材料表面處理技術(shù)本科教學(xué)改革中的探討*

黃紅鍵 饒 麗 向 軍

（西華大學(xué) 四川成都 610039）

引言

表面技術(shù)能改變固體材料表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀況，以獲得表面所需性能，其具有學(xué)科的綜合性、手段的多樣性、廣泛的功能性、潛在的創(chuàng)新性、環(huán)境的保護(hù)性、很強(qiáng)的實(shí)用性和巨大的增效性，因而，受到各行各業(yè)的高度重視。

材料表面處理技術(shù)作為西華大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課，承擔(dān)著培育服務(wù)制造業(yè)發(fā)展的具有較高綜合素質(zhì)的應(yīng)用型人才的目標(biāo)與使命，著重培養(yǎng)學(xué)生全面理解和掌握各種表面技術(shù)的基本概念和表面防護(hù)理論，并用于制造業(yè)領(lǐng)域。從理論層面上，掌握目前國內(nèi)外常用的各種表面處理的基本原理和基本工藝；從應(yīng)用層面上，掌握表面工程中各種強(qiáng)化技術(shù)的基本方法和主要途徑；在實(shí)踐層面上，熟練掌握并學(xué)會正確地選用材料和合理地進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，具備識別、表達(dá)，并通過文獻(xiàn)研究分析材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。因此，該課程的建設(shè)是提高材料成型及控制工程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的重要支撐[1]。當(dāng)前材料表面處理技術(shù)作為一門專業(yè)選修課，如何引起學(xué)生的重視、調(diào)動學(xué)習(xí)積極性是教學(xué)改革面臨的主要問題。

現(xiàn)階段材料表面處理技術(shù)課程應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢，通過課程思政引領(lǐng)學(xué)生的價(jià)值理念，采用虛擬仿真等先進(jìn)教學(xué)手段調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，堅(jiān)持理論與實(shí)際相結(jié)合培育學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

一、材料表面處理技術(shù)課程的現(xiàn)狀

表面處理技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為橫跨金屬學(xué)與熱處理、摩擦學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、電化學(xué)、界面力學(xué)和表面力學(xué)、焊接學(xué)、腐蝕與防護(hù)學(xué)、陶瓷、高分子等學(xué)科的邊緣性、綜合性、復(fù)合型學(xué)科。材料表面處理技術(shù)作為材料成型及控制工程的一門專業(yè)選修課，同時(shí)也是金屬材料工程從業(yè)工作人員需要掌握的知識。該課程主要對固體材料表面處理技術(shù)的相關(guān)概念、原理等進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過程及材料服役過程中所面臨的一系列表面相關(guān)的問題，對材料表面處理技術(shù)的技術(shù)路線，失效及防護(hù)原理等一系列知識點(diǎn)進(jìn)行了有效說明。由于課程屬于專業(yè)選修課，學(xué)生對其重視程度不高。并且，在以往的課堂教學(xué)中，由于受到教學(xué)設(shè)備與師資力量的約束，即教師先講解原理，進(jìn)行操作示范，之后讓學(xué)生模仿操作教師負(fù)責(zé)輔導(dǎo)。這種由教師一人操作，多名學(xué)生圍觀的教學(xué)模式，通常會因?yàn)閷W(xué)生專注程度與理解能力的區(qū)別，使得部分學(xué)生無法對操作流程予以充分掌握，難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的[2]。

材料表面處理技術(shù)這門課程普遍會與微觀知識中的晶體學(xué)、表面擴(kuò)散與表面缺陷現(xiàn)象、電化學(xué)現(xiàn)象等知識點(diǎn)有著密切的聯(lián)系，其涉及的知識范圍大且十分抽象，學(xué)生理解起來比較困難。在實(shí)驗(yàn)中，如氣相沉積、高能束表面改性技術(shù)、離子注入技術(shù)等諸多實(shí)驗(yàn)，會遭受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作安全與實(shí)驗(yàn)成本的嚴(yán)重影響，令教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展有所局限，以至于無法得到理想的教學(xué)效果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。再加上實(shí)驗(yàn)設(shè)備的價(jià)格相對較為高昂，難以實(shí)現(xiàn)人手一機(jī)的獨(dú)立操作實(shí)訓(xùn)，往往會讓學(xué)生以小組的方式學(xué)習(xí)知識，一人操作且多人觀看，造成每位學(xué)生自身實(shí)際操作實(shí)踐比較少，其實(shí)踐教學(xué)結(jié)果不盡如人意。不僅如此，在實(shí)訓(xùn)過程中，極易出現(xiàn)工件耗材、器材損耗與各項(xiàng)生產(chǎn)操作安全隱患，其教學(xué)實(shí)訓(xùn)的成本比較大。在實(shí)訓(xùn)課堂中，學(xué)生過度追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并不重視實(shí)驗(yàn)過程與規(guī)范性操作，對于操作流程通常是隨性而為，再加上學(xué)生人數(shù)比較多，教師無法顧及每一位學(xué)生，進(jìn)而留下諸多的教學(xué)隱患和危險(xiǎn)。

