模具工程师人才培养材料科学基础教学范文

摘要：南京工程学院材料成型及控制工程（模具设计）专业是首批“卓越工程师教育培养计划”试点专业。材料科学基础是该专业重要的专业基础课程，课程中基础理论较多，内容涉及面广且抽象枯燥，概念性和理解性内容并重，重点难点较多。基于模具卓越工程师人才培养要求，结合本校实际情况，从课程教学内容、教学方式与手段、实践教学以及考核评价等多个方面对材料科学基础课程教学进行改革。

关键词：卓越工程师人才培养；材料科学基础；教学思考

材料科学基础是材料成型及控制工程专业的重要必修专业基础课，内容涵盖材料科学的基础理论，各类主要工程材料特点与应用，以及材料改性基本途径，主要研究材料的成分、结构、性能和应用之间关系及变化规律。通过该课程的学习，学生不仅可以掌握材料科学基本理论，还初步具备合理选择和使用材料、正确选择加工方法及安排制订加工工艺路线的能力，学会分析、解决工程实践问题，建立基本的工程思维方式[1-2]，对于培养应用技术型人才至关重要。课程教学总学时为96，其中理论教学88学时，实践教学8学时，一般在大二上学期开设，为后续材料成型概论、金属塑性成形原理、压铸工艺与模具设计等多门课程学习奠定基础。如何使课程教学满足卓越工程师人才培养的要求，是值得深思的问题。

一、优化教学内容，贯通重要知识点

根据材料成型及控制工程（模具设计）专业特点，立足于材料科学基本问题，在全面介绍材料共性知识的基础上，以金属材料为重点，适当介绍高分子材料等共性与个性特点内容，兼顾材料科学系统性和实践性。讲解结合键和材料结构时，重点介绍金属键、金属晶体结构及其对材料性能的影响，简单介绍离子键、共价键、离子晶体、共价晶体以及高分子材料结构，重点难点分明。按需要将材料领域前沿研究成果融入课程教学，不断优化完善教学内容。在介绍先进凝固技术时，介绍其凝固材料（如单晶、非晶、微晶、准晶等），扩大学生知识面，引发学习兴趣。在教学实践中，注意通过工程实践实例强化各部分知识的衔接及连贯应用[3]，突出材料的综合应用。在介绍钢铁材料时，以渗碳钢为例，介绍渗碳钢的概念及其工作环境和应用场合，然后引出其对材料成分的要求，列出常见渗碳钢牌号（如20钢、20CrMnTi钢）。联系铁碳相图及合金元素对铁碳相图的影响，分析钢材组织性能特征，联系热处理原理和工艺分析钢材正火、渗碳、淬火和低温回火的作用、工艺特点、组织特征和性能特点，在深化材料成分、结构、性能和应用关系的同时，有效促进了知识巩固、理解和综合运用。

二、多元化教学方式，夯实专业基础

（一）灵活运用案例式和讨论式教学改变传统的单纯讲解的授课形式，对某些章节内容（如典型零件选材及工艺分析）采用案例式和讨论式教学方法，活跃课堂气氛，引导学生参与教学活动。以齿轮类零件选材为例，单纯的课堂讲解很枯燥，采用案例式教学时列举学过的渗碳钢齿轮，分析其应用场合（如高速、大冲击的中载和重载齿轮），然后拓展到其它工作环境（如低速、小冲击的轻载齿轮或高精度齿轮）使用的齿轮材料及其工艺。再如，以轴类零件选材为例进行讨论式教学，将学生分为若干小组，探讨不同工作环境下轴类零件工作条件、主要失效形式和性能要求，然后进行选材和工艺制定。上课时每个小组派代表上台讲解，其他同学点评补充。通过教学方法的调整，有效调动了学生参与教学活动的热情，加深了对齿轮或轴选材的认识，理清了思路，也提高了知识综合运用能力。

（二）自主探究式学习，让学生“动”起来在一章内容讲解结束时进行总结，提出与后续新知识有关的问题，引导学生认识各个章节内容之间的逻辑关系。针对提出的问题，让学生利用课外时间查资料，准备和讲解教学内容，教师课堂上作点评、补充和总结。通过这种换位方式的学习，学生不仅主动思考，掌握了相关知识，又锻炼了语言表达能力，培养了科学探索精神，提高了发现、分析和解决问题的能力。章节内容总结工作也可以由学生自己完成，学生通过对本章内容的归纳和整理，找出重点难点，理清各知识点的联系与区别，使所学知识系统化、条理化，加深对所学知识的理解和记忆。

（三）以科研促进教学材料科学基础是一门基础理论和工程实践紧密结合的课程。材料工程学院师资力量较强，科研能力、水平较高，科研项目较多，为教学提供了基础条件。教学过程中，将课程理论知识与生产实践和科研中遇到的问题相联系，使学生对所学理论知识有了更形象的认识和深刻的理解。例如，讲到材料表面技术时，与镁合金表面改性方面的研究相结合，有利于学生对知识的掌握以及理论联系实际。此外，本校每年开展的各级大学生科技创新项目也是学生参与科研、理论用于实践的重要平台，可有效促进学生对所学知识的理解和掌握，培养科技意识和创新精神，提高实践能力[4]。

