基于“四融合”的研究生相變?cè)碚n程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

李 強(qiáng)，商 劍，于景媛，伍復(fù)發(fā)，劉 亮，吳 瓊，耿 芳

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2.瓦軸集團(tuán)技術(shù)中心，遼寧 大連 116300；3.美敦力（上海）有限公司，上海 200000）

在材料學(xué)專業(yè)的研究生課程體系中相變?cè)硎且婚T重要的學(xué)位課。該課程主要研究在加工過(guò)程（尤其是熱處理）中，金屬及合金材料相變發(fā)生的條件、種類、速度、轉(zhuǎn)變機(jī)制及轉(zhuǎn)變后組織產(chǎn)物。該門課程為材料熱處理、鑄造和焊接工藝選取技術(shù)參數(shù)、控制產(chǎn)品質(zhì)量以及設(shè)計(jì)新材料、開展新工藝提供理論基礎(chǔ)，與研究生今后從事材料專業(yè)的科學(xué)研究和工程實(shí)踐密切相關(guān)。

相變?cè)碜鳛椴牧项愌芯可闹饕獙I(yè)基礎(chǔ)課之一，目前查閱的文獻(xiàn)對(duì)其教改報(bào)道較少。相關(guān)領(lǐng)域中，景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院楊志勝等對(duì)研究生課程結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)改革進(jìn)行了研究；中國(guó)計(jì)量學(xué)院江莉等對(duì)研究生課程材料化學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行了探索；河南科技大學(xué)李新利等對(duì)研究生課程材料物理的教學(xué)內(nèi)容、方法和手段進(jìn)行初步改革探索。針對(duì)研究生課程相變?cè)碇姓n程思政亟待加強(qiáng)、教學(xué)方法手段單一、教學(xué)和科研結(jié)合不夠緊密、校企融合深度不足、教學(xué)內(nèi)容陳舊等突出問(wèn)題，滿足適應(yīng)新時(shí)代高等教育發(fā)展，提高研究生使命感、責(zé)任感、創(chuàng)新及實(shí)踐能力的需要，對(duì)研究生相變?cè)碚n程進(jìn)行教學(xué)改革，通過(guò)“四融合”即思政教育與專業(yè)教育相融合、線上與線下教學(xué)相融合、科研與教學(xué)相融合、學(xué)校與企業(yè)相融合，有助于提升研究生的使命感、責(zé)任感、創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

一、課程現(xiàn)狀

作者結(jié)合多年相變?cè)硌芯可n程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該課程主要存在以下問(wèn)題。

（一）重理論教學(xué)，輕課程思政

在研究生的課程教學(xué)中，長(zhǎng)期以來(lái)，僅僅關(guān)注相變理論相關(guān)知識(shí)的傳授，對(duì)課程思政重視程度不足，雖然在教學(xué)中也會(huì)提及思政方面內(nèi)容，但課程思政系統(tǒng)性不足，同時(shí)教師本身的思政教學(xué)能力也有待提升。長(zhǎng)此以往學(xué)生只能單純掌握專業(yè)知識(shí)，沒(méi)有培養(yǎng)愛(ài)國(guó)精神、強(qiáng)國(guó)責(zé)任感，進(jìn)而無(wú)法樹立長(zhǎng)久、堅(jiān)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)和奮斗目標(biāo)。

（二）教學(xué)方式、手段傳統(tǒng)單一，線下多、線上少

在教學(xué)方法上，仍然以教師講授模式為主，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)。教學(xué)手段上仍然以黑板+粉筆或PPT 等傳統(tǒng)教學(xué)手段為主，開放式教學(xué)、線上線下混合教學(xué)等教學(xué)手段應(yīng)用較少，上述問(wèn)題將影響研究生的自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐與創(chuàng)新能力的提高。

（三）科研與教學(xué)融合不緊密

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相變?cè)矸矫嬷R(shí)的增長(zhǎng)與更新越來(lái)越快，相關(guān)科研項(xiàng)目研究的進(jìn)展也日新月異，但是，目前普遍存在的問(wèn)題是教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重滯后于當(dāng)今相變?cè)眍I(lǐng)域的實(shí)際發(fā)展水平。這對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，提高材料類研究生科研實(shí)踐能力是十分不利的。