二、教學(xué)方式改革

1.融入課程思政，激發(fā)學(xué)生的民族使命感

在材料表面處理技術(shù)的本科專業(yè)課程教育中，教師要根據(jù)社會主義核心價(jià)值觀為學(xué)員做好理論知識的講授與技能的訓(xùn)練。在實(shí)踐授課的期間，教師們可以穿插我國表面工程科技的發(fā)展歷史，以啟迪學(xué)生的愛國熱情，并激勵(lì)學(xué)子的民族使命感。例如，教師們可以在教學(xué)的緒論中介紹我國航空發(fā)動機(jī)工業(yè)的百年發(fā)展簡史，從我國航空發(fā)動機(jī)工業(yè)歷史的初級階段講到過渡階段，再到突飛猛進(jìn)期，到現(xiàn)在的多元化、現(xiàn)代化發(fā)展時(shí)期。我國航空發(fā)動機(jī)工業(yè)的發(fā)展歷史，集中體現(xiàn)了表面工程科技及其在世界先進(jìn)工業(yè)中重要的意義，同時(shí)也顯示出了我國層面的技術(shù)實(shí)力，以及在全球歷史舞臺上的重要作用。教師必須在材料表面處理技術(shù)的課堂教學(xué)中建立良好的師生關(guān)系，通過常識、道德等內(nèi)容指導(dǎo)學(xué)生的思維活動，使學(xué)生在心中獲得認(rèn)識，從而給學(xué)生提供榜樣。教師如果要使自己的水平提高，還需仔細(xì)地進(jìn)行課前準(zhǔn)備工作和課堂設(shè)計(jì)工作，可以通過新的方式進(jìn)行課堂，如利用網(wǎng)絡(luò)平臺的優(yōu)點(diǎn)，始終把學(xué)生看作是教學(xué)主體，以進(jìn)一步調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，并給學(xué)生創(chuàng)造了更加廣闊的思維空間。教師們還能夠?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容進(jìn)一步豐富，通過深入介紹教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生對科研的實(shí)質(zhì)和價(jià)值進(jìn)行理解，并在科研過程中積極地引導(dǎo)學(xué)生敢于提出疑問，但不能接受傳統(tǒng)權(quán)威的束縛。而大學(xué)生們目前也面臨著新生命價(jià)值觀建立的重要階段，學(xué)生的社會經(jīng)驗(yàn)也相對淺薄，其思維方式較為單一。對此，就需要教師充分發(fā)揮自身的引領(lǐng)作用，通過準(zhǔn)確定位學(xué)生的具體需求，科學(xué)運(yùn)用材料表面處理技術(shù)課程教學(xué)中的思政教育資源，并將社會主義核心價(jià)值觀融入課程教學(xué)中。這樣不僅可以充分彰顯課程的育人功能，提高學(xué)生自身的綜合能力，而且還能讓學(xué)生的思想道德水平有所提高，全方位地促進(jìn)課程綜合教育的落實(shí)和貫徹。另外，對于材料表面處理技術(shù)課程思政的建設(shè)效果主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面，具體來看：首先，材料表面處理技術(shù)的課程較為單純，教學(xué)方法也較為簡單，要想更高效進(jìn)行教學(xué)思政工作，就要求教師必須具備相當(dāng)豐富的知識、極強(qiáng)的思想教育能力，在課程教學(xué)上將思政教育理論與知識、價(jià)值導(dǎo)向和知識的運(yùn)用充分融合，進(jìn)而將課程進(jìn)行更加豐富，同時(shí)對傳統(tǒng)教學(xué)模式加以革新，促進(jìn)了思政教育課程體系的長遠(yuǎn)發(fā)展。第二，通過進(jìn)一步研究材料表面處理技術(shù)的育人功能，突顯其具備的育人功能，同時(shí)，教師還應(yīng)該與該課程的專業(yè)特點(diǎn)、職業(yè)素養(yǎng)等方面相結(jié)合，充分地發(fā)揮出參與思政教育的積極主動性，從而形成一種全員育人氛圍。第三，材料表面處理技術(shù)的學(xué)科思政建設(shè)工作必須以教學(xué)的全面開展作為切入點(diǎn)，明確關(guān)鍵性問題，從而制定科學(xué)合理的相應(yīng)舉措，從根本上達(dá)到了全方位協(xié)同育人的教育目的。

