知识创新背景下《工程材料及机械制造基础》教改研究

摘 要： 在实施“车辆工程卓越计划”的背景下，文章针对《工程材料及机械制造基础》课程内容广、知识点多、学时有限等特点，提出了该课程建设的基本思路和实施过程，在教学内容、教学方法、考核模式等方面都应做出相应改革，确立以“能力”培养为主线的课程建设目标，全面提高学生的实际应用能力，增强创新意识。

关键词： 卓越计划 教学改革 能力培养 创新意识

“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是我国高等工程教育的重大改革发展计划。“卓越计划”以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力增强学生的工程意识。提高工程素质和工程实践能力，培养造就一大批创新能力强、适应企业发展需要的多种类型的优秀工程师[1，2]。2011年我校华东交通大学车辆工程专业列入教育部与江西省“卓越工程师教育培养计划”试点专业。《工程材料与机械制造基础》是工科院校机械类必修的一门专业基础课，该课程是我校车辆工程专业开设的专业基础必修课，是一门集工程材料、热处理工艺、铸造、焊接、锻压、切削原理、刀具及机制工艺等内容为一体的综合性课程。在近年来的教学中，笔者发现如下问题：

一是有限的课时与需要讲授的课程内容较多相冲突，该课程所涉及的知识面较广，缺少重点与针对性，学生误认为该课程“没有用”，学习兴趣不高。

二是本课程实践性和综合性较强，教学内容既抽象又复杂且涉及实际制造场景，仅靠传统的方法教学，很难让学生理解和掌握。

三是与车辆工程专业（轨道交通车辆方向）内容联系不紧密。

因此，本门课程讲授内容的取舍，重点的把握，教学方法的运用，成为增强课程教学效果的关键。学生通过学习能够合理选用工程材料、正确制定加工工艺路线，强调技术与工艺方案的制订及生产实际问题的解决，培养学生的综合工程素质和创新能力、实践动手能力、综合分析和解决实际问题的能力[3]。

一、课程现状

《工程材料及机械制造基础》课程是一门理论性和实践性均较强的课程，既强调知识的综合性、实用性，又强调创新能力、综合分析和解决生产实践问题的能力。在传统的工程材料及机械制造基础课程教学中，多以理论讲授为主，较少体现实践性、应用性的课程特色。突出的问题主要表现在几个方面：（1）教学内容的编排按部就班，基础理论与实践应用教学内容脱节。（2）新材料、新技术、新工艺方面知识点增加缓慢，所用教材的知识内容体系的创新性不够，没有体现“卓越工程师”培养计划中所要求的“能力”主线。（3）现有课程实验教学内容中验证性实验和演示性实验内容仍然偏多，学生自己动手和动脑思考的机会仍显不足，缺乏对各知识点之间的相互贯通，限制了学生创新思维和动手能力的培养[2]。（4）学生对所讲授知识的用途不够明确，缺乏学习主动性，存在教与学脱节现象。

二、构建课程内容体系

“卓越计划”的顺利实施重点依赖于教学内容的改革。高校教师在围绕卓越工程师教育培养计划的国家通用标准的前提下，要深刻了解铁道车辆工程师的行业标准，以及“工程材料及机械制造基础”在铁道车辆工程师标准中的重要地位和作用，依据标准的要求进行教学内容的深度改革，以行业需求为导向，培养学生能力。

1.保留传统。

我们应保留教学内容中的一些基本原理和主要的工艺方法。由于这些内容往往是实际应用中最普通的、适用面最广的内容，也是工程材料及机械制造基础课程的基础。比如铸造理论及砂型铸造原理性，掌握了分析思路后，可以沿用到其他特种铸造。

2.删旧增新。

应删除一些过时的加工工艺和方法，增添一些新材料、新工艺和新技术，扩展和深化课程内容。如在工程材料章节，传统教学只注重钢、铸铁等常用金属材料的性能应用讲授，对非金属材料和新型材料及热处理新技术、新工艺不讲，而新型材料及新型热处理工艺已经得到了广泛应用，应增添新型材料（特种陶瓷、光纤和纳米材料的种类及应用）的内容；再如对切削加工方法中的镗削、刨削、拉削工艺等应予以简化，或让学生自学，增加精密加工和特种加工方法。

3.重在综合应用。

在课堂教学和课后练习中尽量选取一些与工程实际应用相关的案例，进而锻炼和提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。如讲完工程材料之后，根据零件选材原则，以铁道车辆转向架构架作为选材的例子，引导学生从材料的使用性能、工艺性和经济性等方面进行考虑，选择合适的材料。在讲完金属热处理后，布置一个火车轮轴零件热处理工艺路线的题目，让学生查阅资料，确定出最佳答案。通过这些教学环节，既加深了学生对所学知识的理解和掌握，又培养了学生对知识的应用能力，真正做到了活学活用知识。

三、改进教学手段和方法，提高教育质量

教学手段和方法改变是“卓越计划”目标实现的突破口。面对“卓越计划”的最终目标，各高校应改变传统的教学方式方法，在课堂教学、实践环节、考试等方面做出相应的改革。

1.使用影像，现场教学。

在课堂教学中，教师应大力引进实例教学，在教学手段上，采用已有的教学录像，也可以联合企业制作最新的生产影像资料。同时，可以组织适当的现场教学，在教学过程中，把学生带到实习工厂或实验室，对照实物进行讲解和操作演示，也可以让学生自己动手操作，加深感性认识。如铸锻焊件成形过程工程等，若仅进行理论讲解，则是非常空洞乏味的。通过铸锻焊件制造过程的真实录像资料，在理论讲解的同时辅助播放，增加了真实感，效果很好；再如在切削加工时，把学生带到车间，面对车床实物边讲解边进行实际操作演示。

