材料物理冶金課程建設探討

陳永利 周雪嬌 羅曉東

摘 要 在材料物理冶金研究生教學培養過程中發現，物理冶金的案例教學方法可增強本課程的工程性和可視性，有助于提升學生的理解能力，增強其課堂聽課學習的獲得感，提升其解決工程實際問題的科研素養。本文通過分析目前存在問題，針對探討了一些針對改進措施，并介紹了取得的一些成功經驗及方法。

關鍵詞 材料加工 材料物理冶金 案例教學 實踐教學 教學體系改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

0引言

重慶科技學院材料加工系下設的物理冶金研究生招生方向，向冶金行業與裝備制造業，培養具有材料成型加工基礎理論與應用能力，受工程素質培養和工程實踐能力訓練，具有較強競爭力和可持續發展能力的工程碩士研究生。本研究生培養方向具有鮮明的冶金金屬壓力加工（軋制）行業特色。

物理冶金課程的開設旨在教授研究生利用物理學原理，例如熱力學、電學等物理方法來達到改變金屬材料性能，屬于研究生基礎理論課程。該課程的學習對知識體系的構建，具有基礎決定性的重要意義。由于其教學內容涵蓋晶體結構與缺陷、退火、擴散、相變強韌化等冶金過程原理。導致其授課內容表現為如下特性。

一是內容較為抽象。物理冶金學重點講授各金屬冶煉的工藝、成型原理及組織調控方法，而要深刻理解課程中所述的工藝及原理，要求學生具有一定的工程實踐背景。因此，一些冶金傳統強校，如北京科大學和東北大學，在開設這門課程之前，要求研究生對工廠的工藝流程和操作過程有一定的認識和理解，增強其對本課程應用領域的了解。二是內容覆蓋廣。物理冶金教學內容涵蓋物理加工過程中的晶體結構與缺陷、退火、擴散、相變強韌化等冶金過程原理。導致其授課內容理論性較強、內容較為抽象、作用機理缺乏直觀性。

1物理冶金課程教學存在的問題

（1）教學內容陳舊，與現行生產實踐脫節。目前材料物理冶金課程使用的課堂教材是1986年冶金工業出版社出版的由東北大學王廷溥教授主編的《金屬塑性加工學》和武漢科技大學趙剛教授主編《物理冶金學基礎》，主要內容包括熱力學與相圖、金屬與合金中的擴散、固態下的擴散相變、非擴散相變、金屬與合金的塑性變形、鋼鐵的物理冶金學、回復和再結晶物理學及模型等7個部分。由于教材編寫時間較早，許多內容比較陳舊，與現行生產和實驗研究實踐存在很大差異。如金屬與合金的塑性變形工藝，教材中只介紹了高溫變形軋制工藝，由于在TMCP工藝條件下不僅僅要利用高溫變形，而且更加側重于未再結晶位錯形態控制。近年來隨著日本和韓國塑性加工新工藝的大規模成功應用，我國相當多的企業也在采用該工藝生產節約型高強度低合金鋼，但在目前的現有教材鮮有提及，教學內容尚可采用專題的形式介紹，但教學的工程案例急需制作。

（2）教學方法落后，教學效率不高。雖然現在已不經常使用傳統“黑板+粉筆”的教學方法而采用PowerPoint為主的多媒體快速教學方式，但課堂上往往只對教材中的工藝和技術等進行逐條講解。這一方面使得授課內容枯燥無味，容易出現學生不耐煩的局面;另一方面，使得授課效率不高，課程內容講述不全。目前，按照傳統的教學方法，沒有多余學時涉及物理冶金深入的講解。

2課程案例建設探討

對于物理冶金工程碩士課題教學中存在的問題，可采取以上方法予以應對。

針對教學內容陳舊的問題解決方法在于建設案例資源庫和建立物理冶金案例教學體系，通過案例教學法講述現代塑性加工的先進技術和工藝，使學生所學能緊密結合生產實踐，緊跟學科前沿，開拓學生視野。

針對與現行生產實踐脫節的問題，可以采用兩種方法處理：一方面任課教師可以將課堂教學內容和實驗設備相結合，利用1～2學時的時間組織學生參觀實驗室設備，并由老師做出現場講解，加深對軋鋼成型設備和工藝的理解和認識;另一方面，可以拍攝軋制企業先進加工工藝的視頻和圖片，通過講解將教材中的設備、原理和流程與現場對應并制作成教學案例，加深學生對教材中設備、原理和工藝內在關系的理解和掌握。

針對教學效率不高的問題，可以采用對比教學的方法，將工藝性質相似度高的成型過程通過對比講解、介紹，并制作成對比案例，增加學生學習的條理性，提高授課效率，增強其獲得感，激發其學習熱情。

通過課堂中物理冶金案例的教學把碩士生帶入特定工藝的現場，通過案例分析以提高課堂教學的效果。把典型的“軋制-組織-性能”的情景展示給學生，使學生能在短期內接觸到物理冶金原理在軋鋼廠的實際應用原理和方法，從而有效地彌補實踐的不足。通過對比案例教學法將一些具有某種聯系和區別的教學內容放在一起進行對比分析，找出內在原理相同與不同之處，使研究生在明確了一個內容之后能夠自然地聯系到另一個內容，并能自行理解和掌握，從而增加研究生學習興趣和工程素養，并提高授課效率。采用微課案例方法，以短小精悍的物理冶金微型教學視頻為主要載體，針對某個知識點進行情景化、趣味性、可視化的教學，激發學生的學習熱情，培養研究生分析和解決工程問題的能力，最終提升物理冶金課程教學的質量。

3結語

經過不斷探索和建設，材料物理冶金課程開發了50余項虛擬仿真案例實驗項目，全部案例資源均通（下轉第179頁）（上接第98頁）過校園網連接到互聯網上，教學實踐環節實施突破了傳統實驗室的界限，隨時隨地隨需開展網絡教學。有效提高了學生解決復雜工程問題的能力，受到研究生的歡迎，并取得了良好的教學效果。

致謝：

該文得到了重慶科技學院研究生教育教學改革研究項目“材料物理冶金課題案例建設及教學實踐（項目編號：YJG2018y008）”，重慶市教育科學規劃課題研究項目“雙一流”建設背景下材料成型及控制工程專業立體化實踐教學資源建設研究與實踐（項目編號：2019SYJX0111）”，重慶市教育科學規劃課題研究項目“基于OBE理念的課程資源建設與實踐（項目編號：2019SYJX0113）”的資助，在此表示感謝！

基金項目：課題項目：本文系重慶科技學院研究生教育教學改革研究項目（項目編號：YJG2018y008）;重慶市教育科學規劃課題研究項目（項目編號：2019SYJX0111，2019SYJX0113）研究成果。

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