浅析卓越工程师培养计划下的工程材料课程建设

　　一、概述
　　卓越工程师培养计划(下文简称为卓越计划)是教育部2009年推出的一项重大教育改革试点项目，其根本目的是创建具有中国特色的工程教育模式，促进中国工程教育的改革，加强工程实践教育，进一步提高工程教育的质量。通过3+1的教学安排(3为学生在学校学习基础理论知识3年，1为学生必须参加1年的企业实践活动)，吸引工业界的广泛参与，进一步密切工程教育与工业界和社会的联系，提高工程教育人才培养对工业产业的适应性。通过高校和企业的密切合作，将学生放在实际工程背景下进行工程技术的训练，并通过专业核心课程建设，改进课堂实践教学的形式和内容，完善实践教学平台，使学生得到切实的创新与工程实践训练。
　　上海工程技术大学车辆工程专业及交通运输专业是教育部指定的第一批卓越计划的试点专业。工程材料是研究工程材料的成分、组织结构、加工过程与其性能之间关系的课程，是交通运输工程专业必修的专业基础课之一。通过该课程的教学，学生能够掌握工程材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律，理解材料组织结构的金相分析方法，初步具备根据工程材料的服役条件和性能要求正确选用具体的工程材料、设计适当的工艺路线、分析材料失效形式的能力。
　　如上所述，卓越计划十分注重学生对专业工程背景的认知，十分注重学生工程实践能力的培养。鉴于此，并按照上海工程技术大学车辆工程专业及交通运输专业(卓越计划试点班)(下文简称为本专业)培养计划的总体要求，我们对现有课程内容、教学方法和手段、实验内容和实验平台建设都进行了相应的改进和完善，以适应本专业对卓越工程师人才培养的需求。
　　二、课程建设与教学改革
　　工程材料是本专业的一门理论性和实践性都很强的专业必修课程，它的主要任务是从理论上阐述工程材料的成分、组织结构与性能之间的关系，并在此基础上，阐明工程材料的类型、用途及其加工和热处理原理和工艺，是本专业唯一与机械工程材料密切相关的课程。它为学生学习机械设计等后继课程，以及在课程设计和毕业设计中根据相关机械零件的性能要求和用途选择合适的工程材料奠定必要的理论基础。
　　但是，上海工程技术大学传统的工程材料课程是面向全校材料、机械、汽车、轨道、航空、化工等多个专业班级开设的课程。课程受众面广，涉及专业多，采用同一本教材和同一种教学方案有显而易见的弊端。考虑到卓越计划培养方案3+1(即3年的理论学习+1年的工程实践学习)的特殊情况，以及本专业的特点，我们首先对该课程教学内容进行了相应的改革。课程内容改革措施如下。
　　(一)制定新的教学大纲
　　制定大纲前，我们与交通运输专业的相关教师进行了多次讨论协商，并根据他们的意见，修订了专门的适用于卓越专业的工程材料课程教学大纲。针对本专业多数学生的就业行业特点，新大纲适当降低了基础理论知识的学时，追求理论够用，把更多的学时数放在阐述各种工程材料，包括金属、聚合物、陶瓷、复合材料等的性能及其在汽车和轨道车辆中的应用，以典型的几种汽车零部件为例，引入了材料失效及正确选材的内容。大纲中明确了本专业学生在工程材料课程各部分内容的侧重点，调整实验课时和内容，重新编排了部分内容，以典型零件的加工、处理和应用的案例为主线，与系统介绍基础理论知识的内容互为补充。实践证明，新修订的教学大纲不但能与学生的后续课程，尤其是最后1年的企业顶岗学习有效衔接，而且适当地降低了学习难度，提高了学生掌握工程材料基本理论和基本知识的能力。
　　(二)重新编写工程材料教材
　　根据教学大纲的要求，我们特地邀请相关专业的老师一起重新编写了适用于本专业使用的工程材料的内部讲义，对工程材料的教学内容进行了较大的改革。新编讲义的主要特点是将阐述工程材料学的基本理论，包括材料结构、组织和性能与加工工艺之间的关系，与以典型零件的选材、加工和使用为主线的典型案例分章叙述。通过介绍在汽车及轨道交通车辆中各个主要构件中使用的金属材料、高分子材料、无机非金属材料，让学生从中学习工程材料的基础理论和基本知识;讲义中还增加了汽车轻量化的发展趋势及其对选材、复合材料在车辆中的典型应用等新内容。讲义建立了材料基本理论、基本知识与工程应用的新体系，并收集了许多新颖的案例，具有很强的科学性和实用性。
　　(三)多媒体课件制作
　　多媒体课件的设计关系到教学的实际效果。针对课程的新特点及教学目标，以及新编讲义的内容和特点，制作了适合本专业特色的一套多媒体教学课件。部分多媒体课件对案例内容进行深入讨论，延伸了课堂教学内容，方便了学生自主学习。与此同时，我们将多媒体课件与师生的课堂互动有机结合，根据学生听课的具体情况，适当调整授课的方式和速度，提高教学质量与效率。
　　(四)改革教学方法，提高教学效益
　　对课程内容进行了梳理和整合，力争在课堂上将本课程的基本理论讲解透彻，而把部分较为艰深的理论内容作为学生的课外扩充阅读内容，让学有余力的学生在老师的指导下学习。这样既降低了课程时数，也培养了学生自主学习能力。课堂教学前将讲义中的案例或者新补充的案例作为课外作业布置给学生进行准备和思考，安排一定的课堂时间对案例进行讨论和分析。这样的教学方式，虽然对学生和老师都提出了更高的要求，增加了课余的工作量，但教学效果明显，学生学习积极性显著提高，对理论知识的掌握也较为扎实。
　　(五)加强与完善实验教学
　　完善实验教学是实施卓越计划的一个重要环节。由于学时限制，我校工程材料的实验教学环节只有4学时。传统的实验安排为：铁碳合金组织观察和合金钢、有色金属和铸铁组织观察。很显然，这两个实验都是验证性的实验，存在着实验方法死板、手段陈旧及考核不严等缺点。为了在有限的时间内让学生有更多的动手机会，我们对课程实验进行了改造，加入了综合性和设计性的元素。首先是制定新的实验指导书，在实验指导书中只是规定了实验的目的、实验的总体要求及注意事项，实验的具体内容需要在总体要求的框架内进行具体化和细化。学生进行实验前，先组成实验小组(一般为2~4人一组)，在查阅资料的基础上，制定具体的执行方案和步骤，经老师批准后，可在一定期间内选择适当的时间进入实验室，独立完成实验任务。新的课堂实验已经执行了2届，实践结果表明，与以往的教学实验相比，学生参与实验的热情和责任心明显提高，实验技能和实践能力也有显著的提高。
　　三、结语
　　工程材料是机械类专业的一门学科基础课程。根据上海工程技术大学卓越计划试点专业车辆工程专业及交通运输专业培养计划的指导思想和培养目标，我们对原来面向多个专业的工程材料课程进行了有针对性的建设，对其教学大纲和实验教学大纲作了彻底的修改，更新了教学内容，更加注重实践性和知识的应用性;积极创新教学方法，更新实验内容，突出专业特色，增加实验综合性的特点，培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，为今后从事专业工作打好基础。