固態(tài)相變課程教學改革初探

李 強，于景媛，劉興江，王 冰，劉偉東

(遼寧工業(yè)大學 材料科學與工程學院，遼寧 錦州 121001)

·實 驗 教 學·

固態(tài)相變課程教學改革初探

李 強，于景媛，劉興江，王 冰，劉偉東

(遼寧工業(yè)大學 材料科學與工程學院，遼寧 錦州 121001)

固態(tài)相變課程是材料類專業(yè)研究生的必修課，通過充實和優(yōu)化其教材內(nèi)容，使學生在掌握基礎(chǔ)理論知識的同時，拓寬知識面，從而構(gòu)建出前沿性和工程性相結(jié)合的課程教學內(nèi)容體系。通過運用互動、專題研究和分組討論等教學方式，使研究生學習的積極性和主動性得到提高。實行創(chuàng)新實踐教學模式、拓展校內(nèi)外實踐教學渠道、加速校企深度融合，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神，提高了工程實踐能力，同時提高了課程的教學質(zhì)量。

教學改革；固態(tài)相變；教學方法；教學內(nèi)容

在材料科學與工程相關(guān)專業(yè)的研究生教學計劃中，固態(tài)相變課程是材料類專業(yè)研究生的必修課。該課程屬于金屬學和固體物理學的研究領(lǐng)域之一，主要研究金屬與合金在經(jīng)受各種加工(尤其是熱處理)時，相變的種類、條件、速度、機制及產(chǎn)物。這些規(guī)律是選擇材料熱處理、壓力加工、鑄造和焊接等技術(shù)參數(shù)的依據(jù)和材料研發(fā)的理論基礎(chǔ)。對研究生畢業(yè)后進行相關(guān)的科研和工程實踐工作有重要的指導作用。

該課程由于采用的教材內(nèi)容多為經(jīng)典理論，新進展收錄不多；教學方式也大多沿用本科的課堂教學模式。因此目前存在教學內(nèi)容亟待更新、教學方法單一、實踐環(huán)節(jié)不足等問題，不利于進一步提升研究生的創(chuàng)新和實踐能力?；谏鲜鲈?，為了達到提升研究生的創(chuàng)新精神、增強實踐能力的目標，結(jié)合其他兄弟學校的經(jīng)驗[1-6]，我們對該課程在教學內(nèi)容、教學方式和實踐環(huán)節(jié)等方面進行改革，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 教材更新和教學內(nèi)容的優(yōu)化整合

研究生課程教學內(nèi)容應反映本領(lǐng)域的最新進展，這將對提升研究生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力大有益處。以固態(tài)相變課程為例，教材宜選用國內(nèi)外的經(jīng)典教材較為合適。

目前，該課程沒有統(tǒng)一教材，而教材的好壞對教學效果來說是起到關(guān)鍵性作用的。通過對比發(fā)現(xiàn)，《固態(tài)相變》(劉宗昌主編)、《固態(tài)相變原理》(朱景川主編)和張貴鋒主編的《固態(tài)相變原理與應用》，以及孫振巖主編的《合金中的擴散與相變》都是非常不錯的教材，由于研究生的本科來源于不同的專業(yè)，學生的專業(yè)水平高低不同，根據(jù)教學計劃學時的安排，從上述教材中適當加以取舍，采用自編講義，在講足基本原理的前提下，結(jié)合授課教師自身科研進展，力爭把本研究領(lǐng)域的最新發(fā)展情況給研究生加以講授?？傊鶕?jù)研究生的具體客觀情況，對現(xiàn)有教材內(nèi)容合理取舍，并適當增加前沿進展，使自編講義可以滿足教學的要求。前沿性以及專業(yè)性是在教學內(nèi)容的選擇中要重點強調(diào)的。課程教學的教學團隊成員的研究方向各不相同，教學團隊成員在教學過程中，在講授傳統(tǒng)理論的同時，應不斷將本領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)、新理論融入課堂教學中，如外加能量場對相變的影響，外場是除了溫度外的能量——各類應力、磁場、電場等。相變研究中，外加的能量對材料相變的作用與規(guī)律等許多問題還有待于人們進一步的研究。其中磁場下的固態(tài)相變與轉(zhuǎn)變研究得較多。磁性相的能量因磁場的存在而變化，所以磁性合金或可能具有磁性的合金的組織，在可能發(fā)生原子擴散的情況下，施加磁場將發(fā)生變化。如前述，我們在講透教學內(nèi)容中經(jīng)典相變理論如珠光體轉(zhuǎn)變、馬氏體相變和貝氏體相變等基礎(chǔ)上，將教學團隊成員在電場、磁場等對相變影響方面的最新科研進展和相關(guān)文獻整合成外場對相變影響一章，補充到教學內(nèi)容中。通過以上途徑，從而構(gòu)建出前沿性和工程性相結(jié)合的課程教學內(nèi)容體系。