2.探索虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

基于新工科背景，對本科生有著很高的要求，尤其強(qiáng)調(diào)本科生自己的實(shí)踐操作能力、把知識運(yùn)用到實(shí)踐中的能力、對問題進(jìn)行研究和解決問題的能力和組織與相互合作的意識。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中學(xué)生只能對表面的宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象加以探索，而無法呈現(xiàn)出相對微觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)過程，這將使得學(xué)生對實(shí)驗(yàn)主要知識點(diǎn)的了解存在著極大的障礙，而這也就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所必須克服的問題。在當(dāng)今社會，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備已經(jīng)能夠針對不同類型的實(shí)驗(yàn)環(huán)境與特點(diǎn)，合理地運(yùn)用人體多維結(jié)構(gòu)的視、聽、觸的感知功能，并采用了較為專業(yè)的技術(shù)設(shè)備，讓學(xué)習(xí)者可以一直觸碰仿真的虛擬環(huán)境。而通過觸碰虛擬環(huán)境，就能夠讓教師和學(xué)習(xí)者在數(shù)字化的虛擬環(huán)境中直接感受到實(shí)驗(yàn)主角的感受，從而共同感受真實(shí)的氛圍與交互過程。而VR技術(shù)、AR技術(shù)、MR技術(shù)等，目前也已對以往的教學(xué)方法和學(xué)校全部面貌都進(jìn)行了改造和完善，特別是VR技術(shù)的最大優(yōu)勢則是有助于學(xué)習(xí)者更好進(jìn)入到高效能、互動、高效的教學(xué)狀態(tài)中。在材料表面處理技術(shù)的專業(yè)課與實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程中，通常都會出現(xiàn)呈現(xiàn)困難大、重現(xiàn)難度高和因多次重復(fù)操作而造成的時(shí)間與成本等問題，而這些都可以利用VR技術(shù)模式對應(yīng)場景進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

學(xué)生借助顯示設(shè)備能夠“看見”較為抽象的理論知識，或者利用簡單的操作對實(shí)際的生產(chǎn)操作進(jìn)行模擬。由于學(xué)習(xí)成績偏低的學(xué)生自身難以對抽象的知識加以理解，學(xué)生創(chuàng)造力還較弱，在將教學(xué)視頻與VR技術(shù)充分融合時(shí)，可以利用三維仿真展現(xiàn)許多繁雜而抽象的知識點(diǎn)，從而提高了學(xué)生對知識學(xué)習(xí)的積極性。材料表面處理技術(shù)教學(xué)過程中，主要采用了理論課程模塊，包括在文本、視頻、圖像與Flash等多種教學(xué)資源中的模擬動畫的表現(xiàn)，同時(shí)對于實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容也通過虛擬仿真對材料表面處理技術(shù)的過程進(jìn)行了仿真，如電鍍流程中槽液的選擇、對槽液溫度、試劑含量等工藝參數(shù)的選擇是否恰當(dāng)。通過實(shí)訓(xùn)報(bào)告，可以對每個(gè)學(xué)員的作業(yè)長度、正確的作業(yè)行走步數(shù)和不正確的作業(yè)步數(shù)加以統(tǒng)計(jì)分析，歸納收集操作資料，并對教師們進(jìn)行了相應(yīng)的操作提示，對學(xué)生自身的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)分析。工藝數(shù)據(jù)能夠完整地反映出設(shè)計(jì)、厚度測量、孔隙度等一系列信息，通過VR設(shè)備展示實(shí)際的技術(shù)成果。學(xué)習(xí)者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程之前，必須進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)習(xí)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中所存在的各種情況，同時(shí)也必須詳細(xì)分析模擬實(shí)施后的具體結(jié)論，提供解決的合理途徑，同時(shí)對理論性的知識點(diǎn)進(jìn)行鞏固。

