融合現代農裝特色的《機械工程材料》教學改革與探索

賀小偉，劉金秀，張有強，高杰，何義川，李鴻，王旭峰，弋曉康

（塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300）

0 引言

當今世界，新一輪工業革命方興未艾，中國作為新興工業國，必須抓住新一輪工業革命發展的機遇?！爸袊圃?025”是中國實施制造強國戰略的第一個十年行動綱領[1-3]，“農機裝備”是《中國制造2025》中涉及的十大領域之一，文中強調要“加快發展大型拖拉機及其復式作業機具、大型高效聯合收割機等高端農業裝備及關鍵核心零部件”[4]?！吨袊圃?025》的實施為我國現代農業機械裝備的發展指明了方向和思路、制定了目標，這對具有農林背景優勢、與農機裝備直接相關的高校提出了更高的要求，契合“中國制造2025”戰略的課程教學改革與探索勢在必行。

《機械工程材料》課程是各高校近機類專業的技術必修課，該課程以工程材料的組成（成分）-結構-組織-性能之間的關系及變化規律為主線，培養學生在認知各類工程材料的基礎上學會合理選用材料，并掌握如何合理地提高材料性能[5]。塔里木大學《機械工程材料》在校級一流課程建設基礎上，2021 年12 月被認定為兵團級一流本科線下課程。目前該課程主要面向農業機械化及其自動化、機械設計制造及其自動化、機械電子工程、車輛工程專業的全日制本科生。新時代的農業裝備企業對高校人才需求發生了質的轉變，農林類院校在人才培養中必須緊跟時代發展，培養具有機械創新能力的人才。本文通過分析《機械工程材料》課程特點，利用信息平臺并結合地域發展特色，有針對性地引入現代農業裝備和機械工程案例內容，對教學和考核方法進行改革探索，以期提高學生學習興趣和培養創新創業能力。

1 課程特點

《機械工程材料》實際上是多門課程（如金屬學、熱處理原理、熱處理工藝、材料學等）的一個壓縮刪減版課程，因而該課程的基本概念多且分散，前后章節關聯性不強，教學內容脫離工程實際應用[6-7]。課程內容中基礎理論微觀、抽象，學生通過死記硬背掌握知識點，但在學習后續課程（機械原理、機械設計）涉及到工程材料相關知識點時，已基本忘記了該課程的內容。在畢業設計繪制裝配圖及部件圖時很多學生在標題欄中標注零件材料時選材大多不合理或隨意標注，有必要加強實踐環節。

《機械工程材料》兼具較強的學科理論性和應用實踐性，知識要點的銜接性較強，若學生不能及時領悟吃透先授課程的內容，隨著知識盲點的累積，學生學習興趣將會下降。目前課程尚未涉及與當前國家大力倡導的現代農業裝備相關的實例，較難滿足當下農業院校近機類專業學生獲取最新研究進展的需求，導致學生對該課程教學地位與意義的理解不夠直觀深入，難以激發學生的學習興趣，影響學生對該課程的學習主動性和積極性。該課程一般與材料力學和機械原理課程同時講授，若能及時引入農業機械工程、材料學及相關機械工程應用案例，將有利于學生對課程知識達到融會貫通。

2 課程建設舉措

《機械工程材料》課程的特點是概念性強、抽象、名詞多，實踐環節少[5]。針對此問題可開展以下建設：（1）針對概念性強的問題，通過智慧樹、慕課等線上資源學習加強知識理解；（2）針對比較抽象的問題，借助動畫、實體模型、視頻將抽象問題具體化；（3）針對名詞多的問題，制作微課視頻，循序漸進，增加印象；（4）針對實踐環節少的問題，開展虛擬實驗建設，將現實條件下較難開展的熱處理實驗虛擬化，加強學生對熱處理工藝、條件和設備的掌握，結合南疆廣泛使用的農業機械裝備建設機械工程材料案例庫，熟悉核心部件所選用的工程材料及加工工藝過程，通過各項建設達到教師教得好、學生學得好的目標。

2.1 修訂課程教學大綱

圍繞機械工程材料“價值塑造、能力培養、知識傳授”三位一體的課程教學目標，利用工程案例貫穿主線，根據不同章節的講解需要拆分出現代農業裝備中不同零件作為實際工程案例來描述，例如機架、傳動部件、標準件和工作部件等，部分零件學生在金工實習時已經接觸過，學生在課程學習過程中通過對熟知的零部件的成分、組織和性能進一步了解可逐步認識到在現代農業裝備設計中選材及制定熱處理工藝的重要性。針對各近機類專業學生培養方案的實際需求，結合農林院校人才的培養目標，緊跟國家現代農業裝備的發展方向，重新修訂適合各自專業的機械工程材料課程教學大綱，調整教學計劃。

