以熱處理創新創業大賽促進材料學科實驗教學改革

郭順　羅銳　袁志鐘　程曉農

摘 要：文章對當代材料科學理論和實驗教學進行了簡單的剖析，明確了熱處理創新創業大賽對學生實踐創新能力的培養作用。通過對學生的專業知識儲備、實踐操作能力進行測試，找出其中的問題，并以大賽為契機，優化教學策略、加強實驗教學，促進和深化材料學科實驗教學改革，培養出適應社會需求的熱處理高級工程技術人才。

關鍵詞：熱處理創新創業大賽;教學策略;實驗教學;校企合作

中圖分類號：G642;G642.423

文章編號：2095-624X（2019）24-0122-02

材料科學與工程學科是一個將理學與工學相結合，涉及自然科學、應用科學和工程科學研究的新興學科。改革開放以前，國內大學中并沒有嚴格區分的材料科學與工程學科。隨著科學技術的發展，該學科以數理化等自然科學為基礎，服務和支撐于工程學科、交叉多學科而獨立，其專業方向包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等幾個材料領域的科學與工程。

江蘇大學是江蘇省高校中最早設立金屬材料及熱處理專業的學校。1998年教育部頒布新專業目錄，金屬材料及熱處理專業遂更名為“金屬材料工程”專業。熱處理是我國制造業的重要研究領域，趙振業院士曾指出，熱處理是一類國家級的核心技術、關鍵技術和共性基礎技術。專業教學注重專業人才教育，培養熱處理高級工程技術人才;強調職業技術專業化，致力熱處理一線的專業技術教育。

一、現狀與問題

我們嚴格按照教學計劃，努力培育出符合社會主義市場經濟發展的，能在各類材料熱處理加工、材料改性等領域從事科研與教學、技術開發、工藝設計及經營管理等工作的科學研究與工程技術人才[1]。積極響應《中國制造2025》中“人才強國”號召，建設具有優良素質和合理結構的金屬材料工程專業人才隊伍刻不容緩。

然而，教育環節中仍存在不少問題，這導致了實際教學成效不彰。一方面，學科知識的融合與交叉欠缺、創新教育不足，學生不能很好地理解和掌握授課內容。另一方面，由于實踐教育和工程設計環節缺失，教育重論文、輕設計、缺實踐，使得學生難以將在書面上所學到的熱處理知識運用到具體操作、工藝設計等實踐工作中，工程意識和實踐能力不足，無法滿足社會對具備科學創新意識和能力的制造技術人才的需求，行業的國際競爭力削弱。為此，我們借助中國大學生熱處理創新創業大賽，甄選具有工程應用背景的校企合作項目有意識地指導本專業的學生參賽，做到“學以致用”，不斷提升本專業學生的創新精神和實踐能力，培養出熱處理卓越人才，沖破新材料與高端設備關鍵件的核心處理技術壟斷，不斷夯實國家新興產業基石。

二、借助比賽促進實驗教學改革

為培養出適應社會需求的熱處理高級工程技術人才，中國大學生熱處理創新創業大賽本著“厚基礎、強融合、重突破”的指導思想，向全國高校材料類、機械類及相關專業在校學生征集參賽作品。通過預選賽獲得參賽資格，以答辯賽、熱處理技術綜合知識應用兩個階段的競爭角逐評獎，這不僅可以展示學生個人及其熱處理理論和應用水平，作為全國材料學科的高層論壇，熱處理行業協會評審團也可以從中發現和推薦材料熱處理卓越人才。因此，若將大賽與實驗教學改革相結合，則能夠更好地發揮實驗教學對理論教學與實踐能力培養的作用，以賽促改，以賽促學，創新人才培養方案，探索出培養具有創新精神和實踐能力人才的有效途徑。

1.優化熱處理基礎理論教學策略

江蘇大學金屬材料工程專業主修課程有“物理化學”“金屬學原理”“金屬材料組織控制原理”“金屬材料強韌化”“材料物理性能”“現代分析測試技術”“現代表面技術”“金屬材料學”“材料力學性能”“材料設計基礎”等。盡管這些課程能使學生的專業知識儲備、實踐操作能力得到有效提升，但由于課程本身具有較強的理論性，內容抽象，導致個別學生對專業知識的學習興趣不足，甚至有時候會產生畏難情緒。