3.結(jié)合理論教學(xué)與工程實(shí)際，加深學(xué)生對所學(xué)知識的感性認(rèn)識

基于新工科背景之下，為了可以充分地滿足產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型提出的各項(xiàng)需求，有關(guān)企業(yè)對人才培養(yǎng)的要求逐步向具備綜合實(shí)際技能的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求轉(zhuǎn)化。因此，這對高等技術(shù)本科學(xué)校學(xué)生來說，加強(qiáng)理論與工藝實(shí)踐相結(jié)合，并訓(xùn)練其本身的實(shí)踐技能，以及提高其對所學(xué)理論知識的感性認(rèn)識勢在必行。而目前，金屬表面處理工藝多面向于制造業(yè)，不但具備一定理論性，而且其實(shí)踐性和專業(yè)性也尤其突出。面對這些與工程領(lǐng)域有著緊密聯(lián)系的工藝方面，如果單純通過理論知識的介紹，并不能使同學(xué)們對其形成直接的了解，或者也并沒有幫助其在處理具體問題過程中正確地運(yùn)用所學(xué)理論知識，更別說訓(xùn)練其創(chuàng)造力了，進(jìn)而也就無法實(shí)現(xiàn)企業(yè)對人才綜合實(shí)踐能力需求的滿足。為此，將材料表面處理技術(shù)與工程實(shí)際情況予以充分結(jié)合，大力開展實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)刻不容緩。對于較為齊全的表面處理技術(shù)硬件設(shè)施，如陽極氧化、物理氣相沉積、等離子噴涂等一系列新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，高等本科院校為該課程的實(shí)踐學(xué)習(xí)提供了諸多可以操作的平臺，如開設(shè)選修實(shí)驗(yàn)、本科創(chuàng)新計(jì)劃等。高等本科學(xué)院也為該學(xué)科的實(shí)際教學(xué)創(chuàng)造了許多可使用的平臺，如開放選修實(shí)驗(yàn)、研究生創(chuàng)新計(jì)劃等。針對研究生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目而言，是材料表面處理技術(shù)教學(xué)中首要的工程實(shí)踐性平臺，學(xué)院可以在年初及時(shí)地組織面向本科生的創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目申請，積極地引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好組成創(chuàng)新隊(duì)伍，并承擔(dān)指導(dǎo)青年教師的科研課題工作。學(xué)校在開展重大科技計(jì)劃項(xiàng)目研究時(shí)，應(yīng)與學(xué)校工程實(shí)踐情況相結(jié)合，并始終把學(xué)校看成是項(xiàng)目主持和執(zhí)行的主體，通過開展查閱有關(guān)資料、編寫試驗(yàn)方法、檢測試樣、撰寫研究論文等方法，進(jìn)行結(jié)題的檢查驗(yàn)收。在此過程中，教師只要求學(xué)生做到提出具體的科研目標(biāo)，引導(dǎo)其研究方向，并對研究進(jìn)展加以追蹤。我們把基礎(chǔ)教育和工作實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)施研究生創(chuàng)新工程課題，既能夠從一定意義上使學(xué)生對科研的基礎(chǔ)工作更加了解，又能夠使學(xué)生自己進(jìn)行科研的意識提升，最重要的是增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)造力。

三、教學(xué)評價(jià)體系改革

為了可以讓學(xué)生擁有良好的學(xué)習(xí)能力、自主思考能力與創(chuàng)新能力，就應(yīng)該對材料表面處理技術(shù)的教學(xué)評價(jià)體系予以改革，使用“日常+論文+考試”三種融為一體的教學(xué)評價(jià)方式。所謂的日常成績主要包括課堂出勤和作業(yè)的完成情況，該成績占據(jù)總成績的百分之二十，這樣既能讓學(xué)生的到課率有所提高，還能讓學(xué)生認(rèn)真完成教師所布置的作業(yè)，使得學(xué)生對知識學(xué)習(xí)的積極性有所提高。其論文考試成績也應(yīng)占據(jù)總成績的百分之二十，讓學(xué)生撰寫有關(guān)材料表面處理技術(shù)的論文，對學(xué)生的文獻(xiàn)檢索能力、合理應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力進(jìn)行考查，并拓寬學(xué)生的知識視野。對于試卷考試的成績應(yīng)占據(jù)總成績的百分之六十，重點(diǎn)對學(xué)生關(guān)于基礎(chǔ)知識掌握情況進(jìn)行考查。不僅如此，可以采用多元化的評價(jià)方式，如實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析、專題報(bào)告等方式，對學(xué)生獲取知識的學(xué)習(xí)能力與應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力進(jìn)行評價(jià)，目前已經(jīng)得到較為理想的效果。改革后，教師主要以創(chuàng)新考核的方式進(jìn)行課程考核，從而達(dá)到人才培育與價(jià)值觀傳遞的目標(biāo)?；诙喾N目標(biāo)構(gòu)建綜合性的考核評價(jià)機(jī)制，這樣不僅可對學(xué)生所學(xué)的知識進(jìn)行考查，而且還有助于推動團(tuán)隊(duì)合作能力提升以及實(shí)現(xiàn)課程的育人功能。

結(jié)語

總而言之，材料表面處理技術(shù)作為一項(xiàng)有著極強(qiáng)使用價(jià)值基礎(chǔ)性技術(shù)，同時(shí)也是一門新興學(xué)科。近些年來，人們對于材料表面處理技術(shù)進(jìn)行大力改進(jìn)與創(chuàng)新，不斷涌現(xiàn)出諸多的現(xiàn)代表面處理技術(shù)，并應(yīng)用于我國的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、生物與現(xiàn)實(shí)生活中。對于材料表面處理技術(shù)的教學(xué)改革是一項(xiàng)需要經(jīng)過多次探索、總結(jié)、改進(jìn)的過程，其改革目標(biāo)是對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力加以培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的提高。