理解这个概念。比如，学生对是当前社会的高科技产品比较感兴趣。这样我们就可结合美国航天飞机用到的新材料、中国歼10飞机采用的新技术，坦克装甲的材料属性，医生用的手术器械等等例子来讲解。再譬如，在讲解金属晶体结构的缺陷时，如果按部就班地讲授，学生很难理解。

2.4采用形式多样的课外学习和作业，进一步巩固课堂教学成果，拓宽学生的知识面

采用各种形式的课外学习，将课堂教学延伸至课外，以巩固课堂教学成果、缓解教学课时少、内容多的矛盾。除课外作业外，还可以布置与课程相关的论题，让学生利用网络及图书馆资源，必要时下工厂进行调研，撰写与课题有关的小论文，培养学生检索、归纳资料和科学研究及撰写科技论文的能力；组织学生到工厂参观，结合实际，了解工程材料的选用、零件的加工、热处理等相关知识，增强学生的工程实践意识；聘请相关专家作学术报告，使学生了解本学科的前沿知识及发展趋势，明确自己的使命及肩负的重任。

3 结语

根据该课程的特点和授课学生的实际情况，选用了合适的教材以及合理的教学内容，在课堂中加强各种教学方法结合使用，才能达到最佳的教学效果。列举一些浅显易懂的实例和加强各种实践环节的利用，提高学生的学习兴趣和主动性，让学生能理解和应用课程内容，来解决相关金属材料的各种问题。在今后的教学实践中要不断探索，进一步优化教学内容，充实和完善多媒体课件，加强实践性教学环节，促进学用结合，为培养具有创新精神的高素质应用型人才而努力。

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作者简介：王芝秀，女，汉族，四川江安人，硕士，在读博士研究生，常州大学材料学院讲师，研究方向为金属材料学。