谈机械工程材料教程的思考范文
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1注重工程背景和实际应用
机械类或近机械类专业的学生毕业后会从事机械类或近机械类的设计、制造工作,其中,掌握机械工程材料方面的知识,以达到正确选择模具及零件的材料,为制造工艺路线、机床模具设计与冲压、金属的切削做好准备。这些选材、准备工作是与机械工程实际密切结合的,尤其重视工程背景。机械工程材料课程教材本身理论较强,工程应用部分较弱,如果教师本身没有工程实践知识,或未从事过机械工程材料的科学研究,那么授课时就不能从教材本身给学生传授机械工程材料方面的工程应用知识,学生由于感觉课程理论联系实际不强,而印象不深、掌握知识不够深刻,未来工作一碰到需要机械工程材料课程的相关知识就会茫然不知所措。因此,机械工程材料课程的教学应从教材、教师、学生三方面与机械工程背景结合,从实际应用出发,进行教学改革。
2机械工程材料课程教学的思考
针对机械工程材料课程教学中出现“三多一少”现象,任课教师要从教材选择、优化教学内容、改革教学方式等方面着手,解决“三多一少”给学生带来的学习问题,从而改善教学效果,提高教学质量。
2.1教材选择
机械工程材料课程作为机械类或近机械类专业的专业基础课,教材版本众多,大致可归为三大类:一是仅从工程材料本身出发,立足材料学本身,教材主线为“成分—热处理工艺—组织、结构、性能关系——材料选择”,国内教材大都如此。二是只从工程实用角度出发。三是理论与工程实际运用并重,把机械工程设计制造与机械工程材料课程的核心——选材相结合,介绍工程材料的基本原理和知识及其机械实际工程应用。
第一类教材由于材料与机械设计、制造脱节,学生理解、掌握较难,难以将所学的课程知识运用到机械的设计与制造中去,即只注重材料知识本身,实际运用知识较少。第二类则刚好与第一类相反,大量篇幅是材料在机械工程中的应用,不符合机械类本科的“厚基础、宽口径、注重实践”的课程体系要求。第三类恰是第一类、第二类的结合。为此,笔者认为,应用型本科高校选择杨瑞成主编、重庆大学出版社出版的《机械工程材料》(第4版)教材较为合适。该教材注重工程设计与制造紧密相关的工程材料知识,让学生懂得具体材料的选择;教材主线为“机械工程材料的基本特征—材料的成形加工特性及改性—常用机械工程材料介绍—机械工程材料的选择与应用”。
2.2优化教学内容
杨瑞成主编的《机械工程材料》(第4版)教材确定的基础知识为“第1章机械工程对材料性能的要求,第2章材料的组成和内部结构特征”;重点内容为“第3章工程材料成形过程中的行为与性能变化,第4章改善材料性能的热处理、合金化及改性,第5章常用金属材料及性能,第6章非金属材料,第7章工程设计、制造与材料选择”。笔者在教学中,根据机械工程材料课程教学大纲,把握教学目的,压缩材料的组成和微观结构方面的内容;讨论金属、非金属材料的成分、组织及性能;除第1章、第4章、第7章外,还重点讲述机械工程材料的核心内容以及“第四篇机械工程材料的选择与应用,如第8章到第13章的机器零件、工模具、高温与磨损条件下的选材”等。这样的优化,有利于学生掌握机械工程材料方面的基础知识,把握住重点知识,并有利于学生将所学的知识应用于工程实践。
例如,“第2章材料的组成和内部结构特征”,虽是基础知识,但过于偏重物理、化学中的晶体知识,微观结构较多,难以板书形式呈现。对于此章的教学,笔者首先呈现PPT(已压缩教学内容),然后让学生记住每节的标题,如图1。对于材料的结构:晶体与非晶体、金属的晶体结构、高分子材料的结构、陶瓷材料;晶体材料的相图与相变:相与相图、固溶体与金属间化合物、二元相图类型及Fe—C相图;材料的组织与性能:平衡组织与非平衡组织、单相组织与多相组织、金属材料的组织与性能、陶瓷和高分子材料的组织性能,这些内容多以材料感性识别为主,应以多给学生看材料图片,如图2～图4,记住主要名词,如相、相图等,即可达到教学目的。