（四）穿插小故事，引人入胜在相对枯燥的理论讲解中，经常穿插一些与知识点相关的小故事，可以吸引学生注意力，调节课堂气氛，也能让学生感受到材料学科与人们生产、生活之间的关系。比如，在引入热处理内容时，介绍“蒲元识水”这一成语故事，引导学生认识古人即了解水质对钢淬火质量的影响。再如，在介绍钢中常存杂质元素对其性能的影响时，引入电影《泰坦尼克号》加深印象。另外，现代通讯飞速发展离不开半导体硅，具有记忆功能的智能材料可能实现人类各种异想天开的想法，等等。

三、综合多种教学手段，提升教学效果

（一）多媒体教学材料科学基础课程教学内容多，部分内容比较抽象、枯燥[5]，有时语言很难描述，如晶体结构、位错运动等，形象的影像或者图片展示有助于吸引学生注意力，加大课堂容量，突出重、难点[6]。需要说明的是，多媒体教学课件展示的内容应该层次清晰，可以脱离教材独立理解，但又和教材密不可分。虽然多媒体课件弥补了传统教学方式的不足，但也需要板书的配合，如对杠杆定律计算铁碳合金室温组织组成物和相组成物相对量的讲解等。

（二）微课与翻转课堂挑选课程中较难理解的内容，制作多个微课视频，学生结合自身学习情况，在课前和课后进行微课预习、复习和巩固，增加学习的时间与空间维度。这种借助于现代信息技术的教学手段，符合学生学习习惯，取得很好的学习效果。材料科学基础课程教学的另一个新途径是翻转课堂[7]，这种模式有利于激发和维持学生的学习动力，培养自主学习与协作学习能力，并通过教师在课堂上的进一步辅导加强学生对课程教学内容的吸收内化。比较简单的章节可尝试采用这种模式，如陶瓷材料、复合材料、功能材料特点和应用等。

四、加强实践教学，注重能力培养

（一）改革实验项目，提高工程能力目前，材料科学基础开设了金相试样制备与金相显微镜使用、铁碳合金平衡组织观察、钢热处理与组织性能分析、铸铁及有色金属组织观察4个常规实验，以验证性为主，综合性不足。卓越工程师培养更注重工程实践能力和创新能力[8]，因此，必须增设综合性、设计性实验，可结合科研和工程实践开展。例如，针对失效零件分析失效原因，查找资料，提出解决方案，并付诸实施，观察组织和测试性能，从而实现对学生动手能力、实践技能、工程综合能力、分析和解决问题能力的培养，提高解决实际工程问题能力。

（二）“翻转训练”，深化实践教学将“翻转课堂”理念用于实践课程即为“翻转训练”。学生在课前观看实验视频，如利用金相显微镜观察铁碳合金平衡组织、热处理炉使用和硬度测试等，然后在课堂上进行学生间的合作式探究学习和师生间的互动交流[9]，有利于学生对抽象理论和知识的学习，也能锻炼综合运用知识和技能的能力。除此之外，依托大学生创新创业训练计划项目，将部分实验室资源向学生开放，使课程教学与科学研究相辅相成。

五、重视过程考核，改革考核方式

实施卓越计划重点不是培养研究型人才，而是培养企业工程师。传统教学模式下，学生的平时成绩由考勤及作业来体现，期末考试以一张试卷定论，这种评价模式致使部分学生平时抄作业，上课混日子，考前突击背书应试，不利于独立思维能力拓展以及创新能力培养[8]。为此，加大平时成绩比重，加强平时教学过程考核，激发学生平时学习的积极性和主动性，及时消化教学内容，避免考前突击，更有利于专业能力的提高。平时作业类型可适当增加论文型和工程实践型作业，需要学生查阅文献、分析和解决问题，有助于独立思考和综合能力的提高。考核内容既包括基础知识和基本理论，又要注重考查实践应用能力和创新意识。考试题型可适当降低传统的选择、填空、判断题和简答题题量及分值，加大综合分析题分值，并设置任选题项或答案不唯一题型，降低纯记忆性考察内容比例，注重考核学生应用知识分析和解决实际问题的能力。

参考文献：

[1]黄奥，张美杰，顾华志.互动式授课模式实施及对学生学习自主性的促进作用[J].中国冶金教育，2017（4）：18-21.

[2]付晓燕.材料科学基础有效教学探究[J].中国冶金教育，2017（6）：8-9.

[3]赵云霞，白佳海，周燕.《材料科学基础》课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2017（39）：112-113.

[4]谈淑咏，王再友，柳秉毅，等.基于产学研的应用型本科人才创新能力培养的思考与探索[J].中国电力教育，2014（33）：32-33.

[5]马爱琼，任耘，武志红，等.《材料科学基础》课程教学改革[J].广州化工，2017，45（17）：176-178.

[6]陈丰，刘成宝，钱君超.材料科学基础多媒体教学探讨[J].环渤海经济瞭望，2017（8）：148.

[7]梁玮，牛亮峰，董振伟.“互联网+”时代的《材料科学基础》课程教学[J].山东化工，2017，46（17）：141-144.

[8]王海燕，孙昊，王艺慈.基于“卓越工程师培养计划”的金属学与热处理课程教学改革[J].中国冶金教育，2017（4）：12-13.

[9]刘翔，夏旭辉，龚园，等.“翻转训练”教学模式探究[J].中国冶金教育，2017（5）：27-29.

作者：谈淑咏 巴志新 白允强 陈舒恬 章晓波 单位：南京工程学院