姚可夫 巩前明 张 弓 王昆林 吴运新 张华堂 朱宏伟 张 欣

清华大学材料学院 北京 100084

工程材料课程是高等院校机械工程类和近机械类本科专业一门十分重要的技术基础课。该课程讲授的工程材料基础理论、基本知识和工程应用等内容是机械类和近机械类工程技术人员必须掌握的基础知识[1-3]。因此，我国各高等院校，机械工程类和近机械类专业都开设了这门课程，并且，在多数院校工程材料课程是这些专业的必修课程和专业核心课程，可见，工程材料是一门非常重要的技术基础课。各高校都非常重视工程材料课程建设，并取得了显著成效，数十所高校的工程材料课程被评为国家精品课程、省市精品课程和校级精品课程。最近，随着高校教学体系和课程体系建设的不断推进，对课程教学学时均有不同程度的压缩，而对课程教学质量却提出了更高的要求[1-7]。因此，怎样在课时压缩的条件下推进工程材料课程教学改革，提高课程教学质量是我们面临的新课题和新任务，也使工程材料课程建设进入了一个新的阶段。我校是国内率先开设工程材料课程的学校，在工程材料课程建设的新阶段，我们针对32学时工程材料课程的要求，对课程核心内容、课程教学、实验教学进行了深入探讨，提出了课程教学实施方案，并进行了教学实践，取得了初步成效。

1 工程材料课程的前期建设

工程材料课程的前身是金属材料及热处理课程。金属材料及热处理课程阐明金属材料的基本理论，金属材料的成分、加工工艺、组织、结构与性能之间的关系；介绍常用金属材料及其应用等基本知识。1972年，在机械部的领导下，成立了机械类热加工专业教材编审组。1974年，由广东工学院、山东工学院、山西矿业学院、上海机械学院、太原工学院、太原重型机械学院、东北重型机械学院、吉林工业大学、河北工学院、洛阳农机学院等学校联合编写了适合机械类冷加工各专业使用的《金属材料及热处理》教材，由上海人民出版社出版。1978年，机械部教育局在天津召开机械类各专业教材编写会议，决定在原有的基础上重新编写各门课程的教材。1980年，由上海工业大学史美堂、洛阳农机学院席聚奎、东北重型机械学院杨慧心重新编写了《金属材料及热处理》教材，由上海科学技术出版社出版。史美堂主编的这本教材为金属材料及热处理课程教学提供了必要的教学资源，对推动金属材料及热处理课程建设起到了十分重要的作用。当时，我国许多院校使用了这本教材。

1980年10月，机械部在富拉尔基东北重型机械学院组织召开基础课教学讨论会，我校机械工程系郑明新提出了机械类专业开设工程材料课程的设想。我校于1981年将金属材料及热处理课程教学组更名为工程材料课程教学组，并将原来的金属材料及热处理课程改为工程材料课程，至今已有32年。

1991年，在镇江船舶学院召开高等工业学校机械工程材料和物理化学课程指导小组会议。参加会议的学校有哈尔滨工业大学、湖南大学、上海交通大学、清华大学、西安交通大学、北京工业大学、合肥工业大学、山东工业大学、南京工学院、江苏工学院、洛阳工学院、河北工学院、陕西工学院、燕山大学、大连理工大学、华中理工大学、浙江大学、镇江船舶学院等。会议讨论、通过了高等工业学校机械类冷加工专业适用的机械工程材料课程教学大纲。

教学大纲规定了机械工程材料课程的性质、任务和教学目的。教学大纲指出：机械工程材料课程是机械类(冷加工)各专业的技术基础课。本课程的任务是从机械工程材料的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分、加工工艺、组织、结构与性能之间的关系；介绍常用机械工程材料及其应用等基本知识。本课程的教学目的是使学生通过学习，在掌握机械工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具备根据机械零件使用条件和性能要求对结构零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步能力。教学大纲规定了《绪论》《金属的晶体结构与结晶》《合金的结构与结晶》《Fe-Fe3C相图》《金属的塑性变形与再结晶》《金属材料的机械性能》《改善钢的组织与性能的基本途径》《钢铁材料》《有色金属及其合金》《高分子材料》《陶瓷材料》《复合材料》《机械零件的失效与选材》13章的基本内容。大纲指出：对课程体系和层次未作详细规定，各校可结合自己的教学经验探索新的课程体系。

此后，工程材料课程在我国得到快速发展，许多学校编写了自己的《工程材料》或《机械工程材料》教材，呈现出百花齐放的可喜局面。

2 工程材料课程建设与发展

1998年，我校进行大规模教学体制改革，将原来的大学本科由5年制改为4年制，与此同时，对课程体系进行了大的改革和调整。工程材料课程被评为机械学院全院“平台课”，即全院学生必修课程。当时机械学院包括机械工程系、精密仪器系、汽车系、热能系、工程力学系5个院系。工程材料课程春秋两季均开课，每学期有3～5名教师讲课，全院学生可任选一个课程班。全院工程材料课程均为48学时，采用统一教学大纲、统一教材、统一考试试卷和同一评分标准(外语课程班除外)。经过全体教师的共同努力，课程建设取得了可喜的成绩，课程被评为北京市精品课程、国家精品课程，2011年工程材料课程组与材料加工课程组组成的工程材料及加工教学团队被评为国家级教学团队。

