构建立体化教学资源库和教学平台全面推进 《 工程材料 》 教学改革

构建立体化教学资源库和教学平台构建立体化教学资源库和教学平台全面推进全面推进《《工程材料工程材料》》教学改革教学改革

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杨苹，杨苹，冷永祥冷永祥，陈俊英，高国庆，杨川，万国江，王进，邱慧，陈俊英，高国庆，杨川，万国江，王进，邱慧（西南交通大学材料科学与工程学院，四川成都，（西南交通大学材料科学与工程学院，四川成都， 610031610031 ））

课程简介专业覆盖面：机械、工程力学

开课院系：材料学院

总课时： 32 学时

理论课时： 30 学时

试验学时： 4 学时（网上试验： 2 学时，综合试验：2 学时）

其它实践环节：选作试验，工程实践

后续选修课程：工程材料 2 ，失效分析，材料选择及应用

“ 工程材料”是高等院校机械类各专业的一门必修的技术基础课程。

前身 : “ 金属材料材料及热处理”，1985 年 : “ 机械工程材料”，90 年代 : “ 工程材料”。

一、存在的问题

1. 内容多，学时少，教学内容缺乏有机的整合。

* 80 年代，《金属材料及热处理》， 85 学时 2000 年，《工程材料》，（金属材料、高分子材料、陶瓷材料、

复合材料、材料力学性能、失效分析、选材、功能材料、表面工程技术）教学内容多， 32 学时

* 吸纳了新的内容，在内容布局上过于拘泥传统材料学的理论的完整性和逻辑性，造成了内容的膨胀与有限学时之间不可调和的矛盾。

一、存在的问题

2. 学生知识应用能力、实践能力不足。

本课程是一门实践性很强的课程 , 不仅需要培养学生的实际操作能力，更需要培养学生对于课程基础知识的实际运用能力 , 没有有效的实践环节 , 就不可能真正实现对学生工程实践与创新能力的培养。

3. 教学试验设备陈旧、老化，设备台套数少，不适应高校扩招的要求。

课内实验是培养学生必不可少的教学环节，而实验内容的更新必须以先进的实验装备作保障。不能持续地改善实验室装备条件、提高实验装备的技术水平，就不能有效地更新实验内容，为开设新型设计型综合实验提供保障。

一、存在的问题

4. 某些知识点抽象，传统教学方式教学效果不佳。

晶体结构、位错滑移等抽象概念以及很多实际的加工过程，传统的讲解方式费时费力且不够生动，学生难于理解、印象也不深，教学效果不佳。同时随着学生人数的增多，也需要建立更有效的答疑等辅导与交流方式。

一、存在的问题

二、改革措施1. 改革课程理论教学内容体系

问题：内容的膨胀与有限学时之间不可调和的矛盾。

措施：从 90 年代中期起，以“材料实际应用（绪论提出问题）性能要求（力学性能）获得所需性能的途径（材料结构与性能关系，材料处理工艺）材料选择与技术决策（材料选材及应用）”为教学主线，遵循“提出问题解决问题的理论基础基础理论的运用解决问题”的科学的认识过程，重新整合教学内容，同时强化课程的目的性，大力充实选材内容。　　

模块 1 模块 1 模块 3 模块 4

第一篇工程材料概论

第二篇材料的结构与性

能控制

第三篇常用工程材料

第四篇机械工程材料的

合理选用

课程的切入点——以失效分析提出工程材料应用中的问题

基础理论：材料结构与性能的关系、获得所需性能的途径

基础理论的具体运用——归纳常用工程材料的应用特点

分析解决实际问题——选材与材料加工工艺路线的设计

“提出问题——解决问题的理论基础——基础理论的运用—— ” 解决问题

改革后的课程内容体系包括四大块内容：

第一篇 工程材料概论（包括材料与人类文明的发展、材料与工程创新、材料分类与材料性能）——教学目的：增进学生对工程材料的了解的同时，提出机械工程（设计、制造、使用）中与材料有关的各种问题；

第二篇 材料的结构与性能控制——教学目的：提出解决工程材料应用问题的理论基础：金属材料、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料的结构与性能控制的基本原理、方法和有效途径；

第三篇 常用工程材料——教学目的：运用材料的结构与性能控制的基础理论（原理、方法、途径），介绍与归纳常用工程材料的应用特点；

第四篇 机械工程材料的合理选用——教学目的：了解材料选择与技术决策基础（原则、程序、判据、方法等），解决“机械零件选材及合理制订其加工工艺路线”这一机械工程中的实际应用问题。

