工程材料創(chuàng)新才能的培育

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機(jī)械工程材料課程是工科院校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的一門十分重要的技術(shù)基礎(chǔ)課,是機(jī)械類專業(yè)唯一的一門全面介紹材料知識(shí)的課程,在人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)、分析問題、解決問題的能力以及素質(zhì)培養(yǎng)過程中具有重要的地位。本課程的教學(xué)不僅要求學(xué)生能掌握本學(xué)科的基本知識(shí),而且更注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析與解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。因此,作為高等學(xué)校的專業(yè)教師,積極探索如何把創(chuàng)新教育滲透到每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中,是一項(xiàng)極其重要的工作。

一、提高對(duì)課程的認(rèn)識(shí),樹立創(chuàng)新教育觀念

材料科學(xué)對(duì)于科技進(jìn)步、國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都是一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域,起著先導(dǎo)和基礎(chǔ)作用,各個(gè)行業(yè)都離不開材料的研究與應(yīng)用。例如,在講課中,列舉南京長江大橋、年產(chǎn)30萬噸乙烯工程、大慶和大港油田的建設(shè)成就等生動(dòng)例子,以及在納米材料、超導(dǎo)材料等研究工作中取得的重大成果,結(jié)合授課內(nèi)容,密切聯(lián)系我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中所取得的成就和科研成果,潛移默化,進(jìn)行正確的引導(dǎo),就能讓每個(gè)專業(yè)的學(xué)生認(rèn)識(shí)到這門課程的意義,樹立創(chuàng)新教育觀念,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,意識(shí)到在信息社會(huì)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的重要性。

二、根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)選擇與更新教學(xué)內(nèi)容,采用啟發(fā)滲透式的教學(xué)方式

工程材料的課程內(nèi)容具有基礎(chǔ)性、前沿性和時(shí)代性。針對(duì)機(jī)械類學(xué)生,根據(jù)他們的專業(yè)特點(diǎn),應(yīng)合理安排教學(xué)內(nèi)容。

(一)基本理論部分。簡要闡述工程材料學(xué)的基本概念和基本理論。

(二)工程材料知識(shí)部分。重點(diǎn)介紹常用的鋼鐵材料,包括結(jié)構(gòu)材料、工具材料的成分、組織、性能及其應(yīng)用知識(shí)。如以下一些常用鋼種:碳素工具鋼T8、普通低合金鋼16Mn、彈簧鋼60Si2Mn、軸承鋼GCr9、調(diào)質(zhì)鋼40Cr、高速鋼W6Mo5GrV2、冷模鋼Cr12等。簡要介紹高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料,引入功能材料,納米材料等新材料的內(nèi)容,擴(kuò)展學(xué)生的材料知識(shí)面,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

(三)工程材料應(yīng)用部分。介紹機(jī)械零件的失效與選材知識(shí)以及工程材料在汽車、機(jī)床等領(lǐng)域的應(yīng)用情況。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速,材料工程和機(jī)械工程中新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)。教師要及時(shí)捕捉這些信息,將新材料、新工藝等前沿知識(shí)充實(shí)到講課內(nèi)容中,使學(xué)生感到課程內(nèi)容新穎、有現(xiàn)代氣息。這對(duì)培養(yǎng)21世紀(jì)社會(huì)主義建設(shè)事業(yè)所需人才無疑有很大益處。采用啟發(fā)滲透式相結(jié)合的教學(xué)方式,在機(jī)械工程材料的基本概念與基本理論方面注意概念嚴(yán)謹(jǐn)、基礎(chǔ)扎實(shí)。在講授基本理論在機(jī)械工程材料中的應(yīng)用方面則注重講解扼要,要求學(xué)生有重點(diǎn)、有選擇的自學(xué)。從而激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望和濃厚的學(xué)習(xí)興趣,產(chǎn)生探索問題的愿望和積極思維的動(dòng)力。例如,我們?cè)谥v齒輪材料時(shí)提出以下問題,以期達(dá)到啟發(fā)滲透式的教學(xué)效果:1、齒輪工作時(shí)受力特點(diǎn)是什么?2、齒輪類零件常見失效形式是什么?3、齒輪材料應(yīng)具有哪些性能要求?4、機(jī)床齒輪和汽車變速箱齒輪的選材有何區(qū)別?5、機(jī)床齒輪和汽車變速箱齒輪的生產(chǎn)工藝路線是什么?6、生產(chǎn)工藝路線中各熱處理工序的作用是什么?通過類比聯(lián)想、循序漸進(jìn)的啟發(fā)滲透,引導(dǎo)學(xué)生全面細(xì)致地分析問題、解決問題。

