材料表面工程課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

蔡會(huì)生，郭鋒，白樸存，蘇娟，劉亮

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051）

材料表面工程是金屬材料、材料物理等專業(yè)的重要核心課程，本課程主要講述材料表面工程和技術(shù)，是一門理論性、實(shí)踐性要求均較高的課程[1-2]。課程主要講述改善材料表面耐磨性、耐蝕性、抗氧化性、耐高溫性、隔熱性等表面特性的技術(shù)和工藝，課程內(nèi)容抽象乏味，章節(jié)之間關(guān)聯(lián)度較小，學(xué)生很難將課程內(nèi)容融會(huì)貫通，教師教學(xué)充滿了挑戰(zhàn)[3-5]。本課程需要學(xué)生充分掌握前期學(xué)習(xí)的材料學(xué)基本知識(shí)，并通過本課程的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)從掌握理論知識(shí)到對理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)變[6-8]。由于課程內(nèi)容分散且抽象，需要增加實(shí)踐課程，輔助學(xué)生理解消化所學(xué)內(nèi)容，但是受限于課時(shí)和院校實(shí)際情況，實(shí)踐教學(xué)實(shí)施難度較大且所占比例較少。為此本文開展了一系列教學(xué)改革與探索，將工程應(yīng)用案例融入課程教學(xué)中，幫助學(xué)生掌握消化所學(xué)內(nèi)容；結(jié)合院校實(shí)際開展針對性的實(shí)踐課程輔助教學(xué)，使學(xué)生更好地理解掌握相關(guān)技術(shù)和方法；引入材料表面技術(shù)發(fā)展的學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，向?qū)W生介紹材料表面技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，拓寬學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)積極性。

1 教學(xué)改革與探索

1.1 實(shí)際工程應(yīng)用案例引入課堂教學(xué)

材料表面工程課程大部分章節(jié)的內(nèi)容是材料表面處理技術(shù)，單純按照課本內(nèi)容講授單調(diào)枯澀，學(xué)生難以準(zhǔn)確了解和掌握各種表面處理技術(shù)的目的、流程、應(yīng)用范圍和注意事項(xiàng)等內(nèi)容。為此在開始講授新內(nèi)容之前，讓學(xué)生觀看具體表面處理技術(shù)的完整實(shí)施過程，使學(xué)生首先在直觀感受上了解材料表面處理技術(shù)，并向?qū)W生提出相關(guān)問題，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)本部分內(nèi)容，這樣能幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和掌握課程內(nèi)容[9]。在課堂上讓學(xué)生了解所學(xué)表面處理技術(shù)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，彌補(bǔ)難以進(jìn)行實(shí)踐課程讓學(xué)生親自動(dòng)手操作的不足。這種教學(xué)方法取得了較好的教學(xué)效果，能夠?qū)⒖菰锏闹v授演變?yōu)橐曨l教學(xué)的形式，使學(xué)生更有興趣去學(xué)習(xí)而且更容易調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，學(xué)生學(xué)習(xí)效果明顯提升。

通過一個(gè)學(xué)期的課程實(shí)踐，總結(jié)出將下述內(nèi)容融入教學(xué)過程中，可以起到事半功倍的效果。例如，在講授表面化學(xué)熱處理時(shí)，給學(xué)生觀看包括毛坯、鍛造、機(jī)加工、滲碳、熱處理等全流程工藝制備工藝品的視頻，既可以讓學(xué)生了解本次課程的滲碳工藝目的、實(shí)施過程，也可以讓學(xué)生了解完備的工藝流程，同時(shí)復(fù)習(xí)了前期所學(xué)知識(shí)；在講述熱浸鍍內(nèi)容時(shí)，通過讓學(xué)生觀看日常生活中常見的鍍鋅鋼管的制備工藝，既讓學(xué)生了解了鍍鋅鋼管，也讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)到了熱浸鍍的完整工藝流程和特點(diǎn)；再比如，在講授化學(xué)轉(zhuǎn)化膜時(shí)，通過觀看鋁合金陽極氧化的完整過程，可以有效地讓學(xué)生了解陽極氧化電解體系構(gòu)造、著色以及封閉的全部實(shí)施過程，對學(xué)生掌握陽極氧化工藝有幫助作用，取得了較好的教學(xué)效果。通過這些教學(xué)探索，更容易吸引學(xué)生的注意力，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果也得到了較大提升。

1.2 思政元素融入教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)過程中需要著重引導(dǎo)和幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生才能為國家的建設(shè)貢獻(xiàn)更大的力量[10]。為此，在教學(xué)中適時(shí)融入思政元素，對于培養(yǎng)優(yōu)秀的應(yīng)用型復(fù)合人才是至關(guān)重要的?；诖?，開展了一些教學(xué)探索，在授課過程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容融入思政教學(xué)。例如，在講授表面涂覆技術(shù)-熱噴涂時(shí)，從《打造中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片“金鐘罩”》的視頻出發(fā)講解本節(jié)課的內(nèi)容，既能夠讓學(xué)生了解熱噴涂技術(shù)，也能通過我國科技工作者經(jīng)過不懈努力取得世界矚目成就的經(jīng)歷幫助學(xué)生樹立民族自豪感，引起他們對熱噴涂技術(shù)的興趣，以便更好地學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容。蝕刻工藝也是材料表面工程課程的主要內(nèi)容，其中光刻技術(shù)是制備芯片的重要手段，向?qū)W生介紹我國與世界光刻機(jī)制備領(lǐng)域強(qiáng)國的差距，以及我國科研工作者通過不斷的研發(fā)，逐漸縮短了與光刻領(lǐng)域世界強(qiáng)國之間的差距，激發(fā)學(xué)生對表面微細(xì)加工的興趣，幫助他們樹立為國家光刻領(lǐng)域快速發(fā)展趕超世界強(qiáng)國努力的志向。通過將思政元素融入教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情高漲，學(xué)習(xí)積極性也得到了提高，課堂教學(xué)效果得到了提升。

