工程材料创新才能的培育

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机械工程材料课程是工科院校机械类专业学生的一门十分重要的技术基础课,是机械类专业唯一的一门全面介绍材料知识的课程,在人才的知识结构、分析问题、解决问题的能力以及素质培养过程中具有重要的地位。本课程的教学不仅要求学生能掌握本学科的基本知识,而且更注重培养学生独立分析与解决问题的能力以及创新能力。因此,作为高等学校的专业教师,积极探索如何把创新教育渗透到每个教学环节中,是一项极其重要的工作。

一、提高对课程的认识,树立创新教育观念

材料科学对于科技进步、国防建设和经济发展都是一个关键领域,起着先导和基础作用,各个行业都离不开材料的研究与应用。例如,在讲课中,列举南京长江大桥、年产30万吨乙烯工程、大庆和大港油田的建设成就等生动例子,以及在纳米材料、超导材料等研究工作中取得的重大成果,结合授课内容,密切联系我国经济建设中所取得的成就和科研成果,潜移默化,进行正确的引导,就能让每个专业的学生认识到这门课程的意义,树立创新教育观念,激发学生主动学习的积极性,意识到在信息社会和知识经济时代创新精神和创新能力的重要性。

二、根据专业特点选择与更新教学内容,采用启发渗透式的教学方式

工程材料的课程内容具有基础性、前沿性和时代性。针对机械类学生,根据他们的专业特点,应合理安排教学内容。

(一)基本理论部分。简要阐述工程材料学的基本概念和基本理论。

(二)工程材料知识部分。重点介绍常用的钢铁材料,包括结构材料、工具材料的成分、组织、性能及其应用知识。如以下一些常用钢种:碳素工具钢T8、普通低合金钢16Mn、弹簧钢60Si2Mn、轴承钢GCr9、调质钢40Cr、高速钢W6Mo5GrV2、冷模钢Cr12等。简要介绍高分子材料、陶瓷材料、复合材料,引入功能材料,纳米材料等新材料的内容,扩展学生的材料知识面,培养学生创新意识。

(三)工程材料应用部分。介绍机械零件的失效与选材知识以及工程材料在汽车、机床等领域的应用情况。当前科学技术发展迅速,材料工程和机械工程中新材料、新工艺不断涌现。教师要及时捕捉这些信息,将新材料、新工艺等前沿知识充实到讲课内容中,使学生感到课程内容新颖、有现代气息。这对培养21世纪社会主义建设事业所需人才无疑有很大益处。采用启发渗透式相结合的教学方式,在机械工程材料的基本概念与基本理论方面注意概念严谨、基础扎实。在讲授基本理论在机械工程材料中的应用方面则注重讲解扼要,要求学生有重点、有选择的自学。从而激发学生强烈的求知欲望和浓厚的学习兴趣,产生探索问题的愿望和积极思维的动力。例如,我们在讲齿轮材料时提出以下问题,以期达到启发渗透式的教学效果:1、齿轮工作时受力特点是什么?2、齿轮类零件常见失效形式是什么?3、齿轮材料应具有哪些性能要求?4、机床齿轮和汽车变速箱齿轮的选材有何区别?5、机床齿轮和汽车变速箱齿轮的生产工艺路线是什么?6、生产工艺路线中各热处理工序的作用是什么?通过类比联想、循序渐进的启发渗透,引导学生全面细致地分析问题、解决问题。

三、加强形象化教学,充分利用第二课堂

工程材料的授课过程中要大力开展多媒体教学和网络教学。多媒体和网络教学可以清晰描述微观、动态的变化过程与状态,显著加大课堂教学信息量,简化信息传输转换过程,增加教学内容的趣味性和吸引力,从而显著提高教学效果与效率。充分利用第二课堂教学。组织学生到相关的工厂、企业参观,进行现场教学,以增加学生的感性认识。例如,在讲热处理这章时,组织学生到热处理车间现场参观,了解淬火、正火、退火、回火,表面热处理,化学热处理的工艺过程,这样学生能把这些名词牢牢记入脑海里。培养学生提出问题的能力和习惯,要启发学生多问“为什么”,然后带着问题有目的地去学习,引导学生的创造性思维。通过组织兴趣小组,参与教师的科研等课外学习方式,激发创造精神,强化自己的实践能力。教师应该适当地对学生的课外学习予以指导,针对其感兴趣的研究方向,提供参考书目,引导学生了解最新动态,把握研究方向,与学生之间展开讨论,鼓励学生走出学校,参加各种讲座,参与校外组织的相关活动,开阔自己的视野,增加自己的才干,逐步培养自己的研究能力和创新能力。

