試論基于卓越工程師培養的“機械工程材料”課程建設論文
一 針對“卓越工程師”培養計劃提出的教學基本要求
“卓越工程師”培養計劃是教育部2009年推出的一項重大的教育改革試點項目, 旨在為培養工科專業本科層次、碩士層次和博士層次學生提出其應達到的知識、能力與素質的專業要求。借鑒世界先進國家高等工程教育的成功經驗, 創建具有中國特色的工程教育模式, 通過教育和行業、高校和企業的密切合作, 以實際工程為背景, 以工程技術為主線,著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力, 培養造就一大批創新能力強、適應企業發展需要的多種類型的優秀工程師。
根據“卓越工程師”培養計劃的目的要求, 結合“卓越工程師”培養計劃通用標準、“卓越工程師”培養計劃機械行業標準和“卓越工程師”培養計劃學校培養標準, 針對機械設計制造及其自動化專業學生必修的“機械工程材料”課程提出了相應的教學基本要求, 主要是掌握常用工程材料的種類、性能特點、應用, 以及材料性能的改進方法;能夠針對零、部件的性能要求合理選材。具體內容主要包括:
1.工程材料的分類及特點。
2.金屬材料組織和性能控制, 包括晶體結構及表達方法、實際金屬中的晶體缺陷、組織與性能的關系、金屬的結晶過程及其控制、合金的相結構與結晶過程、合金的性能與相圖之間的關系、鐵碳合金組織與結晶過程分析、合金元素對鐵碳合金相圖及性能的影響等。
3.塑性變形加工, 包括塑性變形的基本形式與原理、冷加工變形對金屬組織和性能的影響、冷變形金屬在加熱過程中組織和性能的變化、熱加工變形及其對金屬組織和性能的影響等。
4.鋼的熱處理, 包括熱處理的基本概念與分類、鋼在加熱時的組織和性能變化、鋼在冷卻時的組織和性能變化、鋼的退火與正火、鋼的淬火與回火、鋼的表面熱處理、熱處理新技術與新工藝等。
5.常用金屬材料, 包括合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、非鐵合金等常用金屬材料的成分、組織、熱處理工藝、性能及其應用。
6.常用非金屬材料, 包括工程塑料、常用陶瓷、橡膠、復合材料等。
7.機械零件的失效分析與選材, 包括機械零件的服役條件與失效形式分析、機械零件選材的基本原則與步驟、典型機械零件與常用工具的選材過程與實例。
二 課程現狀及建設思路
(一)課程現狀
“機械工程材料”課程是一門理論性和實踐性均較強的課程, 既強調知識的綜合性、實用性, 又強調創新能力、綜合分析和解決生產實踐問題的能力,這也是“卓越工程師”培養計劃所要求的, 但現在的教學并沒有達到這一目的, 存在的主要問題包括:
1.現有課程內容體系是建立在知識的系統性和完整性之上的, 在知識點的選擇和安排上沒有脫離傳統的教學理念, 新材料、新技術、新工藝方面知識點增加緩慢, 所用教材的知識內容體系的創新性不夠, 沒有體現“卓越工程師”培養計劃中所要求的“能力”主線, 與生產實際要求的課程內容或知識點的編排存在一定的差距。
2.現有課程實驗教學內容中驗證性實驗和演示性實驗內容仍然偏多, 單個實驗項目所涉獵的知識點比較單一, 實驗中學生對知識點的掌握上只限于幾個相對孤立的知識點, 學生自己動手和動腦思考的機會仍顯不足, 缺乏對各知識點之間的相互貫通,無法通過實驗悟出材料的成分、組織狀態、熱處理工藝、力學性能和實際應用之間的內在聯系, 更無法將所學習的知識點與分析、解決生產實際問題相聯系,限制了學生的創新思維和動手能力的培養[ 2] 。
3.在本課程的教學實踐中, 不但要求學生能夠掌握材料的性能、熱處理工藝、選用原則和方法, 還要求學生能夠掌握毛坯成型和加工工藝方法等, 學習中雖然有金工實訓、生產實習、機械設計課程設計等教學環節相配合, 但相互之間沒有完全協調一致,特別是沒有與生產實踐完全融為一體;在實訓的內容安排上, 對理論教學內容的涵蓋面較小, 而且沒有具體考慮專業的學習內容和學習特點, 針對性不明顯, 無法形成完整的知識應用體系, 不是真題真做,與實際生產環節存在一定的差距, 基本素質訓練不到位。
4.現行的課程教學內容和所使用的教材, 雖然積累了一定的前期課程改革和課程建設成果, 但在很大程度上仍保留著傳統的課程內容體系, 又限于課時安排和教學大綱的限制, 靈活性不足, 缺少學生自主的研究性學習內容和訓練環節, 加之學生主動學習的積極性不高, 使得學習效果不理想, 即“能力”的培養方面比較欠缺。