通過一系列思政教學(xué)探索和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)在課堂教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適時(shí)增加國內(nèi)科研工作者經(jīng)過不懈努力，取得突破性原創(chuàng)科研成果的事跡，以及容易使學(xué)生激發(fā)強(qiáng)烈民族自豪感的思政內(nèi)容，會(huì)強(qiáng)有力地調(diào)動(dòng)學(xué)生的民族自信心。思政教學(xué)的引入，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，也能夠幫助學(xué)生樹立科研探索精神和為國家科研事業(yè)貢獻(xiàn)力量的遠(yuǎn)大志向。

1.3 結(jié)合院校實(shí)際開展實(shí)踐教學(xué)

材料表面工程課程由于教學(xué)內(nèi)容主要以材料表面處理技術(shù)為主，實(shí)踐教學(xué)的重要性尤為凸顯，進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以豐富課堂內(nèi)容，也有助于學(xué)生更好地理解相應(yīng)的材料表面處理技術(shù)。因此在進(jìn)行材料表面工程教學(xué)時(shí)，根據(jù)院校實(shí)際情況，增加實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)是至關(guān)重要的。對于受實(shí)際情況限制無法開展的實(shí)地實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，也可以通過觀看相關(guān)視頻的方式，讓學(xué)生更好地掌握相關(guān)表面處理技術(shù)[11-12]。

在教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)校和學(xué)院表面處理技術(shù)設(shè)備的實(shí)際情況，帶領(lǐng)學(xué)生分批次參觀并實(shí)際觀看相關(guān)表面處理技術(shù)的操作過程。例如，在講授物理氣相沉積技術(shù)時(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地觀看并講解在鎂合金基體上磁控濺射制備TiN薄膜的制備目的和過程，讓學(xué)生近距離學(xué)習(xí)影響磁控濺射制備薄膜的溫度、時(shí)間、極間距、偏壓、氣體濃度等工藝參數(shù)，實(shí)地觀察輝光放電現(xiàn)象及通過磁控濺射技術(shù)制備的薄膜。在講授熱噴涂和熱浸鍍等表面處理技術(shù)時(shí)，給學(xué)生觀看實(shí)際生產(chǎn)過程的視頻。這種實(shí)踐課程和理論教學(xué)相結(jié)合的方式，有助于學(xué)生更好地掌握課本知識(shí)，使其能夠做到活學(xué)活用，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

1.4 學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)充實(shí)課本內(nèi)容

為了拓展課本知識(shí)，讓學(xué)生充分了解材料表面工程相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)，在教學(xué)過程每一章節(jié)，均針對相應(yīng)內(nèi)容，搜集整理最新的科研動(dòng)態(tài)，向?qū)W生介紹材料表面技術(shù)研究動(dòng)態(tài)及科學(xué)研究的思路方法[13-15]。學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)分享，不僅向?qū)W生介紹了最新的科研動(dòng)態(tài)，而且也實(shí)現(xiàn)了對課本內(nèi)容的延伸，讓學(xué)生充分了解課堂上所學(xué)的技術(shù)手段在科學(xué)研究領(lǐng)域的重要作用，以及對推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所做出的巨大貢獻(xiàn)。這部分內(nèi)容的開展，激發(fā)了學(xué)生的興趣，尤其是有志科研、繼續(xù)深造的學(xué)生，幫助他們提前了解科學(xué)研究過程。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和課堂參與程度，除了課堂上教師介紹外，也布置學(xué)生查閱相關(guān)學(xué)科前沿發(fā)展信息，并在課堂上與大家分享，不僅鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)的能力，也有助于提高學(xué)生提煉總結(jié)的能力?？傊?，在課堂上分享與課本內(nèi)容相關(guān)的學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)，不僅能充分激發(fā)學(xué)生的興趣，而且也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了較好的教學(xué)效果。

但是，科學(xué)研究具有發(fā)展速度快、不斷創(chuàng)新的特點(diǎn)。因此，在后期教學(xué)過程中，需要及時(shí)搜集查閱科學(xué)研究的最新動(dòng)態(tài)，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，將最新、最先進(jìn)的學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)介紹給學(xué)生，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)材料表面處理技術(shù)。與此同時(shí)，在教學(xué)過程中也需要為學(xué)生提供參與科學(xué)研究的機(jī)會(huì)，依據(jù)院校的科研情況和學(xué)生的興趣，提前讓學(xué)生參與表面科學(xué)與工程方面的科研項(xiàng)目，幫助學(xué)生更深入地了解材料表面技術(shù)的科研現(xiàn)狀和具體研究內(nèi)容，從而可以更好地使學(xué)生掌握材料表面處理技術(shù)，達(dá)到寓教于學(xué)、寓學(xué)于趣的目的。

2 結(jié)語

材料表面工程課程是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，通過引入實(shí)際工程應(yīng)用案例、融入思政元素教學(xué)、開展實(shí)踐教學(xué)、增加學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)分享等教學(xué)改革與探索，取得了良好的教學(xué)效果。這些教學(xué)改革和探索，使學(xué)生在全面掌握課本知識(shí)的前提下，分析問題、解決問題的能力得到提升，有助于培養(yǎng)適應(yīng)新工科建設(shè)的高素質(zhì)應(yīng)用型復(fù)合人才。