基于任務(wù)驅(qū)動與案例庫建設(shè)相融合的專業(yè)學(xué)位研究生課程教學(xué)方法探索——以《金屬熱處理原理》為例

潘堯坤，崔紅衛(wèi)，馮銳，宮本奎，崔曉麗，杜慶洋

(山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料工程系，山東 淄博)

航空鋼材、高端軸承鋼、高強度不銹鋼、銑刀用超硬合金等仍然是非常關(guān)鍵的技術(shù)，而這些關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)離不開金屬相變等基礎(chǔ)理論知識。金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生在本科階段已經(jīng)學(xué)習了《金屬學(xué)與熱處理》和《金屬熱處理原理與工藝》等有關(guān)金屬相變基礎(chǔ)理論知識的課程。學(xué)生已經(jīng)對金屬固態(tài)相變基本理論、奧氏體轉(zhuǎn)變、珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變和鋼的回火轉(zhuǎn)變等有了較為清晰的認知，但是畢業(yè)學(xué)生普遍反映對于建立和理解金屬相變基本概念與實際微觀組織結(jié)構(gòu)之間的深入聯(lián)系仍然存在較大的困難，在新合金研發(fā)方面欠缺理論聯(lián)系實際的能力[1]。因此，我校在材料工程領(lǐng)域的專業(yè)學(xué)位碩士培養(yǎng)方案中將《金屬熱處理原理》作為專業(yè)選修課程。為了補足學(xué)生在理論知識和創(chuàng)新實踐中的短板，同時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習和研究興趣，我們探索了基于案例庫建設(shè)的《金屬熱處理原理》教學(xué)方法，通過“任務(wù)驅(qū)動+案例庫建設(shè)”的教學(xué)方式，將理論知識點蘊含在實際案例之中，而實際案例來源于研究生的研究興趣，通過師生、生生之間的多向互動、平等對話和積極研討等形式，逐漸完善案例并逐步建立案例庫，形成的案例庫反哺學(xué)生的學(xué)習和科研工作，讓學(xué)生在整個過程中不斷提高自身發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的科學(xué)素養(yǎng)，為研究生階段的科學(xué)研究提供多方位的思路，培養(yǎng)學(xué)生文獻調(diào)研、學(xué)習借鑒與創(chuàng)新的能力。

一 專業(yè)學(xué)位研究生課程案例庫建設(shè)的重要意義

材料學(xué)科全日制專業(yè)學(xué)位碩士研究生教育是國家為了適應(yīng)社會以及經(jīng)濟發(fā)展的需要而大力支持的培養(yǎng)高素質(zhì)、高層次、應(yīng)用型人才的教育[2]。材料專業(yè)學(xué)位研究生的培養(yǎng)目標要求專業(yè)學(xué)位畢業(yè)生既要掌握材料領(lǐng)域的知識與技能，還要具備解決復(fù)雜實際問題的能力。我國材料碩士專業(yè)學(xué)位教育歷史比較短，人們對材料碩士專業(yè)學(xué)位的定位認識不準確，缺乏特色化的有效指導(dǎo)。但是目前全日制材料碩士專業(yè)學(xué)位培養(yǎng)課程體系與學(xué)術(shù)型碩士課程區(qū)分度不高，基礎(chǔ)性、理論性課程較多，且多側(cè)重于理論講授；學(xué)生的參與度、積極性、主動性未被調(diào)動起來；課程評價體系單一，多以終結(jié)性評價為主[4-6]。而課程教學(xué)作為專業(yè)學(xué)位研究生知識構(gòu)建及能力培養(yǎng)中最重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其理論與實踐的結(jié)合性必須提高。案例教學(xué)是材料碩士專業(yè)學(xué)位研究生課程改革的一項重要內(nèi)容和手段。1986年5月，美國卡耐基教學(xué)專業(yè)工作組在《國家為二十一世紀準備教師》報告中提出案例應(yīng)作為教學(xué)的主要關(guān)注點[3]。2009年3月19日，教育部在《關(guān)于做好全日制碩士專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)工作的若干意見》(教研〔2009〕1號)中有關(guān)教學(xué)要求部分明確指出“教學(xué)內(nèi)容要強調(diào)理論性與應(yīng)用性課程的有機結(jié)合，突出案例分析和實踐研究；教學(xué)過程要重視運用團隊學(xué)習、案例分析、現(xiàn)場研究、模擬訓(xùn)練等方法；要注重培養(yǎng)學(xué)生研究實踐問題的意識和能力”。2013年3月29日，教育部、國家發(fā)改委、財政部在《關(guān)于深化研究生教育改革的意見》(教研〔2013〕1號)中有關(guān)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式部分再次強調(diào)要“構(gòu)建符合專業(yè)學(xué)位特點的課程體系，改革教學(xué)內(nèi)容和方式，加強案例教學(xué)，探究不同形式的實踐教學(xué)”。2015年5月7日，教育部在《關(guān)于加強專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》(教研〔2015〕1號)中明確指出加強專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)的重要意義，并強調(diào)要把案例教學(xué)作為專業(yè)學(xué)位授權(quán)點合格評估的重要內(nèi)容。由此可見，案例教學(xué)已經(jīng)成為材料碩士專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)改革的重點工作。