随着教学体制和课程体系改革以及课程建设的不断推进，2010年，我校开始进行新的本科课程体系建设，于2011年年底制定了新的教学计划。在新教学计划中，一些院系对工程材料课程的学时数进行了调整。目前航空航天学院、材料学院、机械工程系3个院系开设48学时的工程材料课程，而汽车系、热能系、仪器系改为开设32学时的工程材料课程。怎样开设32学时工程材料课程、怎样在压缩学时的条件下保证教学质量和教学效果成为工程材料课程教学组课程建设的主要任务之一。工程材料课程教学组从2011年便开始进行32学时工程材料课程教学准备和相关内容建设工作，经过2年的努力，已取得初步进展。主要表现在以下几个方面：

2.1 课程核心内容

工程材料课程的核心内容应该包括：材料的基础理论、材料的基本知识、材料应用与零部件选材三大部分，但各部分内容的重点、内容细节、讲课所用学时数各高校则结合自身的特色各有侧重。我校的人才培养目标是培养理论基础厚实、知识面宽、实践能力强的拔尖创新人才。工程材料课程是我校核心课程和机械学院平台课程，也是机械类专业在本科教学中唯一的一门全面介绍材料知识的课程。掌握该课程的核心内容，对各专业学生后续课程的学习和毕业专题研究以及研究生培养都起到重要的作用，在人才知识结构、分析问题、解决问题能力以及素质培养过程中具有重要的地位。在学时数减少的情况下怎样保证教学效果和实现培养目标是一项艰巨的任务。

我校工程材料48学时教学大纲历经三代教师近30年的建设和完善，已在课程教学和人才培养中发挥了重要作用，培养了近30届学生，受到学生的好评。经过仔细分析大纲，提出了保持工程材料课程材料基本理论—材料基本知识—材料工程应用的课程体系。结合32学时课程的学时安排和培养目标，采用保证重点核心内容，简化一般内容，自修介绍性内容的教学方案。课程核心内容如下：

在材料基础理论方面，材料的结构与性能特点、金属与合金的结晶、金属的塑性变形、钢的热处理、钢的合金化等为核心内容，即便学时总数减少，也需要保证上述重点内容的讲授。在材料基本知识方面，重点讲授金属材料，核心内容包括：碳钢、合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢、铸钢与铸铁、有色金属与合金(铝与铝合金、铜与铜合金、钛与钛合金、镁与镁合金、镍与镍合金、轴承合金)，一般讲授内容为高分子材料(工程塑料、合成纤维、合成橡胶)和陶瓷材料(特种陶瓷)。在材料工程应用方面，重点讲授的核心内容包括：零件失效分析与选材原则、典型工件选材与工艺路线设计(齿轮、轴、弹簧、刃具)、工程材料应用(结合行业，如汽车、机床、仪器仪表、热能、化工、航空航天等)。同时在材料基本知识中结合各类主要材料进行举例介绍。而复合材料、功能材料及新材料的内容只进行简单介绍，主要内容由学生自修。

工程材料课程的最终目标是让学生在学习该课程后，能在机械或装备的设计中进行工件或零部件的选材和加工工艺路线设计，要实现这个目标，学生必须掌握材料的基本知识和基本性能，知道哪些材料有哪些性能特点和怎样调控它们的性能。要做到这一点就要了解材料组织结构和性能的关联，包括材料的凝固组织、变形组织和热处理组织，材料的力学性能和加工性能。可见，工程材料课程必须同时保证材料基础理论、材料基本知识和材料工程应用三大部分内容的核心内容。

2.2 保证教学质量和教学效果的方法

在确定课程核心内容后，要在学时减少的条件下保证高的教学质量和好的教学效果，必须采取一系列有效措施。除上述保证重点核心内容，简化一般内容，自修介绍性内容的教学方案外，还采用了一系列配套措施。主要措施如下：

(1)保证作业练习数量。在32学时的工程材料课程教学过程中，为了保证教学效果，基本不减少课外作业次数和作业题数量。通过足够的课外作业练习，使学生增加课外复习和练习时间，使学生能较好地掌握所学内容。

(2)强化网上学习和网上练习。我校工程材料课程建有完善的网络课程，包括各章节主要内容、内容提要和小结，各章节重点和要点，工程材料库、显微组织图谱、国内外钢号等学习辅导内容。这些内容可以帮助学生掌握课堂学习内容。在网络课程中还有与各章节课程内容相对应的网上习题，学生可以在网上进行练习和自己检查答案是否正确。这些习题的特点是量大、内容丰富、覆盖面宽、可有效帮助学生掌握课堂学习内容。