(二)課程建設思路
以“卓越工程師”培養為目標, 切實加強課程建設中的“能力”培養, 突出與生產實踐的緊密融合。主要建設思路如下:
1.根據“機械工程材料”省級精品課程的建設規劃, 緊密結合“卓越工程師”培養計劃對本課程提出的基本要求, 在深入調研的基礎上, 根據機械類專業學生的就業領域以及課程課時等條件要求, 制訂出新的教學大綱和實驗教學大綱;從“能力”培養出發, 合理安排理論教學內容和實驗教學內容。
2.根據教學需求不斷改革教學方法與教學手段。針對“機械工程材料”課程理論性和實踐性均較強的特點, 應注重教學內容的精選, 著重講清“問題是什么”、“問題的背景是什么”、“問題的性質是什么”、“問題的解決方法是什么”等內容, 給學生留有一定的思維空間, 活躍學生的學術思想, 并充分利用現代教育技術, 實現教學方法和教學手段的現代化, 深入開展大學生的研究性學習, 為激發其獨立思維和創新精神提供有利條件。
3.根據機械類專業“卓越工程師”培養計劃的基本要求, 結合省級精品課程的建設規劃和校級教改課題的主要任務要求, 按照“機械工程材料”課程教學大綱的基本精神, 積極開展教材建設, 在合理安排“卓越工程師”培養計劃所要求的基本知識點以外, 將在“能力”培養上有所突破, 特別是將增加基本知識點的問題與解答、材料的選用舉例與工藝路線分析、以及與生產實際緊密融合的綜合應用等方面。
4.根據“能力”培養的基本目標, 進一步加大實驗教學的改革力度, 去除已有相對落伍的實驗項目,更新和改造符合“能力”培養目標要求的實驗項目,使之成為綜合性和設計性實驗項目, 同時根據“機械工程材料”省級精品課程的建設目標, 新建一些實驗設備先進、實驗水平高、與生產實踐結合緊密的新實驗項目, 以滿足課程建設的實際需要。
三 課程建設與教學改革
課程建設是一項長期而艱巨的工作, 需要不懈的努力和不斷的改革, 才能取得良好的效果�！皺C械工程材料”課程建設自2006年校級精品課程建設立項以來, 課程組成員進行了一系列的建設工作, 并配套完成了3項相關省級、校級教改課題的研究, 取得了系列教研成果, 并在課程建設中加以推廣應用,2009年順利通過了校級精品課程的評估驗收, 同年被評審為省級精品課程, 另有2項校級教改課題獲得立項資助。
(一)教學內容更新
自2009年本課程省級精品課程立項以來, 結合當前高等教育的改革形勢和“卓越工程師”培養計劃的目標要求, 組織課程組成員進行了廣泛的調研,聯系或走訪了近20家用人單位, 收集意見和建議,了解其對本課程教學內容的需要, 并查閱了國內外15所同類院校本課程的相關教學資料, 組織了6次課程組全體成員參加的課程建設研討會。通過調研、查閱資料、研討會等一系列活動, 明確了課程建設的基本目標和任務, 統一了思想認識, 在充分討論和多次修改的基礎上, 強化了教學內容的先進性和應用性, 形成了本課程以“能力”培養為中心的建設目標, 制訂了課程教學大綱、實驗教學大綱和質量標準, 明確了教學內容和重要知識點, 形成了新的教學內容體系。
(二)教學方法和教學手段改革
“機械工程材料”課程涉及的學科知識廣、概念多、跨度大、難理解, 為了在規定的教學時數內提高教學質量和教學效果, 必須對教學方法和教學手段進行改革。
1.明確教學目標, 緊密聯系實際, 活躍課堂氣氛, 培養學習興趣。教育心理學家認為, 濃厚的學習興趣是掌握科學文化知識的重要條件, 所以在教學中應采取靈活多樣的教學方法, 努力培養學生的學習興趣。例如, 在講授第一次課時, 應首先結合當前社會的發展趨勢、工業產品的生產、材料的發展歷史等學生熟知且感興趣的話題, 通過相互交流引入課程內容, 并強調本課程在機械類專業以后的學習和工作中的作用, 讓學生在輕松、愉快的交流過程中,認識到本課程的意義, 激發學生的學習積極性和主動性。