2.2 增加前沿知識

《機械工程材料》課程對非金屬材料和新型材料介紹較少，但在后續機械類課程學習及實際生產中很多構件為非金屬材料，學生對該部分知識生疏，導致學生在后續課程學習中興趣下降。針對該課程內容多與學時少的矛盾，課題團隊教師在教學內容調整時減少一些抽象、實用性不強的理論知識的講解，增加了非金屬材料、新型材料（石墨烯、3D 打印材料、泡沫金屬等）和新工藝（真空熱處理、氣相沉積表面強化技術等）的教學內容，開拓學生的知識面，以適應新工科發展的新挑戰。

課題團隊教師應積極了解行業發展前沿動態、材料加工關鍵問題和需求，主動參與工程實踐、積累現場經驗，與行業專家、企業工程師進行雙向交流，不斷擴充知識體系，提高人才培養能力。

2.3 增加現代農裝和機械工程應用案例

《機械工程材料》課程與生產實際聯系緊密，有必要強調重點內容在工程實際中的應用。在課程建設中，教學小組利用網絡信息平臺有針對性地總結和完善典型工程實例材料或就地取材以采棉機、拖拉機、棉花和玉米機械式精量播種機、植保無人機、數控機床、精密儀器和焊接機器人等工程應用案例作為教學延伸內容，在課程教學中針對不同專業的學生集中講授其中的部分案例；通過案例教學一方面可以讓學生加深對理論內容的掌握，另一方面讓學生形成選用材料、分析材料使用性能和工藝性能的習慣，有助于學生提前了解現代農機裝備和機械設備的工作原理和選材原則，提高學生對近機類專業的學習興趣，激發學生的創新能力。

新疆的農業機械現代化和機械化程度較高，為近機類專業學生更好地學習機械工程材料提供了廣闊的實例素材。例如，筆者所在塔里木大學周邊為全國優質長絨棉生產基地，棉花種植機械化水平居于全國前列[8]。水平摘錠是采棉機的關鍵作業部件，由于易于磨損，每1～2個采季周期就得全部更換，而且每個采季中個別摘錠也會出現問題，一方面會導致采棉機采凈率下降，另一方面經常更換摘錠會導致采棉機在高峰作業期的工作效率下降。摘錠生產技術是影響采棉機質量的關鍵“卡脖子”環節，如何突破傳統的材料制備技術，提出先進、交叉制造技術，提高國產摘錠質量是農業工程科技工作者需要技術攻關的目標。通過講述目前所用材料和加工工藝并介紹新材料中交叉學科的重要性，引導學生樹立自主創新的意識，激發學生大力弘揚“熱愛祖國、無私奉獻、艱苦創業、開拓進取”的兵團精神[9]。

3 課程改革實施基礎

3.1 以任務驅動法為核心，優化教學方法

在課程教學中引入典型機械工程案例的基礎上，采用任務驅動教學模式，以實踐教學強化能力培養，課內課外結合，教學地點不僅局限于教室，應擴展到實驗室、農機廠、材料市場等，讓學生通過調研、參觀學習、動手操作等多管齊下獲取機械工程材料知識，使得教與學有機結合，拓展學生的學習空間。

任務驅動法實施方案如圖1。針對不同專業學生開展不同內容的實踐教學活動，對于農機專業學生，帶學生到學校周邊的采棉機、大型拖拉機、植保無人機銷售及維修公司參觀學習，對于其他機械類專業學生，帶學生參觀工程實訓中心的機床設備、精密儀器、農機公司的焊接機器人等。讓學生在充分調研的基礎上分組組建項目團隊，明確任務目標、整理歸納資料、探索試驗方案。每組選擇一種現代農機裝備或智能機械分析機構構造，就關鍵零件的材料、性能要求和熱處理工藝進行分析，形成報告并進行答辯。

圖1 任務驅動法實施方案

3.2 以過程考核為重點，創新教學評價機制

為確保任務驅動法收到較好的效果，應相應地優化考核機制，每個考核環節均有詳細的考核評價標準，使考核有依據、有準繩；注重過程考核，提高實踐教學成績在成績中的比重，讓考核方式更具科學性和多元性。

3.3 以提高教學質量為目標，進行持續改進

每學期課程結業后與班委及課程學習不及格的同學進行座談，就教學安排、教學設計、工程案例、教學效果的滿意程度及存在的問題進行討論，基于評價結果有的放矢優化教學內容和改進教學方法，建立持續改進機制，不斷提升教學質量。

4 總結

針對《機械工程材料》課程特點，在教學內容中增加新材料和新工藝介紹、現代農業裝備和機械工程案例并采用任務驅動法拓展教學空間，激發學生參與課程學習、探究、討論的興趣和積極性，提高學生獨立解決工程實際問題的能力，樹立工程觀、質量觀和系統觀，提升工程素養和創新能力，培養出“中國制造2025”強國戰略背景下符合時代需求的高素質應用型人才。