(3)采取闭卷考试方式。工程材料课程由于需要记忆的内容很多，如各种基本概念、材料牌号、化学成分、热处理工艺、热处理组织、零部件选材等，以前采用开卷考试较多。但在充分调研后，发现一些学生寄希望于最后1～2周突击复习，没有真正掌握所学内容。针对这种实际情况，课程组果断采用闭卷考试方式，收到了较好的效果。在课时减少后，是否继续采取闭卷考试方法是件难以抉择的事。但通过总结和分析过去的经验，我们最后还是采用闭卷考试方式。根据考试试卷分析，闭卷考试方式取得了较好的效果。

(4)鼓励课外活动。本课程安排两次实验课(4学时)。此外，课程组鼓励学生开展课外活动，包括大学生研究训练计划(SRTP)以及结合自己的体会撰写与零件选材相关的小论文。很多学生参加了上述课外活动，培养了对工程材料和所学内容的学习兴趣，强化了对课堂学习内容的掌握。

总之，在课程学习中，除了提升教师的授课质量、授课魅力和授课效果外，学生增加投入时间非常重要。在32学时的课程教学中，通过采取上述措施，收到了良好的教学效果。

3 工程材料课程的发展展望

作为一门机械工程类或近机械类专业的技术基础课程，工程材料课程在制造业工程高等教育知识体系中有着极其重要的地位。但多数学校在压缩课程教学学时，使工程材料课程的教学质量、教学效果和学生对工程材料知识掌握与工程材料应用能力面临挑战。在教学学时减少的情况下，怎样保证教学质量与教学效果不受大的影响是工程材料课程授课教师的课题，需要广大教师共同研讨、共同努力。结合我校的实践经验，我们认为采用以下措施可降低学时减少的影响：

(1)强化电化教学：目前多数教师采用PPT演示文档软件来进行授课。采用PPT演示文档进行教学，可省去作图和撰写授课内容的时间，增加了单位时间的授课内容和授课信息量。因此，编写高质量的授课PPT演示文档、动画等教学软件对提升课时压缩条件下的教学效果十分重要。我校工程材料课程教学组通过自己努力，并结合外聘专家辅助，在清华大学出版社的支持下编写和出版了与教材配套的课程教学软件工程材料多媒体课件。

(2)网络课程：网络课程可帮助学生进行课外学习，帮助学生利用网络课程预习、复习课堂学习内容，结合网络习题与练习和网络特色，帮助学生巩固课堂学习内容。同时，可让学生利用网络课程自修部分课程内容。因此，编写和建设有特色、高质量的网络课程，鼓励学生利用网络课程自学对提升课程教学质量和教学效果有重要意义。目前，已有多所高校的工程材料课程被评为国家精品课，并建设有网络课程。建议教育部采取有效措施，鼓励将高质量的网络课程对全国高校开放，增大学生受益面。

(3)建议采取灵活的考试方式。根据调查结果，多数学生很关注考试方式。学生希望可以少投入一些精力，考试题目容易一些，能获得好的分数。但仍有相当多的学生期望教师强化课堂管理，采用闭卷考试方法，使自觉性稍差的学生能在压力作用下，加大对课程学习的投入，实现对课程内容的较好掌握。因此，采用灵活的考试方式，可望收到较好的教学效果。

(4)鼓励课外活动。在大学学习阶段，学生的可塑性很大。培养学生对工程材料课程的学习兴趣，对学生掌握课程核心内容和基本知识有显著帮助。课外活动方式、内容可灵活选择，并可结合学生科技活动、研究训练项目、科技实践活动，让学生感受到工程材料知识在科技活动中的作用，增加材料应用的感性认识，以提升教学效果。

4 结束语

材料学科正在高速发展，工程材料课程不断有新知识引入。为了适应材料学科快速发展的需要，进一步提高工程材料课程的教学水平与教学质量，需要不断更新课程教学内容。工程材料课程建设需要不断完善，不断向前推进。因此，奋战在工程材料课程教学一线的教师互相交流教学经验、共同探讨应对挑战的策略对提升教学质量和教学效果有重要意义。

[1] 朱张校,姚可夫,张人佶.国家精品课程“工程材料”课程建设探讨[J].大连理工大学学报:社会科学版,2007(S2):4-7.

[2] 姚可夫,朱张校.建精品课程,编精品教材[J].重庆大学学报:社会科学版,2009(15):6-7.

[3] 朱张校,姚可夫.工程材料[M].第5版.北京:清华大学出版社,2011.

[4] 周济.大力加强教学研究,切实提高教学质量[J].中国大学教学,2005(1):4-8.

[5] 刘宝存.建设高水平教学团队,促进本科教学质量提高[J].中国高等教育,2007(5):29-31.

[6] 杨明波,曾英.材料科学与工程学院教学团队建设的措施与成效[J].重庆工学学报,2008,22(2):157-160.

[7] 张人佶,姚可夫,张弓,巩前明,朱张校,董长胜.工程材料讨论课结合科研实际的尝试[J].重庆大学学报:社会科学版,2009(15):23-25.