2.由于時代的日益進步、知識的不斷積累, 要求在有限的教學時數內, 給學生傳授盡可能多的課程知識, 因此必須要打破教師講、學生聽的傳統教學方法, 而采用啟發、引導、互動、對比等多樣化、相結合的方法組織教學, 最大限度地激發學生的學習興趣,增加學生的參與機會, 提高學生的主觀能動性。通過工程實踐應用的實例豐富教學內容, 體現課程的基本理論知識與工程實踐之間的內在聯系。例如,在講解零件的熱處理工藝時, 可根據學生在金工實習中見過的`零件進行講解, 啟發學生主動思考問題并尋找解決辦法, 使學生獲得知識的方式由被動變為主動。
3.對于本課程中看不見、摸不著的知識點(如晶體結構), 則應采用板書畫圖、模型和多媒體等多種手段相結合的方式組織教學, 增加課堂教學的信息量, 提高教學效果。合理運用多媒體教學素材, 使抽象概念形象化、微觀物體宏觀化、不可見現象可見化、復雜過程簡單化、枯燥的知識生動化, 充分調動學生的學習積極性。同時, 還可以充分利用校園網絡資源進行知識的補充和課后答疑, 強化課后的知識復習, 補充課外知識, 拓寬學生的知識面, 加強師生之間的交流。
4.努力培養學生的自主學習和研究性學習能力。隨著科技的發展和社會的進步, 科學知識的積累日益豐富, 要學習的知識很多, 而大學生正處于掌握知識的黃金期, 具有學習知識、掌握技能、分析和解決問題的渴求, 在這個時期應積極引導學生開展自主學習和研究性學習, 給他們創造一個良好的學習環境和氛圍, 并給予一定的幫助和指導, 結合課程教學內容, 協助他們參與大學生科技創新、大學生創新實驗和大學生挑戰杯競賽等課外科技活動, 延續課堂教學, 提高學習效果。
(三)實驗教學改革
“機械工程材料”課程包含有一定數量的實驗教學項目�？萍嫉陌l展和社會的進步, 要求對已有的實驗項目進行更新, 并且要不斷地優化和新增實驗項目, 特別需要增加在知識掌握、實踐應用和創新能力培養方面有重要作用的綜合型、設計型、研究創新型實驗項目。在以往實驗教學改革的基礎上, 將在設計型和研究創新型實驗項目上多下功夫, 通過開拓新的實驗內容、引進新的實驗裝置和實驗設備,設置一定數量的新實驗項目, 力爭使本課程的實驗教學時數達到課程教學總時數的20%。同時, 進一步完善全開放的實驗教學模式, 充分利用校園網絡資源, 采用課內與課外結合、必修與選修結合、規定項目和自擬項目結合的方式, 強化實踐教學環節, 提高實驗教學的質量, 培養學生的實際動手能力和創新能力。
(四)教材建設
教材是學生學習中的重要參考書, 也是教師講課的主要依據之一, 但“機械工程材料”教材的版本繁多、有深有淺, 有的注重理論性和系統性, 有的注重實踐環節, 在教材的選用上總是存在著或多或少的不足。特別是應用型本科教材, 各版本之間、各院校之間差別更大。針對這種現狀, 在“機械工程材料”課程被列為2006 年校級精品課程以后, 根據我校的人才培養定位和本課程的建設規劃, 主編并公開出版了《機械工程材料基礎》和《機械基礎實驗》教材, 是以應用型本科人才培養為目標, 重點突出實際應用能力和創新能力的培養, 特別是在機械零件的選材、加工工藝路線制訂、熱處理工藝選擇與技術條件標注、毛坯的生產及選擇等方面與生產實踐聯系緊密, 而且有相應的實驗教材相配套, 已連續使用4屆, 是校級精品課程的主要建設成果之一, 使用效果反映較好。
2009年“機械工程材料”課程被確定為省級精品課程, 同時, “材料類課程群建設與教學改革”成為2009年度湖南工程學院校級重點立項資助課題,“材料類課程實際教學研究與實踐”成為2009 年度校級一般立項資助課題。為了進一步建設好“機械工程材料”省級精品課程, 加強材料類課程群建設,我們在原有教材的基礎上, 進行了深入的總結和研究, 經過多方調研和編寫組成員的多次討論, 擬定了新的教材編寫了新的大綱, 并聯合省內的幾所普通高校進行了研討, 確定了以“能力”培養為中心的基本目標, 符合“卓越工程師”培養計劃的基本要求,本教材將在2010年度公開出版, 同時結合我校材料成型工藝與質量控制實驗中心部省共建實驗室建設項目的實施, 重新編寫相配套的實驗教材, 以滿足課程建設的需要。
四 結束語
通過“機械工程材料”精品課程建設、教材建設和教學改革, 有效地改善了本課程的教學條件, 使學生的學習積極性和主動性有了較大提高, 綜合分析和解決實際問題的能力培養環節得到了進一步加強, 收到了良好的教學效果。
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