浅析“工程材料与机械制造基础”系列课程:昨天、今天与明天

一、系列课程的昨天

新中国成立后，全国工科院校陆续开出金属工艺学课程，该课程一般隶属于机械学院机械基础部的金工教研室，是高等工科院校机械类和近机械类专业必修的综合性基础课。主要涵盖金属材料、金属冷热加工工艺和金属切削加工工艺等3 门理论课程和金工实习课程。改革开放以后，招生规模日益扩大。按照前苏联机械类专业的培养模式，金属工艺学课程的专业基础地位得到了进一步的加强。代表性教材是邓文英编写的《金属工艺学》。进入21 世纪后，随着制造业的快速发展和装备的大型化、智能化，金属工艺学课程不断延展其范围，出现了基于Pro /E 的CAD/CAM 的数控加工技术、特种加工技术、先进制造技术以及创新制造技术等。因为新材料、新技术、新工艺在制造业的不断涌现，课程内涵也发生了深刻的变化。由于材料科学的发展，金属工艺学课程中的金属材料部分逐渐扩展为工程材料，使材料的内涵从单纯的金属材料发展为非金属材料、陶瓷材料、智能材料、节能材料、环保材料等先进材料领域中; 金属材料冷热成形内容由传统的铸锻焊热加工和金属板料冷加工工艺拓宽到各种工程材料的现代材料成形技术，如现代铸造技术、超塑性成形技术、现代表面处理技术等; 机械制造业的快速发展，使机械加工工艺基础课程转变为机械制造工艺基础课程，其内涵也从简单的车、铣、刨、磨、镗、钻、钳加工工艺伸展到快速原型/零件制造技术、CNC 设备及柔性制造技术、增材制造技术以及特种加工技术等形态。这样，金属工艺学课程发展到今天，无论是内涵还是外延，都发生了根本性的质变，其教学内容也被分为工程材料课程、材料成形工艺课程以及机械制造工艺基础课程等3 门系列理论课程体系和工程训练实践教学体系。

二、系列课程的今天

( 一) 系列课程逐渐被肢解

随着高等学校学科和专业的进一步细化，系列课程按其内容体系被分解到了不同的教学与实训单位。例如，很多工科院校的工程材料课程由材料学院的材料学专业教师负责讲授，材料成形工艺课程由材料学院的成形专业教师讲授，而机械制造基础课程由机械工程学院教师讲授。另外，金工实习部分归属到了工程训练中心。

( 二) 系列课程中各分课程间的相互关系

系列是指有内在逻辑关联的成组成套的事物或现象。换句话说，如果一个事物或现象没有内在相关的关联性，那它就不被称为系列。既然工程材料与机械制造基础课程体系被称之为系列课程，那它也一定存在各分课程之间内在的血缘关系。众所周知，无论多么智能化的机械、多么复杂的工程装备都是由成千上万个零件按着技术要求装配而成，而每一个大大小小的零件加工过程正如下图所示，一般都要经历服役条件确立外形确定毛坯成形( 铸锻焊) 预热处理( 四把火) 粗加工终热处理( 淬火+ 回火+ 表面热处理) 精加工产品检验( 外观及性能) 等过程。在这个相互紧密关联的工艺流程中，所需要的工艺理论知识和能力体系顺序依次是工程材料机械制造和制图材料成形工程材料机械制造工程材料机械制造工程材料和机械制造等。与此相对应，为了能够完成这一工艺流程，所需要的工艺实践能力体系顺序依次是认识实习量具使用铸锻焊工以及板料成形退火、正火、淬火及回火车铣刨磨镗钻钳工材料改性数控车、数控铣、数控线切割硬度测定和尺寸检验等。换句话说，一个合格零件的最终诞生过程是工程材料、材料成形和机械制造这3 门无法分割的难兄难弟再加上工程实践知识的相互支撑、交融、密切合作的成果。

( 三) 系列课程被肢解概况

按着现在的课程所属关系把此系列课程肢解到各个学院、专业、教研室以及工程训练中心之后，因为讲授该系列课程的各分课程教师之间业务联系较少，所以讲授的课程体系变得不够完整，内容是分散和零乱的。事实上，在相关项目的全国性调研过程中，总会发现系列课程讲授知识体系重叠、对缝不严谨或课程不连贯以及课程安排混乱的心痛现象。也可以想象到，这样培养出来的本科生是无法系统地形成工科人才的知识体系和能力体系的，也无法满足中国制造2025大工程背景下，对人才创新能力的要求。不过，在绝大多数工科院校解散金工教研室、肢解该系列课程的大环境中，令人欣慰的是清华大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、东南大学这5 所985 工程院校直到今天，在工程训练中心实践教学机构或机械学院中，仍保留了金属工艺学课程( 教改前的工程材料与机械制造基础系列课程) 。而且这5 所院校不但没有削弱工程材料与机械制造基础系列课程的理论教学和实践教学体系，反而不断地进行长期、坚实而有力的课程建设，获批了国家级精品课程、精品资源共享课程等成果。在全国200 多所工科院校中，为何综合实力强大的这5 所院校仍然坚持该系列课程所属关系的统一性，这是值得工科院校的教学管理部门和任课教师深思的问题。

