《材料工程基础》是一门理论性和工程实际意义都较强的课程。它主要涵盖了流体力学、传热学及燃料燃烧学的相关内容。它具有理论不易掌握, 概念和方程较多且容易混淆, 对学生高等数学知识及综合分析和处理问题能力要求较高等特点。如何使学生掌握这些理论知识并且加以灵活应用是我们需要解决的问题。本文从改革教学理念, 改进教学方法和改变教学手段和几个方面对《材料工程基础》教学改革进行探讨。
1 教学理念的转变是提高教学效果的基础
传统的教学目的是教授学生本课程的基本概念、理论与计算方法, 而不是形成该学科的思维方式和知识体系。[1~2]在这种理念指导下学习的学生, 可能在课程考核中获得好的成绩, 但是在遇到实际的材料工程问题或后续课程的学习时无从着手。实际上, 掌握该课程的思维方式和知识体系不仅有利于本课程的学习, 而且对于专业课程的学习及实际生产中解决工程问题都是不可或缺的。例如:当同学掌握了相似理论, 不仅对于流体力学中各种力学相似准数容易理解, 当学习到对流换热时各种热学准数也很容易掌握。再比如在专业课学习中讨论玻璃窑炉内压力过大的原因有哪些时, 同学很茫然, 不知道从流体力学的角度来解决问题。这说明机械符号的记忆无法解决实际问题。当我们在教学中反复强化该学科的知识体系, 使学生建立了该学科的思维方式时, 同学们就能够根据能量方程中能量的转换关系来解决问题。
2 合适的教学方法是提高教学效果的保证
在《材料工程基础》这门课中, 有很多理论性较强的内容如能量方程的推导和应用, 导热方程的推导等, 可以采用采用教师讲解, 引导学生提出问题, 扩展学生的思维空间的启发式教学法, 通过师生之间的相互质疑, 探讨进而解决问题, 从而帮助学生形成该学科的思维方式。当同学某一方面的理论体系建立以后, 可以开设讨论课, 教师提出具体的工程实际问题, 要求同学通过讨论后进行解决, 教师启发引导, 进行教学互动。例如:当同学完成传热学理论体系的学习后, 教师可以提出在玻璃窑炉设计过程 (或实际的操作) 中, 怎样强化有益传热?通过这种互动式、讨论式的教学方法既可以充分尊重学生的主体地位, 激发学生的自主学习精神, 提高学生的学习兴趣, 同时也有利于强化该学科的思维方式。在学生有一定基础的情况下, 可以将部分章节留给学生自学, 要求学生查阅资料, 撰写报告, 解决一些简单的项目。比如换热器问题, 教师有计划地拟定一些分析和设计题目, 提出某工程应用要求, 作为任务提供给同学, 由同学自学完成各种换热器的分析、计算, 提出应用策略。通过这种方式, 可以促使学生利用现有的知识和网络资源, 发挥学生的主观能动性。所以在教学过程中, 教师要根据不同的内容选择不同的教学方法, 从而提高教学效果。
3 先进的教学手段是提高教学效果的推动力
3.1 传统教学手段与多媒体教学相结合
《材料工程基础》理论性强的特点使其具有运用数学和物理的知识推导演绎出相关的理论, 传统的黑板教学方式更适合这种知识体系的认知规律。同时, 这门课的工程实践特性又使得学生需要学生更深入和直观地了解知识的内涵。为了使学生更深刻、透彻地理解知识的本质、内涵, 把抽象的问题具体化, 可以利用现代多媒体教学手段制作了各种视景、动画、三维演示课件等手段来激发学生的学习积极性和主动性。例如:导热微分方程的建模方法[3]的讲解, 通过传统黑板的逐步演绎、推导、论证教学方式, 更容易让学生了解提出问题、分析问题和解决问题的过程, 从而掌握运用所学过的知识解决导热问题的的方法。而对于诸如辐射换热过程中投射辐射和有效辐射等这样难以理解的概念, 通过三维多媒体动画演示, 让学生对现象本身有个直观的了解和认识。所以根据不同的教学内容和教师的个性化教学需要, 将板书、教具等传统的教学手段与现代化教学手段相结合, 使课堂教学形式由单调呆板变得丰富生动, 加深学生对所学内容的理解, 从而提高教学质量和水平。
3.2 理论教学与实践教学互动相长
《材料工程基础》课程的典型特点是理论指导实践, 实践加强理论。如何促进学生将理论知识运用到实践中去, 用理论指导实践, 并在实践过程中加深理解所学到的理论知识, 逐步提高综合运用理论知识解决实际问题的能力, 使理论课老师与实践老师需要共同完成的任务。
理论教学要为实践教学打下良好的基础, 同时通过实践巩固和强化理论教学的效果。在理论教学的过程中, 密切结合实际操作的需要, 让学生了解该理论的学习可以应用于工程实际中的那些地方, 从而既保证理论教学的针对性, 也有助于激发学生学习理论知识的积极性。我们学校该门课学习的过程中, 安排有学生下厂实习的时间, 理论课老师可以借助于此机会, 带领同学把相关的内容从理论上的理性认识和生产中的感性认识相结合, 从而更深刻地理解课堂上所学习的内容。例如:在实习的过程中, 我们引领学生回忆不同风机的工作原理, 选型及不同的风机调节的方式[4], 然后带领学生现场观察各种风机的结构, 使用及调节。学生在这个过程中, 将理论上的内容与现场的工程实际相结合, 不但加深了对理论知识的理解, 同时学习的主动性有很大的提高。另外在实验过程中, 我们将常用的老师讲解, 学生操作验证的方法改为学生自己设计实验来解决老师所提出的问题, 老师辅导的方式。例如在学习完能量方程[4]以后, 老师要求学生自己设计实验方案测定一段直管和弯头的阻力损失。这样学生在实践能力不断提高过程中, 创新意识和能力将得到锻炼和发挥。
4 结语
教学的目的一方面要向学生传授具体的知识, 但更重要的是对学生创新能力的培养和工程素质的提高。教学理念、教学方法、教学手段的改革也始终是以加强学生的自学能力、独立分析和解决问题能力为目的。
摘要：本文从教学理念的转变, 教学方法的选择与教学手段的改进等几个方面探讨了在《材料工程基础》的教学改革中如何提高教学效果, 培养学生的工程实践能力与创新意识。
关键词：教学改革,材料工程基础,教学效果,工程实践
参考文献
[1] 杨小林, 杨开明, 严敬, 等.流体力学课程教学改革探析[J].高等教育研究, 2006, 22 (2) :47～48.
[2] 李岩, 孙石.工程流体力学, 课程教学改革与实践[J].科教文汇, 2008, 11:88～89.
[3] 孙晋涛.硅酸盐工业热工基础[M].武汉理工大学出版社出版, 112～115.
[4] 蔡增基.流体力学、泵与风机[M].中国建筑工业出版社, 78～79, 132～145.