研究生工程材料課程教學(xué)內(nèi)容與模式

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摘要：目前，動(dòng)力工程類(lèi)、機(jī)械工程類(lèi)研究生工程材料課程教學(xué)中存在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式不適應(yīng)研究生科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)等方面的不足。以河北科技大學(xué)為例，針對(duì)目前研究生工程材料課程存在的主要問(wèn)題開(kāi)展分析，提出了一系列改進(jìn)措施，對(duì)于提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：工程材料；教學(xué)方法；教學(xué)內(nèi)容；動(dòng)力工程

工程材料課程是機(jī)械工程類(lèi)、動(dòng)力工程類(lèi)專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課程，其目的主要是幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解工程中常用材料的力學(xué)性能、加工工藝性能、耐腐蝕性能以及常用的成型工藝，如鍛造工藝、鑄造工藝、焊接工藝等[1]。在本科生教育階段，工程材料課程的教學(xué)目的主要在于幫助學(xué)生掌握常用材料的性能，以便在工程設(shè)計(jì)中正確選用材料[2]。然而，在研究生教育階段，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)發(fā)生了明顯的變化。研究生教育階段的教學(xué)任務(wù)主要在于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究、工藝開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)和能力[3]。因此，研究生階段工程材料課程的教學(xué)內(nèi)容除了涉及材料的常規(guī)性能之外，還要求學(xué)生掌握各類(lèi)材料性能的測(cè)試方法，具備完成材料性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試的動(dòng)手能力。除了常規(guī)的性能測(cè)試之外，研究生還需要掌握一些現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，比如金屬在機(jī)加工或熱成型過(guò)程中的殘余應(yīng)力測(cè)試等，以及一些新材料方面的知識(shí)，如納米材料、儲(chǔ)氫材料等[4]。這就對(duì)常規(guī)工程材料課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法提出了新的要求，研究生階段的工程材料教學(xué)必須更加重視學(xué)生在動(dòng)手能力方面的訓(xùn)練，實(shí)踐教學(xué)是研究生工程材料教學(xué)的重要組成部分。目前，一些培養(yǎng)單位研究生階段工程材料課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都是照搬本科教學(xué)階段的模式，難以適應(yīng)對(duì)研究生科學(xué)科研、技術(shù)開(kāi)發(fā)以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面的能力培養(yǎng)。本文主要以我校動(dòng)力工程及工程熱物理一級(jí)學(xué)科碩士研究課程“現(xiàn)代工程材料”為例，介紹在研究生工程材料課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題以及主要的教學(xué)改革措施，對(duì)于提高研究生工程材料類(lèi)課程的教學(xué)效果具有一定的參考意義。

一、當(dāng)前課程的主要教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式

目前，我校的現(xiàn)代工程材料課程以課堂教學(xué)內(nèi)容為主，講述內(nèi)容主要包括7個(gè)方面。1.金屬材料的性能。主要講述常見(jiàn)金屬材料的種類(lèi)和性能，包括材料的力學(xué)性能、物理化學(xué)性能和主要工藝加工性能，如焊接、鍛造、鑄造、機(jī)加工等。教學(xué)方法以課堂教學(xué)為主，輔助進(jìn)行案例教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)占比重很小。2.金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶。主要講述金屬的晶體結(jié)構(gòu)、真實(shí)金屬的晶體結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)晶過(guò)程、合金結(jié)構(gòu)、二元合金相圖等。3.鐵碳合金。主要講述純鐵及其同素異晶轉(zhuǎn)變、鐵碳相圖的基礎(chǔ)知識(shí)、Fe-Fe3C相圖組元和基本組織的結(jié)構(gòu)與性能、Fe-Fe3C相圖的建立與分析、含碳量對(duì)鐵碳合金組織性能的影響、Fe-Fe3C相圖的應(yīng)用等內(nèi)容。4.工業(yè)用鋼。講授工業(yè)常用鋼材的種類(lèi)、化學(xué)成分、機(jī)械性能、物理化學(xué)性能等，介紹不同類(lèi)型鋼的應(yīng)用環(huán)境、條件等。5.有色金屬及非金屬材料。主要講授銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等常用有色金屬材料，常用的高分子材料、陶瓷、石墨等非金屬材料的性能、特點(diǎn)、應(yīng)用等。6.材料選用方法。針對(duì)動(dòng)力工程領(lǐng)域的工況環(huán)境、行業(yè)特點(diǎn)，講授在設(shè)計(jì)過(guò)程中材料選擇的原則、方法、措施等方面的內(nèi)容。7.新材料研究技術(shù)及研究進(jìn)展。簡(jiǎn)要介紹新材料發(fā)展、應(yīng)用等方面的相關(guān)內(nèi)容。

