“新工科”背景下《金屬材料及熱處理》課程改革探索

汪志剛 齊亮 朱志云 楊斌 楊經富

摘 要：文章對《金屬材料及熱處理》課程的教學現狀與未來發展方向進行了論述和探索。重點強調了傳統教學過程中存在的工程化背景不強、學生“向學力”不夠，教學模式創新不強等不足。基于“新工科”背景下，提出了創新型卓越人才培養體系，并探索實施自由團隊實踐教學模式與“互聯網+”的情景教學模式的改革與創新。為“新工科”的建設與發展提供動力與新思路。

關鍵詞：新工科；熱處理；課程改革；教學創新

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）10-0121-03

Abstract： In this paper， the current situation and future direction on course of Metal Materials and Heat Treatment is investigated. Some shortcomings are emphasized about traditional education model， such as the lacking of teaching content under engineering application background， innovative teaching model is relatively insufficient and students are not interested in learning. Based on "Emerging Engineering Education"， an innovative talent training system is putted forward in present exploring. Meanwhile， it explores a free practice teaching mode in team and promotes the teaching thinking of "Internet plus" in the future course construction. These studies will provide impetus and new ideas for the construction and development of "Emerging Engineering Education".

Keywords： "Emerging Engineering Education"； heat treatment； curricular reforms； teaching innovation

“新工科”（Emerging Engineering Education，3E）是根據國家戰略發展新需求、國際競爭新形式、立德樹人新要求而提出的國家工程教育改革方向[1]。新工科的本質是“工科”，而“新”反映的是新時代的特色，換言之，“新工科”教育是適應社會發展需要的，是與當下我國重大發展戰略，如“中國制造2025”、“互聯網+”、“大學生創新創業”等相協調的[2]。

《金屬材料及熱處理》（以下簡稱《熱處理》）課程是金屬材料及其相關專業的必修課，傳統的教學內容和教學方法已經強烈受到“新工科”發展理念的挑戰與激勵。近些年，盡管部分文獻報道了關于《熱處理》課程改革的相關教學設計和改革，涉及到課程內容和體系改革[3]，人才培養模式改革[4]，教學方法改革[5]等。基于“新工科”背景下的該課程的改革是一個全新的命題。本文將梳理材料成型及控制專業開設熱處理課程后，在傳統教學模式不足，以及課程教學方法上問題，結合“新工科”的發展內涵、方向和目標，提出在“新工科”背景下該門課程的改革發展方向。

在世界范圍內的新材料不斷涌現，造就了一批新的產業，像鋰電、光伏、3D打印等，而與之配套后續深加工與精細化性能調控技術未完全及時跟上發展。更新和改造傳統工科專業和課程體系勢在必行。

一、現有課程體系及教學現狀

《熱處理》課程培養目標是通過本課程的學習，使學生了解和掌握金屬材料的種類、組織與用途，金屬熱處理的基本理論、各種熱處理工藝方法。在此基礎上，要掌握典型材料的基本熱處理工藝，會分析和診斷常見的熱處理缺陷。在實際教學過程中，可以分為兩部分：一是金屬材料部分；另一部分是熱處理原理與工藝部分。該課程的先修課程是《材料科學基礎》，因此，熱處理原理部分學生理解起來更容易，而金屬材料和熱處理工藝部分實踐性更強，工程應用要求更高，學生往往不能充分掌握，自主設計工藝和分析缺陷的能力得不到鍛煉和提高。綜合原因，主要與課程體系的構建、教學內容的創新，尤其是與現在新時代工科大學生思維的相適應不夠，除此之外，教學手段以及實踐環節也存在諸多問題，具體可歸類如下：

（一）課程體系面向產業化和工程化程度不夠

進入21世紀以來，新一輪工業發展勢頭迅猛，以鋼鐵材料為主，傳統的加工、制備和熱處理技術出現了大量的改進和創新，例如超快速加熱和冷卻技術，低溫變形技術，淬火-配分技術，以及新型材料的特殊熱處理技術等。這也是“新工科”發展的需要。因此，工程教育也配合好當下的產業發展和工程化需要，傳統的“四火一處理”課程體系結構已不能滿足未來新型熱處理的發展需要。尤其體現在綜合性知識體系、交叉學科研討部分，以及產業和技術最新發展為在教學內容中深入體現。未來要面向產業化和工程化深入改革課程體系和教學內容。