2 采用互動、專題研究和分組討論等教學方式

所謂互動教學法，是指能夠充分發(fā)揮教(教師)與學(學生)雙方的主觀能動性的教學過程，課堂教學時，教學的雙方即研究生和授課教師兩方面都將主觀能動性充分調(diào)動，是一種目標明確、有規(guī)劃、地位平等的雙向?qū)υ?、討論、學習的教學方法，其根本特點為雙向互動。如“答問式” “問答式”和“答辯式”等多種方式均為常見的互動教學法。

專題研究式教學，是將要講授的教學內(nèi)容歸納成幾個研究專題，然后將每個專題置于特定的場景中，授課教師引導研究生去思索、研究，進而學習知識，領(lǐng)會科研的方法。該方法的本質(zhì)是模仿科學家對實際或科學問題的探索的路徑，展示技術(shù)演進的歷程，使學生在探索中理解課程內(nèi)容，掌握科研，形成創(chuàng)新思路。每個專題均包含理論和實踐內(nèi)容。將固態(tài)相變分解為9個專題內(nèi)容，分別為鋼中奧氏體的形成、P共析轉(zhuǎn)變、M相變、B轉(zhuǎn)變、淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變、脫溶與時效、常用的相變研究方法、外場對固態(tài)相變的影響和特種功能材料中的固態(tài)相變及應用。以此來不斷培養(yǎng)學生的主體參與意識和主動探究、善于思考、敢于質(zhì)疑的能力。

分組討論式教學就是首先由授課老師確定討論主題，交代題目來源，而后研究生分團隊查閱相關(guān)文獻，認真預備研討資料，進而在授課老師的協(xié)調(diào)下，在教室分組研討并形成總結(jié)的教學方式。一般說來，理論界爭論的熱點問題等(如貝氏體相變機制等)較適合采用這種方式教學。

在實際的課堂教學中要注意綜合應用多種教學方式，并將本領(lǐng)域的研發(fā)動態(tài)和亟待解決的問題充實到課堂教學中，進而探索出一套利于提升研究生創(chuàng)新、工程實踐能力的“固態(tài)相變”課程教學方法體系。

教學方式改革后，充分發(fā)揮了學生在教學中的主體作用，學生的參與度大大加強，提高了學生對理論知識的掌握程度、思辨能力和創(chuàng)新意識，進而提升了課程的教學質(zhì)量。

3 創(chuàng)新實踐教學模式、改善校內(nèi)外實踐教學條件、校企深度合作

“固態(tài)相變”授課時需強調(diào)實踐教學，注重教學與科研的深度融合。教學科研一體化發(fā)展是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要過程，教學和科研深度融合是研究生培養(yǎng)的重要方向。研究生的培養(yǎng)過程既包括學習過程，又有研究過程，因此將教學和科研深度融合，既可以提升培養(yǎng)效率，又可以培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力。學習該課程的研究生大多是要用固態(tài)相變理論解決自己課題研究中的工程實際問題，因此在實踐教學中既要重點訓練材料學科的必備實驗能力，同時也兼顧研究生各自的課題研究的需求。實驗課程中，除常規(guī)方案外，提供幾種備選方案，研究生也可以結(jié)合各實際自帶材料，自行設計實驗方案，記錄實驗過程。實現(xiàn)方案中，若有問題，采用相互討論，教師指導等方式，探索恰當?shù)慕鉀Q路徑。通過此方法既解決了問題，又提升了研究生的創(chuàng)新精神。將部分綜合性實驗放到工廠中去“真刀真槍”地實踐。在工廠中，用實際的零件，利用現(xiàn)有的設備條件，在現(xiàn)場工程師的指導下，獨立完成實驗項目。這將有助于研究生工程實踐能力的提高。