三、加強(qiáng)形象化教學(xué),充分利用第二課堂

工程材料的授課過程中要大力開展多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以清晰描述微觀、動(dòng)態(tài)的變化過程與狀態(tài),顯著加大課堂教學(xué)信息量,簡化信息傳輸轉(zhuǎn)換過程,增加教學(xué)內(nèi)容的趣味性和吸引力,從而顯著提高教學(xué)效果與效率。充分利用第二課堂教學(xué)。組織學(xué)生到相關(guān)的工廠、企業(yè)參觀,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué),以增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。例如,在講熱處理這章時(shí),組織學(xué)生到熱處理車間現(xiàn)場(chǎng)參觀,了解淬火、正火、退火、回火,表面熱處理,化學(xué)熱處理的工藝過程,這樣學(xué)生能把這些名詞牢牢記入腦海里。培養(yǎng)學(xué)生提出問題的能力和習(xí)慣,要啟發(fā)學(xué)生多問“為什么”,然后帶著問題有目的地去學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。通過組織興趣小組,參與教師的科研等課外學(xué)習(xí)方式,激發(fā)創(chuàng)造精神,強(qiáng)化自己的實(shí)踐能力。教師應(yīng)該適當(dāng)?shù)貙?duì)學(xué)生的課外學(xué)習(xí)予以指導(dǎo),針對(duì)其感興趣的研究方向,提供參考書目,引導(dǎo)學(xué)生了解最新動(dòng)態(tài),把握研究方向,與學(xué)生之間展開討論,鼓勵(lì)學(xué)生走出學(xué)校,參加各種講座,參與校外組織的相關(guān)活動(dòng),開闊自己的視野,增加自己的才干,逐步培養(yǎng)自己的研究能力和創(chuàng)新能力。

四、在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面能起到非常獨(dú)特有效的作用。工程材料課程有較強(qiáng)的實(shí)踐性,在課程的教學(xué)過程中,要重視學(xué)生觀察能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng),我們?cè)诮虒W(xué)中安排了多種形式不同層次的實(shí)驗(yàn)。一是基本技能性實(shí)驗(yàn)。如金屬材料的硬度和沖擊韌性測(cè)定、鐵碳合金平衡組織顯微鏡觀察和碳鋼的熱處理及熱處理后的顯微組織觀察,由實(shí)驗(yàn)教師操作演示,最后由學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)CAI課件獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。二是綜合性實(shí)驗(yàn)。如分別對(duì)20鋼、45鋼和T10鋼進(jìn)行完全退火處理,觀察并畫出顯微組織,測(cè)出其硬度,要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前編制一套完整的實(shí)驗(yàn)方案,包括具體的工藝參數(shù)和詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟(需查找相關(guān)資料),經(jīng)實(shí)驗(yàn)教師審查通過后開始。三是研究性實(shí)驗(yàn)。例如研究與分析不同晶粒度的金屬(低碳鋼和鋁)經(jīng)不同程度拉伸變形后,在回復(fù)和再結(jié)晶的過程中,其組織與性能的變化情況。本類實(shí)驗(yàn),教師只需要提出問題,整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案由學(xué)生自主討論決定。通過多種形式的實(shí)驗(yàn),有效鍛煉了學(xué)生自主獲取知識(shí)和綜合應(yīng)用知識(shí)的能力,提高了分析和解決問題的能力,充分發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性,實(shí)踐動(dòng)手能力大為增強(qiáng),創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到了培養(yǎng)和提高。