（二）學生“向學力”不強

作為一門工科方向必修課程，在低年級學生沒有任何實踐背景的前提下，學習興趣不強，導致學生主動學習的動力和學習激情明顯下降。教師在教授熱處理知識時，多是照本宣科式，缺乏上課的自身感染力。盡管開設了幾課時的實驗課，然而學生實踐效果不強，由于時間較短，學生知其然而不知所以然，也使得學生不愿意自主學習，自主思考，非常不利于工程化教育的實施。

（三）教學模式創新性不夠

盡管現在的教學已由原來的課本板書教學轉變為PPT教學，然而并沒有從根本體現“新工科”教育的多角度、全方位的特征。首先，教學內容拘泥于課本，基本原理和工藝仍大多數停留在概念上，熱處理案例庫、相關工程實踐應用視頻庫缺乏，使得課程不夠生動；其次，還是以教師教，學生聽為主，由于PPT的信息量更大，使得學生思維疲倦，部分學生邏輯較混亂，導致聽課不認真，興趣下降，沒有把“教”的重心向“學”的重心轉移；最后就是實踐課程教學方式仍然較傳統，學生自由發揮空間較少，課程實踐太短，沒有充分發揮實踐課程的作用。

二、“新工科”背景下的改革方向

“新工科”背景下教學思路改革不同于傳統教學，主要可以體現在以下三個方面：1. 要將創新創業意識融入課堂；2. 要將互聯網與智能化思維融入課堂；3. 要體現課程的跨界整合能力的培養。要想實現以上幾點，要從課程教學內容，教學方法以及人才培養模式上做全方位的改革。主要可以從以下幾個方面進行探索。

（一）課程體系設計與改革

在新工科背景下，仍然是強調對應用型人才的培養，前些年，盡管隨著“卓越”工程師計劃的提出，對工程應用型課程提出了新的要求，然而，在課程體系改革上并未作出相應的改革和調整，只是強調課本知識內容應用于實踐，體現 “卓越工程師”的培養目標。創新型卓越人才培養是“新工科”教育目標之一，因此，新時代下《熱處理》課程改革內容要體現繼承與創新、交叉與融合的發展路徑。例如近些年發展起來的新型熱處理技術，包括復合形變熱處理，淬火-配分熱處理技術、新型板材連續熱處理技術等。除此之外，課程內容不能拘泥于傳統知識授課點，要圍繞當地行業的發展需求，適當優化課程內容布局，例如，江西理工大學屬于在有色金屬行業具有典型發展優勢和空間的高校，而傳統熱處理課程幾乎是偏重于黑色金屬，較少涉及到有色金屬的熱處理，這樣非常不利于應用型人才的培養，同時不能體現“新工科”的交叉與融合的特點。

（二）實踐教學模式的改革

實踐教學無疑是“新工科”背景下《熱處理》課程改革的重點，而目前，實踐教學思路較為成就，課程內容不到理論課程的1/3，同時，實踐課程內容設計死板，學生的自主性不強、興趣不高。實踐課結束，實驗報告質量較差，難以達到提高實踐能力的效果。“新工科”背景下可以嘗試，自主實踐課堂，自由分組，以團隊式完成實驗項目的選題、實驗方案的制定。利用現有本科教學以及科研平臺完成實驗項目，總結實驗報告。教師組織學生自己完成實驗項目的答辯、報告的審閱以及進一步改善計劃提交。這種團隊式、研究式實踐教學將非常有利于學生培養學習激情，提高創新能力，真正做到實踐與理論的結合。

（三）課堂情景模式的改革

課堂情景模式是上好一門課的基礎，隨著國家對大類招生計劃的要求，核心必修課合并，部分專業性較強的課程開始由必修變選修，學生的興趣和雙向選擇成為主導課程設計的關鍵[6]。在“新工科”背景下，如何體現《熱處理》的通識教育，進一步提高學生的學習興趣和激情值得探討。近些年，隨著“互聯網+”思維的涌現，諸如“翻轉課堂”[7]，“互動課堂”[8]，“慕課”[9]等新型的教學手段和利用其它互聯網思維改善課堂情景模式的技術變革在諸多高校中推廣和實施。然而，目前“互聯網+”思想主要應用于文科類課程，其實施效果也很顯著，而對于工科類課程并未有廣泛報道。 事實上，工科類課程開展“翻轉課堂”的效果可能跟顯著，歸因于課程內容基礎理論講解難度大，學生注意力更容易分散，通過“APP”、“微信公眾號”和“QQ群”等模式，往往能充分調動學生的積極性，提升課堂的氛圍和教師自身的感染力。前提是授課老師的備考需要更充分，知識點邏輯要更清晰，能及時在課堂上和課堂外進行及時更新，同時要充分利用網絡平臺進行點名、課程任務安排，趣味知識搶答等互動交流。