力爭開展適合研究生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目。我們向有關(guān)部門申請專門用于研究生創(chuàng)新訓練項目的場地和設備，同時聘請實踐經(jīng)驗豐富的老師協(xié)助指導。通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目平臺，研究團隊由研究生和本科生混合組成，采取指導教師指導，團隊獨立選題，獨立進行項目或?qū)嶒灧桨冈O計、論證，進行實驗、數(shù)據(jù)處理、完成研究報告。通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目的訓練，研究生的分析問題、解決問題和團隊協(xié)作的能力能夠得以充分的鍛煉，進而使研究生的主動學習能力、工程實踐能力和創(chuàng)新精神得到了提升。

以指導教師參與的橫向課題科研帶動研究生工程實踐能力的提高。安排研究生參與企業(yè)的技術(shù)攻關(guān)工作。研究生要完成這些橫向課題的一部分工作，必須要深入工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場，對其過程重點掌握。大部分的實驗和后續(xù)的實際驗證工作必須在生產(chǎn)現(xiàn)場完成，這樣的過程大大提升了研究生的工程意識和實踐能力。

為了加強校企合作，我們在制定課程教學大綱和教學內(nèi)容過程中，將企業(yè)技術(shù)人員請來和我們一起研討，將企業(yè)生產(chǎn)中落后和淘汰的內(nèi)容去掉，將實用和新理論、工藝添加進來；我們聘請了企業(yè)工程技術(shù)人員參與課堂教學和實驗等環(huán)節(jié)，請他們給學生講解企業(yè)中典型產(chǎn)品的相變強化案例，同時帶領(lǐng)學生去工廠，在技術(shù)人員的協(xié)助下講授部分章節(jié)的課程，如淬火、馬氏體相變等內(nèi)容[7-9]。我們課程的實驗項目和學位論文題目也緊密結(jié)合相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)實際。在課程考核過程中，我們也將工廠技術(shù)人員請來做評委，現(xiàn)場點評，進而提升學生的工程實踐能力。

鼓勵研究生參加學科競賽活動，如挑戰(zhàn)杯、數(shù)學建模競賽等具有專業(yè)特色的競賽活動，培養(yǎng)研究生理論聯(lián)系實際、工程實踐能力和創(chuàng)新精神[10]。使研究生“重參與過程和爭取優(yōu)勝”的正確競賽觀得以樹立。通過以上方法建立與固態(tài)相變課程配套的研究生分層次、全方位的工程能力與實踐技能的培訓體系。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對固態(tài)相變課程的改革實踐，教材得到了適當?shù)母?，初步?gòu)建出前沿性和工程性相結(jié)合的課程教學內(nèi)容，豐富了學生的知識體系；同時通過采用多類型授課方式，提高了學生學習熱情和主動性，進而提高了學習成績；通過創(chuàng)新實踐教學模式和開展深度校企結(jié)合，有利于提升研究生創(chuàng)新、工程實踐能力，為提高研究生教學質(zhì)量和研究生適應社會工作崗位能力奠定了基礎(chǔ)。

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TeachingReformExplorationoftheCourseofSolidStatePhaseTransformation

LI Qiang，YU Jingyuan，LIU Xingjiang，WANG Bing，LIU Weidong

(College of Materials Science & Engineering，Liaoning University of Technology，Jinzhou 121001,China)

The course of Solid state phase transformation is an important degree course for postgraduates in materials.By enriching and optimizing the content of its teaching material，students can grasp the basic theoretical knowledge while broadening the knowledge，so as to construct a combination of cutting-edge and engineering content system.Using interactive，special studies and group discussions and other teaching methods，can improve the graduate students enthusiasm and initiative.It can fulfill innovative practice teaching model，expand the practice of teaching channels inside and outside the school，accelerate the integration of school and enterprise depth，cultivate students’ innovative spirit，improve engineering practice ability and the quality of teaching.

teaching reform，solid phase transformation，teaching methods，teaching contents

2016-02-11；修改日期:2016-03-23

2014年遼寧省普通高等學校本科教育教學改革研究項目(UPRP20140482)；遼寧工業(yè)大學2014年教改立項(2014019)；遼寧工業(yè)大學2014年研究生教改立項(201404)；遼寧工業(yè)大學2016年教改立項(2016011)。

李強(1976-)，男，博士，教授，主要從事材料方面的教學和科研。

G642.1

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.04.015