在材料工程學(xué)科領(lǐng)域，一個案例就是一個帶著復(fù)雜工程問題的實際情境，這個情境中包含一種獨特用途的材料，而在這種材料背后隱含著一些問題和方法，而這些問題及方法又可以為另一種材料的研發(fā)提供思路。這些案例都是理論與實踐緊密結(jié)合的結(jié)晶，可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點、最終提高創(chuàng)造和創(chuàng)新能力[7]。在這個過程中，學(xué)生不斷探索，不斷激發(fā)興趣和潛力，最終使所學(xué)理論在實踐與討論中變得根深蒂固。在未來新材料研發(fā)過程中，又可以借鑒這種案例形成過程中所采用的思路和方法，得出新材料的研發(fā)方法，從而真正地做到學(xué)以致用。

二 《金屬熱處理原理》案例庫建設(shè)的內(nèi)容

《金屬熱處理原理》課程中涉及多種有色金屬，而每種有色金屬的性質(zhì)和熱處理原理又存在諸多差別。利用《金屬熱處理原理》的相關(guān)理論知識分析和解決實際生產(chǎn)和科研中遇到的問題仍是本課程教學(xué)過程中一個較為薄弱的環(huán)節(jié)。然而，目前涉及《金屬熱處理原理》課程教學(xué)案例的文獻和參考資料還很少。因此，本課程教學(xué)團隊成員擬按照構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作的思路開展案例庫建設(shè)。每個案例包括案例問題、案例引入、案例涉及的課程內(nèi)容、案例分析四部分。通過呈現(xiàn)案例情境，以學(xué)生為中心，以案例為基礎(chǔ)，建立如下10個有色合金案例：鋁的合金化案例、Al-Cu合金熱處理原理案例、鋁合金多級時效處理案例、鋁合金深冷處理案例、變形鋁合金熱處理案例、鑄造鎂合金熱處理原理案例、變形鎂合金熱處理原理案例、鎂合金熱處理缺陷及預(yù)防案例、青銅合金熱處理案例、鈦合金組織和性能案例。

三 《金屬熱處理原理》案例庫建設(shè)的方法

通過“任務(wù)驅(qū)動+案例庫建設(shè)”的教學(xué)方式，以上述10個案例為主要情境，結(jié)合研究生本人研究興趣及科研方向，選擇一種具體材料或?qū)嶋H應(yīng)用的零部件為研究對象，分析特定材料的服役環(huán)境、在服役環(huán)境下需要具有的性能、如何獲得這樣的性能（即采用怎樣的熱處理或加工工藝）、性能與組織結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。分析過程可以讓學(xué)生通過文獻調(diào)研的方法，也可以通過實驗探索的方式，或者兩種方式并用。學(xué)生根據(jù)調(diào)研分析獲得的資料或數(shù)據(jù)按照案例問題、案例引入、案例涉及的理論內(nèi)容、案例分析四部分作匯報，在匯報過程中，鼓勵其他學(xué)生積極提問題、提建議并互相吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，然后教師進行提問并點評。通過師生、生生之間的多向互動、平等對話和積極研討等形式，逐漸完善案例，并逐漸建立案例庫。

四 總結(jié)與展望

案例教學(xué)是強化專業(yè)學(xué)位研究生實踐能力培養(yǎng)，推進研究生教學(xué)改革，促進教學(xué)與實踐有機融合的重要途徑。基于案例庫建設(shè)的任務(wù)驅(qū)動可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高將理論知識應(yīng)用到科研實踐中并解決實際復(fù)雜問題的能力，通過師生互動討論，分析案例，得出解決實際問題的思路，為提高創(chuàng)新能力打下堅實基礎(chǔ)。任務(wù)驅(qū)動和案例庫建設(shè)的有機結(jié)合成為學(xué)生提升理論與實踐結(jié)合能力的有效載體。未來，隨著課程案例資源的進一步豐富，案例資源整合及案例庫共享機制探索具有重要意義，以互聯(lián)網(wǎng)等信息化手段為媒介，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，各課程、各單位之間可以積極開展案例研究、開發(fā)和使用等方面的線上及線下交流與合作，建立案例研究、開發(fā)、使用和共享的公共平臺，同時也可以將更多處于研發(fā)階段的先進材料引入到案例庫中，讓科研更好的服務(wù)于教學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習中培養(yǎng)起科研習慣、思路和創(chuàng)新思維，真正使教學(xué)與科研融為一體。