二、課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式中存在的主要不足

目前，工程材料的教學(xué)內(nèi)容主要是對(duì)本科教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展和延伸，與本科教學(xué)內(nèi)容相比主要增加了新材料研究技術(shù)和研究進(jìn)展的相關(guān)介紹，不適應(yīng)研究生的培養(yǎng)需求，總結(jié)起來(lái)包括以下方面。1.教學(xué)內(nèi)容缺乏對(duì)學(xué)生研究能力、開(kāi)發(fā)能力以及創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。目前，工程材料的研究?jī)?nèi)容主要集中在特基合金、有色金屬方面，對(duì)于非金屬材料、特種材料的性能、試驗(yàn)方法、應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)容較少，不利于學(xué)生在科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)中對(duì)新材料的選用。雖然增加了新材料研究技術(shù)及研究進(jìn)展的相關(guān)內(nèi)容，但由于新材料技術(shù)發(fā)展很快，課程教學(xué)無(wú)法面面俱到，不適應(yīng)新形勢(shì)的發(fā)展。2.教學(xué)方法不利于提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。教學(xué)方法以課堂教學(xué)為主，注重基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)，缺乏對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)踐問(wèn)題或完成新產(chǎn)品、新工藝開(kāi)發(fā)、開(kāi)展科學(xué)研究等方面的培養(yǎng)手段。另外，課程教學(xué)中實(shí)踐環(huán)節(jié)較少，不利于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。3.教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式?jīng)]能做到與時(shí)俱進(jìn)。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，知識(shí)生產(chǎn)的速度呈現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)增加。因此，課程內(nèi)容和教學(xué)模式的更新往往難以適應(yīng)知識(shí)更新的發(fā)展。因此，在現(xiàn)在的研究生教學(xué)中一定要設(shè)置開(kāi)放性教學(xué)環(huán)節(jié)，以提高課程教學(xué)效果。4.缺乏對(duì)學(xué)生自學(xué)能力培養(yǎng)的有效手段。自學(xué)能力的大幅度提高是研究生區(qū)別于本科畢業(yè)生的一個(gè)重要特征。由于研究生的主要學(xué)習(xí)模式是在教師的指導(dǎo)下，通過(guò)查閱文獻(xiàn)、開(kāi)展理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究獲取所需知識(shí)，并運(yùn)用這些知識(shí)解釋自然現(xiàn)象或解決工程問(wèn)題，因此自學(xué)能力的培養(yǎng)是研究生培養(yǎng)過(guò)程中最重要的能力之一。

三、教學(xué)研究現(xiàn)狀及主要應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)工程材料教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)得到一些教學(xué)改革措施，主要包括以下幾個(gè)方面。1.教學(xué)內(nèi)容要兼顧經(jīng)典工程材料知識(shí)體系構(gòu)建和新材料、新工藝方面拓展。傳統(tǒng)的金屬材料、非金屬材料性能、晶體學(xué)相關(guān)知識(shí)的教授必不可少，這有助于構(gòu)建學(xué)生完整的知識(shí)體系，對(duì)于學(xué)生思維方式的訓(xùn)練大有裨益。另外，在教學(xué)過(guò)程中，要不斷對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新，及時(shí)向?qū)W生傳遞在新材料開(kāi)發(fā)、先進(jìn)材料檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向。這就要求任課教師始終活躍在科研第一線，準(zhǔn)確把握行業(yè)發(fā)展新動(dòng)態(tài)。2.教學(xué)模式以培養(yǎng)科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為主。在課程教學(xué)中，注重學(xué)生新知識(shí)的獲取、分析、總結(jié)、判斷能力的培養(yǎng)。要求學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)，針對(duì)特定工程材料領(lǐng)域的選題進(jìn)行文獻(xiàn)綜述；學(xué)生通過(guò)對(duì)特定新材料工藝開(kāi)發(fā)、測(cè)試方法設(shè)計(jì)等制定方案，并在方案制定的過(guò)程中通過(guò)各種手段獲取知識(shí)，并將知識(shí)應(yīng)用于新材料、新方法的研究與開(kāi)發(fā)中。3.教學(xué)環(huán)節(jié)要更加注重實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)。教學(xué)模式方面，應(yīng)該逐步減少課堂講授的學(xué)時(shí)。加強(qiáng)案例教學(xué)、開(kāi)放式教學(xué)、交流式教學(xué)等，讓學(xué)生深度參與到教學(xué)實(shí)踐中來(lái)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參觀、專家講座等方式，引導(dǎo)學(xué)生了解、掌握新材料和先進(jìn)材料測(cè)試技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)。4.注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力和意識(shí)的培養(yǎng)。在教學(xué)過(guò)程中，注重學(xué)生知識(shí)獲取渠道、方法的培養(yǎng)。增加學(xué)生文獻(xiàn)檢索、文獻(xiàn)分析能力的培養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取新知識(shí)、新方案的能力。四、結(jié)語(yǔ)通過(guò)實(shí)施工程材料教學(xué)實(shí)踐的改革與創(chuàng)新，進(jìn)一步提高了學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。提高了學(xué)生的科學(xué)研究能力、產(chǎn)品工藝開(kāi)發(fā)能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的意識(shí)和能力。對(duì)于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)意識(shí)和能力的培養(yǎng)也具有明顯的促進(jìn)作用，收到了良好的效果。

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作者：劉慶剛 于新奇 朱海榮 單位：河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院