例如，“金屬材料組織控制原理”課程的教學。我們知道，組織控制原理是材料進行熱處理工藝設計的最基本原理，課程主要講述了鋼的組織演化規律，描述了如何通過控制熱處理工藝參數來控制鋼的最終組織。學生可以通過學習該課程的TTT曲線確定鋼的熱處理工藝參數，進而設計完整的熱處理工藝流程。但書中過多而又抽象的知識點也增加了機械知識、技能基礎不足的學生在課堂學習時的難度。為了幫助學生真正掌握課程內容，我們通過創設現場教學，激發學生的學習興趣;利用線上與線下教學相結合，幫助學生深入理解;借助啟發式教學，引發學生自主思考。我們運用多種教學策略，最大化激發學生學習動機和興趣，讓學生能夠積極、主動地參與到課堂學習中，幫助學生深入、全面了解熱處理基礎理論課程，鞏固參賽的知識理論基礎。

2.加強實驗教學，開展校企合作

江蘇大學金屬材料工程專業的人才培養方案密切聯系生產實際。對校內無法完成的個別大實驗，我們也積極聯系本地科研院，最大限度滿足學生的實驗條件需求。通過帶領學生參觀實驗室，豐富學生的見識。如在“材料力學性能”課程的知識講解完成后，我們增設了相關的力學實驗，通過指導學生回顧知識原理完成預習，帶領學生走進實驗室參觀材料的沖擊、壓縮、拉伸實驗及硬度等力學指標測試。為了加深實驗操作印象，我們要求學生書寫實驗報告重述實驗流程。在這一系列的過程中，學生能夠通過觀察以驗證課本中的知識，提升學習興趣，進一步掌握基礎知識。此外，我們還與企業構建了校企合作的教學模式，帶領學生前往企業參觀生產車間，對企業運行模式、金屬材料熱處理的發展趨勢進行了解，結合綜合實驗教學及時與學生溝通交流，進行疑難解惑，使學生的熱處理操作更加規范化，讓學生進一步掌握熱處理工藝技術，最后通過參加熱處理創新創業大賽強化學生對熱處理地位和作用的認知。

我們根據實踐狀況，研究了理論知識與學科競賽及人才培養之間的關系，融合了學科競賽與實踐教學開創新模式。我們尊重學生的主體地位，通過發揮教師的引領作用甄選具有工程應用背景的校企合作項目帶領學生參賽，在熱處理創新創業大賽中發現學生存在的問題，并引導和幫助學生分析、解決問題，提高創新精神和實踐能力。競爭式的參賽模式不僅激發了學生對熱處理基礎理論學習與實踐的熱情，同時也提升了學生對熱處理地位和作用的認識，推動了熱處理技術的創新及熱處理行業的進步，使得新材料與高端裝備制造業得以發展，進而實現國家的戰略轉變[2]。

參考文獻：

[1]陳煒曄，張樹玲，蔣亮，等.學科競賽與材料科學基礎實驗教學改革[J].教育教學論壇，2017（28）.

[2]張昂，楊小玲.大學生競賽與自主創新開放實驗平臺建設[J].實驗科學與技術，2016（2）.

基金項目：江蘇高校品牌專業建設工程資助項目（金屬材料工程專業，PPZY2015B127）;江蘇省教改課題“以工程教育專業認證為基礎的金屬材料工程品牌專業建設研究與實踐”（2017JSJG160）;江蘇大學教改課題“以工程教育專業認證為基礎的金屬材料工程品牌專業建設研究與實踐”（2017JGZZ001）。

作者簡介：郭順（1984—），男，山東威海人，副教授，博士，研究方向：金屬材料。

通信作者：程曉農（1958—），男，江蘇蘇州人，教授，博士，博士生導師，研究方向：高端金屬結構材料。