五、課堂討論的開展

工程材料課程包括三個(gè)主要環(huán)節(jié):課堂教學(xué)、金相實(shí)驗(yàn)、課堂討論。課堂討論是教學(xué)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),通過對(duì)講課中的一些重點(diǎn)和難點(diǎn)的討論,進(jìn)一步掌握本課程的重點(diǎn)、基本概念和基本理論。課堂討論共有三次:鐵碳相圖、鋼的熱處理和選材及熱處理工藝分析。以第三次討論選材及熱處理工藝分析為例。高質(zhì)量機(jī)械產(chǎn)品的獲得,應(yīng)以設(shè)計(jì)為主導(dǎo),材料為基礎(chǔ),而熱處理則是關(guān)鍵。此次課程討論是本課程內(nèi)容在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用。對(duì)于不同的機(jī)械專業(yè),典型零件的選擇可以各不相同,有所側(cè)重。在一般機(jī)械制造和設(shè)計(jì)中,大量遇到的是齒輪類和軸類零件,這些零件在選材和熱處理工藝上有較大的代表性。我們以機(jī)床齒輪、汽車—拖拉機(jī)齒輪、機(jī)床主軸和汽車內(nèi)燃機(jī)曲軸等零件的選材及熱處理為例,討論步驟包括四部分內(nèi)容:1、根據(jù)工作條件和使用性能進(jìn)行選材;2、工藝路線分析;3、熱處理工序作用;4、熱處理工藝及達(dá)到的組織和性能。這三次課堂討論不僅是對(duì)整個(gè)教學(xué)內(nèi)容的概括、總結(jié)和應(yīng)用,而且集中體現(xiàn)了該課程的主要教學(xué)目標(biāo)和要求。也就是通過該課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生了解在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,優(yōu)良設(shè)計(jì)、優(yōu)質(zhì)材料和高質(zhì)量熱處理對(duì)提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的重要意義,并使學(xué)生進(jìn)一步掌握和應(yīng)用這方面的知識(shí)和技能。為此我們不應(yīng)該把這三次課堂討論看成可有可無,當(dāng)作一般階段小結(jié)來對(duì)待,必須認(rèn)真對(duì)課堂討論內(nèi)容進(jìn)行合理的組織,這是搞好討論課的關(guān)鍵所在。通過思考分析、獲取信息、發(fā)現(xiàn)問題,并運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)和技能來解決問題。在解決問題的過程中,學(xué)生學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn),學(xué)會(huì)分析。因此,課堂討論的順利開展能給與學(xué)生更多的主動(dòng)權(quán),能激發(fā)學(xué)生的求索精神與創(chuàng)新意識(shí)。

六、改革考試方式方法,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)精神和創(chuàng)新精神

對(duì)于考試方式方法,主要是考慮在原有的考試方式方法的基礎(chǔ)上,注重平時(shí)的學(xué)習(xí)積累,把實(shí)驗(yàn)、課堂提問、作業(yè)以及上課情況納入考核中,另外增加論文寫作一項(xiàng)。增加論文寫作的考核內(nèi)容可以打破以往學(xué)生突擊硬背概念應(yīng)付考試的做法,有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,改變以往學(xué)生那種不愿學(xué)、被動(dòng)學(xué)的局面,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和論文寫作能力,無疑起到一個(gè)很大的促進(jìn)作用。學(xué)生為了寫出較高質(zhì)量的論文,他們將會(huì)更多地去查閱有關(guān)的課外書籍和參考資料,從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)精神和鉆研精神,同時(shí)在論文寫作中,學(xué)生可以提出自己的觀點(diǎn),從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。因此,在批閱論文時(shí),可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生是否有新的創(chuàng)見,并以此作為評(píng)定成績的一個(gè)重要因素。總之,機(jī)械工程材料的教學(xué)過程中,學(xué)生是認(rèn)識(shí)的主體,學(xué)習(xí)的主人,教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生去思索,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性,加強(qiáng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練培養(yǎng),更快把教師傳授的知識(shí)轉(zhuǎn)化為分析和解決問題的能力,以培養(yǎng)出更多的高素質(zhì)合格人才。