2.3改革教学方式
由于机械工程材料课程知识点多,对部分章节进行教学内容优化后,如何快速压缩非重点内容,多媒体教学无疑是一种高效率的教学方式。笔者曾在先前的文献[8]中详细讨论了传统板书与电化教学的优缺点。但本课程不同于“画法几何与机械制图”课程强调投影、空间几何知识,而概念化的文字记忆点相对较多;尤其强调机械工程应用,如工程材料的晶体结构、成形过程、热处理、合金化及改性的过程,机器零件如箱体支承,工模具如刀具、冷作、热作、成形模具等,用Flash或swf动画可以实现平面或立体呈现,而黑板板书较难;同时,新建本科院校尚没有相关机械工程材料课程教学要用到的教具、材料实例。因此,本课程教学中,多媒体教学方式相对于传统板书教学方式使用的比例较大。对于与生产实践相关的内容,在授课过程中,可以借助工程实践的录像重点播放,课后还可以把多媒体课件、录像资料上传到班级QQ群中共享,让学生课后学习。
2.4引导学生课后主动学习
课堂教学是教学的主要手段,也是学生学习知识的主要方式。但大学生的学习不应当仅仅局限于时间有限的课堂内,而应针对机械工程材料课程的“三多一少”特点,要求学生相互之间提出问题,复习知识点。课堂上,教师采用引导式教学,如讲到钢材的特性时,让学生联想老式铸铁与不锈钢自来水管,然后把学生引入铸铁、结构钢、滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢的课程知识上来。如今的网络时代,电子教学资源极其丰富,机械工程材料课程教师要引导学生课后登录中国材料网、机械CAD论坛、模具论坛、热处理论坛等,学会网上学习,学会从网上查找解决问题的方法,引导学生自主学习,进而巩固基础知识,不断扩大知识面。
2.5教学与科研相结合
教学中,“金属的凝固、铸造过程中的材料行为及性能变化、钢的合金化”的内容与笔者的科研项目“柱塞泵转子挤压铸挂成形的优化”相关,为此,笔者根据科研项目的研究进展,把相关成果运用到教学中,尝试研究性教学[10],以下以“铸造”的教学为例。铸造,简而言之,将熔融状态的金属浇入铸型,等凝固后获得既定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的一种成型方法。挤压铸挂或称挤压铸造作为一种先进的铸造技术,其最大的特点是金属液体在较高的压力下凝固。冲压压力可以起到加速铸件凝固过程和产生塑性变形的作用,使铸件晶粒细化,物理性能好。教学中,笔者结合自己的研究项目,开展铅锡青铜在压力下快速充型、凝固对内部组织结构和铅锡青铜与钢坯体铸挂结合面质量的研究,在分析不同工艺参数的基础上得出转子毛坯内部组织结构和铸挂结合面质量的规律性,以期建立结构复杂件(如柱塞泵转子毛坯)液体金属挤压铸挂成形技术的工艺体系,达到获得质量和效率稳定的铸挂毛坯的目标。课堂上,给学生PPT展示铸造过程(图5、图6)、ProCast模拟成形参数的优化,提高了学生对本课程的兴趣,达到学以致用、理论联系实际的目的。
3结束语
针对机械工程材料课程教学中出现的“三多一少”现象,笔者提出了:(1)选择理论与工程实践并重的教材;(2)压缩偏重材料本身的化学知识;(3)加大多媒体教学的比例;(4)引导学生自主学习;(5)教学与科研相结合等建议;倡导教师应用研究性教学,把自己的科研成果融入课程教学中,以拓展学生的知识面,培养学生的科研意识和工程意识,从而提高教学效果。
作者：凌静单位：宿州学院机械与电子工程学院,