( 四) 系列课程被肢解的原因

浅层原因是系列课程从内容体系上，似乎毫无内在联系。工程材料课程内容主要体现在材料的化学成分、组织以及各种性能之间的内在联系，其解决的问题是如何通过组织变化，来改变材料的物理性能、化学性能等。因此，教学管理部门就会把工程材料课程简单地归属到材料学院的材料学专业中。而材料成形工艺课程主要体现为材料在冷热加工过程中的组织和性能关系。其解决的实际问题是如何利用各种成形方法制造出满足机械性能要求的零件毛坯。这样，材料成形工艺课程归属到材料学院的成形专业似乎找对了门。另外，系列课程中的机械制造工艺基础课程是在各种机床上，采用各种刀具和加工方法，加工出满足技术要求的合格产品的过程。因此本课程归属到机械学院也似乎是理所当然的事。而体现学生亲自动手实践能力的金工实习就自然而然地被归属到了工程训练中心。总之，从物以类聚的角度，把系列课程中的工程材料、材料成形工艺、机械制造工艺和金工实习系列课程肢解到不同学院、不同专业、不同教研室的教学管理方法，表面上合情合理，但实际上缺乏对工科人才培养规律的深层研究。

系列课程被肢解的另一个原因是无法化解系列课程内在逻辑关联与教师个人利益之间的矛盾。其实，讲授本系列课程的任课教师不一定不理解系列课程强有力的内在逻辑性，但各个学院、各个专业以及各个教研室之间对教师教学工作量考核的无形压力( 如课程学时减少或丧失会影响教师的职称晋升及个人收入等) ，肯定严重影响了该系列课程的合而为一。

系列课程被肢解还有一个原因是任课教师主动肢解造成的。众所周知，课程的发展过程与时代息息相关。教育改革的不断深入使该系列课程也得到了长足的进步。但无论如何发展，属于该系列课程的教师在其从事教师行业的几十年中，如果只是从事该系列课程的教学任务，是很难在个人职称评聘上有所建树的。因为各种官方或非官方的大学排名压力使决策者更倾向于关注显性的业绩，如大型科研项目数量、SCI 论文数量、专利的多少，而对于隐性的教学改革和研究在短期内是很难看出成效的。这样，大学就逐渐出现了一些教授不讲课，讲课非教授、大学更像研究所，大学评职称更像评研究员等学科建设与教学发展严重失衡的现象。在这样的大环境下，为了求得个人生存和发展，很多属于该系列课程的教师主动走出了这个偏于教学的基础性系列课程，而转入到具有科研背景的专业教研室。金工教研室也就自然而然地出现了人气不旺的现象。

三、系列课程的明天

( 一) 关于系列课程的科学发展趋势的思考

工科院校的教学管理部门和任课教师要认真研究工科人才培养规律，不同层次的院校要有自己个性化的培养目标。目前，很重要的一点就是应把被肢解的该系列课程归属到一个部门或一个机构，便于该系列课程的任课教师相互探讨和交流。在这方面，清华大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、大连理工大学以及东南大学为我们做出了表率。

( 二) 关于解决系列课程内在逻辑关联与

教师个人利益之间矛盾的思考自然科学的发展是科学工作者对自然现象进行演绎、推理、论证并发现一般规律的过程。但工程材料知识、材料成形工艺知识以及机械制造工艺知识与之不同，它们是人们长期在生产实践中总结出来的、成熟的、经得起推敲的工艺理论。因此，该系列理论课与工程训练是无法割舍的血亲关系。工科院校学生理解和掌握工程知识、提高工程实践能力的唯一途径只有理论与实践的深度交融。所以在学校级别的教学管理层面上，根据应用型人才培养的基本要求进行体制上的改革。把与工程实践紧密结合的工程材料与机械制造基础理论课程直接归纳到具有工程背景的工程训练中进行讲授，而且其教师的编制也应归属到工程训练机构中去。这种归纳是需要把课堂直接安排在具有工程氛围的工程训练教室中进行的，使学生的理论课程完全沉浸或融合在工程实践的氛围中，这样实施的效果是学生无论是进还是出教室，都可以随时随地通过观、听、触、悟去理解工程知识，提高工程实践能力。但是，系列课程本位回归和合并的结果，必然会出现课程被转移到别的教学部门或学时缩减引起教学工作量减少的问题，即会影响任课教师的个人发展和利益。要解决此问题，学校职能部门应该在政策上给予支持和鼓励。例如，如果将系列课程的分课程统一归属到工程训练中心去，如果工程训练中心的工作环境没有教学楼优越，可以以津贴的形式增加教师的个人收入，也可以投入更多的资金，在工程训练中心设立隔音优良、安全舒适的现代化教室和教研室等。

( 三) 关于解决系列课程的任课教师主动肢解问题的思考

进入21 世纪以后，国家提出了加强通识、弱化专业门槛的厚基础、宽专业、强能力、高素质的人才培养目标。其中，厚基础、宽专业是实现人才培养强能力、高素质的先决条件。但任何事物都是有主有次、有先有后。厚基础、宽专业的教育模式不能无限地套在所有层次的大学中，而应体现在少数以研究型大学为目标的高层次人才培养过程上。很多教学研究型或是教学型大学更应该重视学以致用。加强通识、弱化专业门槛是在大工程背景下，设备越来越智能化、大型化、综合化的发展趋势和新材料、新技术、新工艺的不断涌现前提下提出的。但是任何复杂的大型设备都是由无数个简单而具体的零件装配而成的，如果不具备单个零件的加工生产流程中所必备的知识和能力，是很难达到强能力、高素质的目标的。由此可见，工程材料与机械制造基础系列课程在培养工科人才中的重要地位。大学人才培养的根本是，要有知识坚实的懂得人才培养规律的师资队伍，要培养和造就系列课程领域内具有奉献精神的领军人物。这个教学带头人要能够引领系列课程的教学队伍不断进行教学改革，推动教材建设、教育技术建设、课程建设等。