四、在实验中培养创新能力

实验在培养学生创新能力方面能起到非常独特有效的作用。工程材料课程有较强的实践性,在课程的教学过程中,要重视学生观察能力和动手能力的培养,我们在教学中安排了多种形式不同层次的实验。一是基本技能性实验。如金属材料的硬度和冲击韧性测定、铁碳合金平衡组织显微镜观察和碳钢的热处理及热处理后的显微组织观察,由实验教师操作演示,最后由学生结合实验CAI课件独立完成实验。二是综合性实验。如分别对20钢、45钢和T10钢进行完全退火处理,观察并画出显微组织,测出其硬度,要求学生实验前编制一套完整的实验方案,包括具体的工艺参数和详细的实验步骤(需查找相关资料),经实验教师审查通过后开始。三是研究性实验。例如研究与分析不同晶粒度的金属(低碳钢和铝)经不同程度拉伸变形后,在回复和再结晶的过程中,其组织与性能的变化情况。本类实验,教师只需要提出问题,整个实验方案由学生自主讨论决定。通过多种形式的实验,有效锻炼了学生自主获取知识和综合应用知识的能力,提高了分析和解决问题的能力,充分发挥了学生的主动性和创造性,实践动手能力大为增强,创新意识和创新能力得到了培养和提高。

五、课堂讨论的开展

工程材料课程包括三个主要环节:课堂教学、金相实验、课堂讨论。课堂讨论是教学工作中的一个重要环节,通过对讲课中的一些重点和难点的讨论,进一步掌握本课程的重点、基本概念和基本理论。课堂讨论共有三次:铁碳相图、钢的热处理和选材及热处理工艺分析。以第三次讨论选材及热处理工艺分析为例。高质量机械产品的获得,应以设计为主导,材料为基础,而热处理则是关键。此次课程讨论是本课程内容在机械产品设计和制造中的应用。对于不同的机械专业,典型零件的选择可以各不相同,有所侧重。在一般机械制造和设计中,大量遇到的是齿轮类和轴类零件,这些零件在选材和热处理工艺上有较大的代表性。我们以机床齿轮、汽车—拖拉机齿轮、机床主轴和汽车内燃机曲轴等零件的选材及热处理为例,讨论步骤包括四部分内容:1、根据工作条件和使用性能进行选材;2、工艺路线分析;3、热处理工序作用;4、热处理工艺及达到的组织和性能。这三次课堂讨论不仅是对整个教学内容的概括、总结和应用,而且集中体现了该课程的主要教学目标和要求。也就是通过该课程的学习,使学生了解在机械产品的生产过程中,优良设计、优质材料和高质量热处理对提高机械产品质量的重要意义,并使学生进一步掌握和应用这方面的知识和技能。为此我们不应该把这三次课堂讨论看成可有可无,当作一般阶段小结来对待,必须认真对课堂讨论内容进行合理的组织,这是搞好讨论课的关键所在。通过思考分析、获取信息、发现问题,并运用学过的知识和技能来解决问题。在解决问题的过程中,学生学会了学习、学会发现,学会分析。因此,课堂讨论的顺利开展能给与学生更多的主动权,能激发学生的求索精神与创新意识。

六、改革考试方式方法,培养学生的学习精神和创新精神

对于考试方式方法,主要是考虑在原有的考试方式方法的基础上,注重平时的学习积累,把实验、课堂提问、作业以及上课情况纳入考核中,另外增加论文写作一项。增加论文写作的考核内容可以打破以往学生突击硬背概念应付考试的做法,有利于调动学生学习的积极性和主动性,改变以往学生那种不愿学、被动学的局面,对培养学生的自学能力和论文写作能力,无疑起到一个很大的促进作用。学生为了写出较高质量的论文,他们将会更多地去查阅有关的课外书籍和参考资料,从而培养学生的学习精神和钻研精神,同时在论文写作中,学生可以提出自己的观点,从而培养学生的创新精神。因此,在批阅论文时,可以发现学生是否有新的创见,并以此作为评定成绩的一个重要因素。总之,机械工程材料的教学过程中,学生是认识的主体,学习的主人,教师应引导学生去思索,充分调动学生的积极性、主动性,加强对学生进行创造性思维和创新能力的训练培养,更快把教师传授的知识转化为分析和解决问题的能力,以培养出更多的高素质合格人才。