2.强化实物，实践教学。

教学时重现运用实物讲解与实践结合紧密的内容。如在讲工程材料一章时，针对钢的分类、编号部分，应用相对应的实物教学，如手工锯条、锉刀、钻头、弹簧、滚动轴承等，并区分实物材料的不同性能要求，使学生亲眼目睹、记忆深刻。

在实验环节，教师可以设计一些综合性分析实验，锻炼学生分析思考能力。例如，热处理工艺讲解完毕，可以给学生设定具体材料及材料的相关性能，让学生自己设计热处理工艺及材料性能检测方法并进行实验。采取有计划分散进行实验的做法，除教学计划时间外，学生还可利用中午、晚上等业余休息时间进入实验室进行实验，既充分提高实验仪器设备的利用率，又使学生在比较宽松的环境下，充分发挥主观能动性和聪明才智，将实验做得更好，收获更大。

3.针对不同教学内容，采用相应教学方法。

教师在设计课堂教学时，可适当采用引导式、内容比较式、案例式等教学方式，更好地贯彻教学内容主线，培养学生实际应用知识的能力。运用引导式教学法，可以给学生设计一定的问题，让学生围绕问题，通过讨论得出结论。例如在讲解铸件的结构工艺设计时，以铁道车辆的某型号转向架的摇枕为例，把“铸造方法选择，分型面选择，降低成本，在结构上应注意什么”作为问题提出，引导学生根据铸造原理进行思考探讨，给出在结构设计时应注意的事项，最后教师进行总结评价。对工程材料部分概念多，材料种类多，学生在学习过程中感觉到不容易区分、识记，热处理工艺选择难，可以通过比较的方法进行讲解。如热处理中的正火、退火、淬火和回火，列出表格比较它们的工艺过程、加热温度、冷却介质、组织、性能特点、应用何种性能材料、应用实例等内容，进行归纳总结，便于学生记忆掌握。对综合性强章节或讲解完每一章节后，可应用案例教学进行小结，如典型零件的材料及成形工艺选择章节，针对典型零件（车辆弹簧、转向架侧架等不同零件）的不同工况条件和使用性能要求，进行合理的选材，正确安排其热处理工艺、冷热加工工艺等，达到学以致用的目的。

4.采用综合作业方法。

综合性作业是学生自主、研究型学习的实践形式，是提高学生分析和解决问题的能力，培养学生综合运用知识能力的重要环节[2]。教师可以结合专业特点，设置一些综合作业题目及要求，让学生独立查阅文献、思索完成。以车辆工程专业为例，我们设置了有关铁道车辆常用零部件的综合性作业流程，如图1所示，比如车轮、车轴、摇枕、侧架、车体等零部件的材料选择、热处理方法、生产工艺过程的确定（包含该零部件各工艺的发展现状），通过综合性作业使学生将所学知识整体化、系统化，进而进行综合分析和应用，提高综合应用能力。

图1 综合性作业流程

5.完善考核体系，增强教学效果。

考核机制对学习有直接的导向作用，多元（知识+能力）考核项目达到多元的培养目标。切实针对《工程材料及机械制造基础》这门课程的特点，采取灵活多样的考核形式，变分数考核为过程考核，致力消除传统考试重知识、轻能力，重结果、轻过程的弊端。对理论性较强的部分仍采用闭卷考试，使学生牢固掌握基础知识；而对成型工艺及加工工艺部分应采取“解决具体问题”的方法，根据教学大纲要求学生掌握的内容，给出具体课题（如综合性作业）。如一些典型零件的选材、热处理工艺路线的制定、加工工艺规程的拟定等，也可以是生产实践中工艺问题的分析探讨。提前一周布置题目，题目可以是一个、两个或多个，让学生在规定时间内完成。只要内容正确，则完成的形式不限。成绩评定采用“总成绩=期末考试成绩（占50%）+平时成绩（占30%）+期末综合作业或课程小论文（占20%）”的考核方式。平时成绩包括学生的出勤情况和平时的课堂讨论、回答问题、作业、实验等。运用这种考核方式，不但可以调动学生学习的积极性和主动性，而且有助于提高学生的综合能力和应用创新能力。

通过在《工程材料及机械制造基础》课程教学中实施优化教学内容、采用影像和现场教学、多种教学方法、综合性作业训练、考核模式等教学改革，确立以“能力”培养为主线的课程建设目标，全面提高学生的实际应用能力，增强创新意识，为培养卓越铁道车辆机械工程师奠定了基础。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.卓越工程师教育培养计划[Z].2010.

[2]白艳茹，王旭，王小宁.“卓越计划”背景下创新人才培养模式的改革[J].实验技术与管理，2012，29（3）：222-224.

[3]呼英俊，刘志平，孟延红.工程材料及热处理综合实验的探索与研究[J].西南科技大学高教研究，2010（3）：69-70.

[4]孙方红，徐萃萍.改革工程材料与成型工艺课程教学培养应用创新型人才[J].中国冶金教育，2011（3）：23-24.

[5]潘晨.模块式教学在《机械制造基础》课程中的应用研究[J].太原城市职业技术学院学报，2010（11）：49-50.

基金项目：江西省教育科学“十二五”规划2011年度课题“车辆工程专业应用型创新人才培养的研究”（11ZYXYB004）；江西省高等学校教学改革研究课题（JXJG-12-5-11）。