教学内容及对应学时

第一篇 工程材料概论 （ 4 学时）第二篇 材料的结构与性能控制 （ 12 学时）

1.材料与人类文明的发展2.材料与工程创新3. 材料分类与材料性能4.机械零件失效与选材原则

1.材料结构2.金属材料的结构与性能控制3.高分子材料的结构与性能控制4.陶瓷增韧强化5.材料复合原则

第三篇 常用工程材料 （ 8 学时） 第四篇 机械工程材料的合理选用 （ 4 学时）

1.金属材料2.高分子材料3.陶瓷材料4.先进材料 *（含功能材料）

1.选材方法2.典型零件选材与工艺路线设计3.机械工程材料应用 *

实验和讨论 （ 4 学时）实验 ： （ 4 学时）1.材料力学性能2.铁碳合金平衡组织3.碳钢的常规热处理4.常用铸铁的显微组织5.常用有色金属的显微组织6.工程材料综合开放实验

讨论 ： （课外 4 学时）1.失效事故后面的材料应用问题2.如何通过热处理控制钢的结构与性能3.与金属材料相比，陶瓷材料和高分子材料在应用中有何特点4.典型零件选材与工艺路线设计

经过五年的建设，在新的教学内容体系下，我们完成了教学大纲、教材 /教案 /讲义、实验大纲、实验指导书、，习题与习题指导书的编写，同时建立了丰富充实的网上教学资源库，经过实践取得了良好的教学效果。

2. 依托重点实验室 , 通过多种形式的工程实践方案，培养学生的知识应用能力与创新能力。

问题：学生知识应用能力、实践能力不足。

措施：利用重点实验室的设备资源、人才资源，针对课程的教学目的，结合用人单位生产实际、学生个性化发展的要求及实验室科学研究特点，建立形式多样的工程实践方案，重点培养学生的知识应用能力与创新能力。

1．学术讲座与认知型实验

2．设计型实验

3．专项研究－微型课题

根据学生的需求 , 在工程实践课题设计中采用了分层次模式，将实践课题设计成 3 类：①学术讲座与认知型实验类；②带有综合性研究特点的设计型实验类；③专项研究课题类。本教学团队的教师均是工程实践的主要指导教师，自 1999 年以来共开展了 5 期，约有 600名学生经历了不同类型的实践课题培训，占学生总数的 40%左右。

2005 年全国教学成果一等奖2004 年四川省教学成果一等奖

工程实践

提高学生综合素质

知识应用能力创新能力 知识面

3. 网上虚拟实验室与现实材料实验室相结合，组织有效的实践教学 问题：教学试验设备陈旧、老化，设备台套数少，不适应高校扩招的要求。措施(1)自制各种教学设备，改善课程试验条件。

改造旧设备，使改造后的设备达到国内先进水平，及时投入到本课程的实验教学中，为学生提供更多先进的实验教学项目，并为开放型、设计性材料综合实验的开设提供了技术平台与装备保障。自主设计制造的设备先后获得了四川省科技进步三等奖，铁道部科技进步四等奖及成都市科技进步一等奖。

近 5 年来，我们自制各类新型设备 15 台，为学校节约资金 40余万元，为如何解决实验教学设备更新这一普遍问题提供了可资借鉴的途径。

（ 2 ）更新实验内容，开设设计型材料综合实验

将一些实用化的新技术与工艺，转化为设计型综合实验内容：要求学生针对不同零件的性能要求，设计具体的热处理工艺，然后完成从热处理实际操作到零件的组织与性能分析的全过程。

（ 3 ）采用“ 5+1” （ 5 个认知试验， 1 个综合试验）试验教学方式 .

将材料力学性能、铁碳合金平衡组织、碳钢的常规热处理、常用铸铁的显微组织、常用有色金属的显微组织等 5 个认知型实验移至网上进行，采用“ 5+1” 的模式，在 4 个学时的课内试验教学学时内，充分利用课外试验教学时间，完成等 5 个认知型实验和一个综合开放实验。

（ 4 ）多层次的实践教学模式在完成教学大纲规定试验的基础上，结合我校重点实验室和材料专业实验室的硬件条件，我们设计出多个层面的实践教学方案。

4. 构建立体化教学资源和教学平台，现代教学技术与传统教学手段相结合，提高教学质量

（ 1 ）立体化教学资源和教学平台的建立

（ 2 ）依托立体化教学资源和教学平台，现代教学技术与传统教学手段有机结合，采用课堂教学与网络教学结合的立体化教学模式，提高教学质量

323 建设

580 万，材料科学

三、改革成果（ 1 ） 5 年学生对课程教学的整体满意度均在 96％以上，每年教学质量均为优秀 。

（ 2 ）督导组专家认为 “课程改革力度大，已取得良好的教学效果”， “良好的教学效果为后续课程打好了重要的认识基础”，“学生的材料素质与领悟力逐年提高”。

（ 3 ）四川省精品课程 。

（ 4 ）校教学成果一、二等奖、四川省教学成果三等奖。

（ 5 ） 2004 年四川省教学成果一等奖、 2005 年国家教学成果一等奖 。