關于課堂情景模式的改革還要體現在“大數據”上，傳統板書教學以及PPT教學要適應大數據時代的發展。對于《熱處理》課程，應搭建教學視頻庫，包括熱處理工藝現場部分和理論模式動畫演示部分；應搭建實踐型虛擬仿真平臺，傳統工藝可以在網絡進行工藝設計和性能預報，讓學生更能自主發揮；應結合學校的發展平臺，設立大型設備和實踐基地的科普演示開放日，讓本科教學更早融入到實踐和研究環節中。

“新工科”下的《熱處理》課堂情景模式應更多的結合“互聯網+”和“大數據”的發展成果，實現相關課程的多角度整合與融通，充分體現創新、自主的人才培養目標。

（四）豐富“第二課堂”

“第二課堂”是“新工科”教育體系的有力抓手，傳統教學的實踐環節主要是在課程內實驗完成，而像“認識實習”和“畢業實習”等工程實訓類項目往往開設時間較晚，導致學生對熱處理知識的學習和應用不夠連貫，因此會很難達到學以致用的目的。小組工程實訓是新形勢下“第二課堂”的實踐模式創新。對于二年級學生，基本已修完《材料科學基礎》與《熱處理》等專業基礎課程，對于材料基本理論以及基本加工工藝已有所了解。通過在授課班級選拔3-4個小組，每組3-5人利用暑假時間到企業進行工程實訓，結束后以口頭和書面報告的形勢完成實訓任務總結。學院要大力構建校-校，校-企聯合培養計劃，依托學校高層和政府建立材料產業聯盟，確保工程實訓能順利進行，同時，還可為企業培養和輸送人才做準備。除此之外，“第二課堂”的另一種形式就是參加各類學科競賽，像“挑戰杯”，金相大賽，“永冠杯”鑄造大賽等，充分利用競賽平臺，檢驗所學技能，同時提升自己綜合競爭能力。

除此之外，要利用“第二課堂”加強學生的個性化培養，學生可以自主選擇和設計自己實踐環節和內容，在學校政策保障前提下，按時、按質完成相關課程任務。個性化培養是當前大學生創新創業能力提高的主要路徑，也是“新工科”對跨界整合能力的內在要求。通過第二課堂的引入，加強對新時代下工程教育對象學習和思維習慣的響應。

綜上所述，新工科是相對于傳統工科而言，是以新的經濟發展，新的產業更新為背景，是一個動態的概念。《熱處理》課程作為典型的工科類課程，改革和創新對于推動新時代下的工程教育發展，培養創新型卓越工程師是非常有意義和有必要的。江西理工大學是一地方典型工科為主高校，近些年，學校聚焦行業需求，加強產學研合作的同時，大力通過搭建知識轉化平臺、加強政策引導，積極促進科技成果轉化，目前，各項成果轉化324項，位居省內高校前列。在產業化態勢發展如此迅猛，服務于地方企業的效果極其顯著的前提下，人才培養顯得尤為重要。“新工科”背景下的《熱處理》課程改革和探索，離不開學校和學院教學政策的支持和條件保障，尤其體現在學生或教師評價機制和考核體系上，只有大家齊心協力，借助于“新工科” 理念發展的契機，大力實行教學改革，才能確保工程化教育的可持續發展。

參考文獻：

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017，3：1-6.

[2]陸國棟，李拓宇.新工科建設與發展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017，3：20-26.

[3]艾云龍，華小珍.《金屬材料及熱處理》課程教學改革初探[J].南昌航空工業學院學報，2002，4（4）：141-143.

[4]馬壘，何木芬，李林.金屬材料及熱處理課程的特色教學模式研究[J].學科探究，2017.

[5]曾燕屏，劉國權，王浩，等.金屬材料及熱處理研究型實驗教學模式構建與實施[J].中國冶金教育，2014，1：45-50.

[6]李晨，何延巖.大類招生模式下學生專業選擇的行為分析[J].高教探索，2015（1）：106-110.

[7]繆靜敏，汪瓊.高校翻轉課堂：現狀、成效與挑戰-基于實踐一線教師的調查[J].開放教育研究，2015，21（5）：74-82.

[8]孟祥林.師生分層以生為本：互動課堂的問題與對策[J].中國高等教育評估，2010，1：54-59.

[9]李艷，張慕華.高校學生慕課和翻轉課堂體驗實證研究[J].實踐研究，2015，5（137）：73-93.