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1注重工程背景和實際應用

機械類或近機械類專業的學生畢業后會從事機械類或近機械類的設計、制造工作,其中,掌握機械工程材料方面的知識,以達到正確選擇模具及零件的材料,為制造工藝路線、機床模具設計與沖壓、金屬的切削做好準備。這些選材、準備工作是與機械工程實際密切結合的,尤其重視工程背景。機械工程材料課程教材本身理論較強,工程應用部分較弱,如果教師本身沒有工程實踐知識,或未從事過機械工程材料的科學研究,那么授課時就不能從教材本身給學生傳授機械工程材料方面的工程應用知識,學生由于感覺課程理論聯系實際不強,而印象不深、掌握知識不夠深刻,未來工作一碰到需要機械工程材料課程的相關知識就會茫然不知所措。因此,機械工程材料課程的教學應從教材、教師、學生三方面與機械工程背景結合,從實際應用出發,進行教學改革。

2機械工程材料課程教學的思考

針對機械工程材料課程教學中出現“三多一少”現象,任課教師要從教材選擇、優化教學內容、改革教學方式等方面著手,解決“三多一少”給學生帶來的學習問題,從而改善教學效果,提高教學質量。

2.1教材選擇

機械工程材料課程作為機械類或近機械類專業的專業基礎課,教材版本眾多,大致可歸為三大類:一是僅從工程材料本身出發,立足材料學本身,教材主線為“成分—熱處理工藝—組織、結構、性能關系——材料選擇”,國內教材大都如此。二是只從工程實用角度出發。三是理論與工程實際運用并重,把機械工程設計制造與機械工程材料課程的核心——選材相結合,介紹工程材料的基本原理和知識及其機械實際工程應用。

第一類教材由于材料與機械設計、制造脫節,學生理解、掌握較難,難以將所學的課程知識運用到機械的設計與制造中去,即只注重材料知識本身,實際運用知識較少。第二類則剛好與第一類相反,大量篇幅是材料在機械工程中的應用,不符合機械類本科的“厚基礎、寬口徑、注重實踐”的課程體系要求。第三類恰是第一類、第二類的結合。為此,筆者認為,應用型本科高校選擇楊瑞成主編、重慶大學出版社出版的《機械工程材料》(第4版)教材較為合適。該教材注重工程設計與制造緊密相關的工程材料知識,讓學生懂得具體材料的選擇;教材主線為“機械工程材料的基本特征—材料的成形加工特性及改性—常用機械工程材料介紹—機械工程材料的選擇與應用”。

2.2優化教學內容

楊瑞成主編的《機械工程材料》(第4版)教材確定的基礎知識為“第1章機械工程對材料性能的要求,第2章材料的組成和內部結構特征”;重點內容為“第3章工程材料成形過程中的行為與性能變化,第4章改善材料性能的熱處理、合金化及改性,第5章常用金屬材料及性能,第6章非金屬材料,第7章工程設計、制造與材料選擇”。筆者在教學中,根據機械工程材料課程教學大綱,把握教學目的,壓縮材料的組成和微觀結構方面的內容;討論金屬、非金屬材料的成分、組織及性能;除第1章、第4章、第7章外,還重點講述機械工程材料的核心內容以及“第四篇機械工程材料的選擇與應用,如第8章到第13章的機器零件、工模具、高溫與磨損條件下的選材”等。這樣的優化,有利于學生掌握機械工程材料方面的基礎知識,把握住重點知識,并有利于學生將所學的知識應用于工程實踐。

例如,“第2章材料的組成和內部結構特征”,雖是基礎知識,但過于偏重物理、化學中的晶體知識,微觀結構較多,難以板書形式呈現。對于此章的教學,筆者首先呈現PPT(已壓縮教學內容),然后讓學生記住每節的標題,如圖1。對于材料的結構:晶體與非晶體、金屬的晶體結構、高分子材料的結構、陶瓷材料;晶體材料的相圖與相變:相與相圖、固溶體與金屬間化合物、二元相圖類型及Fe—C相圖;材料的組織與性能:平衡組織與非平衡組織、單相組織與多相組織、金屬材料的組織與性能、陶瓷和高分子材料的組織性能,這些內容多以材料感性識別為主,應以多給學生看材料圖片,如圖2～圖4,記住主要名詞,如相、相圖等,即可達到教學目的。

2.3改革教學方式

由于機械工程材料課程知識點多,對部分章節進行教學內容優化后,如何快速壓縮非重點內容,多媒體教學無疑是一種高效率的教學方式。筆者曾在先前的文獻[8]中詳細討論了傳統板書與電化教學的優缺點。但本課程不同于“畫法幾何與機械制圖”課程強調投影、空間幾何知識,而概念化的文字記憶點相對較多;尤其強調機械工程應用,如工程材料的晶體結構、成形過程、熱處理、合金化及改性的過程,機器零件如箱體支承,工模具如刀具、冷作、熱作、成形模具等,用Flash或swf動畫可以實現平面或立體呈現,而黑板板書較難;同時,新建本科院校尚沒有相關機械工程材料課程教學要用到的教具、材料實例。因此,本課程教學中,多媒體教學方式相對于傳統板書教學方式使用的比例較大。對于與生產實踐相關的內容,在授課過程中,可以借助工程實踐的錄像重點播放,課后還可以把多媒體課件、錄像資料上傳到班級QQ群中共享,讓學生課后學習。

2.4引導學生課后主動學習

課堂教學是教學的主要手段,也是學生學習知識的主要方式。但大學生的學習不應當僅僅局限于時間有限的課堂內,而應針對機械工程材料課程的“三多一少”特點,要求學生相互之間提出問題,復習知識點。課堂上,教師采用引導式教學,如講到鋼材的特性時,讓學生聯想老式鑄鐵與不銹鋼自來水管,然后把學生引入鑄鐵、結構鋼、滾動軸承鋼、工具鋼、不銹鋼和耐熱鋼的課程知識上來。如今的網絡時代,電子教學資源極其豐富,機械工程材料課程教師要引導學生課后登錄中國材料網、機械CAD論壇、模具論壇、熱處理論壇等,學會網上學習,學會從網上查找解決問題的方法,引導學生自主學習,進而鞏固基礎知識,不斷擴大知識面。

2.5教學與科研相結合

教學中,“金屬的凝固、鑄造過程中的材料行為及性能變化、鋼的合金化”的內容與筆者的科研項目“柱塞泵轉子擠壓鑄掛成形的優化”相關,為此,筆者根據科研項目的研究進展,把相關成果運用到教學中,嘗試研究性教學[10],以下以“鑄造”的教學為例。鑄造,簡而言之,將熔融狀態的金屬澆入鑄型,等凝固后獲得既定形狀、尺寸和性能的金屬零件毛坯的一種成型方法。擠壓鑄掛或稱擠壓鑄造作為一種先進的鑄造技術,其最大的特點是金屬液體在較高的壓力下凝固。沖壓壓力可以起到加速鑄件凝固過程和產生塑性變形的作用,使鑄件晶粒細化,物理性能好。教學中,筆者結合自己的研究項目,開展鉛錫青銅在壓力下快速充型、凝固對內部組織結構和鉛錫青銅與鋼坯體鑄掛結合面質量的研究,在分析不同工藝參數的基礎上得出轉子毛坯內部組織結構和鑄掛結合面質量的規律性,以期建立結構復雜件(如柱塞泵轉子毛坯)液體金屬擠壓鑄掛成形技術的工藝體系,達到獲得質量和效率穩定的鑄掛毛坯的目標。課堂上,給學生PPT展示鑄造過程(圖5、圖6)、ProCast模擬成形參數的優化,提高了學生對本課程的興趣,達到學以致用、理論聯系實際的目的。

3結束語

針對機械工程材料課程教學中出現的“三多一少”現象,筆者提出了:(1)選擇理論與工程實踐并重的教材;(2)壓縮偏重材料本身的化學知識;(3)加大多媒體教學的比例;(4)引導學生自主學習;(5)教學與科研相結合等建議;倡導教師應用研究性教學,把自己的科研成果融入課程教學中,以拓展學生的知識面,培養學生的科研意識和工程意識,從而提高教學效果。

作者：凌靜單位：宿州學院機械與電子工程學院,