（四）校企融合有待深入

當(dāng)前材料類研究生的培養(yǎng)由于種種原因，培養(yǎng)過(guò)程中大多數(shù)時(shí)間研究生都在校內(nèi)完成，所做的課題“紙上談兵”多，“真刀真槍”少，產(chǎn)教融合嚴(yán)重不足，將影響研究生的創(chuàng)新和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

針對(duì)以上問(wèn)題，我們通過(guò)加強(qiáng)“四融合”進(jìn)行相變?cè)碚n程的教學(xué)改革。

二、改革措施

（一）加強(qiáng)課程思政，培根鑄魂

授課老師向研究生傳授專業(yè)理論知識(shí)時(shí)，積極挖掘課程思政元素，將抽象的理論知識(shí)與課程思政相輔相成，注重思想政治教育融入教學(xué)的探索，充分發(fā)揮專業(yè)課程立德樹人功能。例如：在講授奧氏體相變時(shí)，介紹肖紀(jì)美院士在不銹鋼方面研究的成就案例。肖院士主要從事金屬材料的基礎(chǔ)理論研究，1957 年沖破美國(guó)政府的重重阻撓，回國(guó)支撐祖國(guó)科技建設(shè)，對(duì)中國(guó)鉻錳氮系不銹鋼的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

在介紹常用相變研究方法時(shí)，介紹了余瑞璜院士，余瑞璜是著名X-光晶體學(xué)家，他1937 年受聘于英國(guó)皇家研究所，具有非常好的個(gè)人發(fā)展前景。但是，國(guó)難當(dāng)頭時(shí)，他毅然回國(guó)，參與清華大學(xué)金屬研究所建設(shè)。回國(guó)后，研制出中國(guó)第一臺(tái)蓋革計(jì)數(shù)器。1942 年創(chuàng)立X 射線晶體結(jié)構(gòu)分析新綜合法，被譽(yù)為國(guó)際上第一流晶體學(xué)家。兩位老院士這種犧牲個(gè)人利益，為祖國(guó)無(wú)私奉獻(xiàn)的精神值得我們認(rèn)真學(xué)習(xí)。

我們不但要教導(dǎo)研究生學(xué)習(xí)更要幫助他們樹立正確的價(jià)值觀念，把愛(ài)國(guó)情結(jié)、民族情節(jié)、科學(xué)思維方法和創(chuàng)新精神等貫穿滲透到專業(yè)課教學(xué)中，培養(yǎng)研究生愛(ài)國(guó)精神、強(qiáng)國(guó)責(zé)任感，明白為什么學(xué)習(xí)，進(jìn)而樹立為強(qiáng)國(guó)而努力學(xué)習(xí)的奮斗目標(biāo)。

（二）提升課程信息化水平，構(gòu)建線上線下混合教學(xué)模式

目前研究生授課信息化手段改革主要集中在多媒體課件的使用，其實(shí)除了多媒體課件教學(xué)資源的使用，我們還積極開展線上教學(xué)模式，大力推進(jìn)相變?cè)碚n程MOOC 平臺(tái)資源建設(shè)，豐富線上教學(xué)資源如：參考教材、相關(guān)資料鏈接推送、各個(gè)教學(xué)章節(jié)的學(xué)習(xí)指南，教學(xué)內(nèi)容PPT，重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容速課視頻等。在實(shí)際授課時(shí)，材料類研究生課前先利用上述線上教學(xué)資源進(jìn)行預(yù)習(xí)，并進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。由于學(xué)生課前會(huì)通過(guò)MOOC 平臺(tái)的資源進(jìn)行預(yù)習(xí)，在授課過(guò)程中教師先提問(wèn)同學(xué)，由同學(xué)進(jìn)行回答，如果同學(xué)回答不正確，可以由其他同學(xué)對(duì)其質(zhì)疑或者進(jìn)一步回答。當(dāng)遇到重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，教師再有針對(duì)性講解，教學(xué)模式如圖1 所示。教師的作用在于引導(dǎo)和總結(jié)。通過(guò)教師質(zhì)疑、點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，可以對(duì)自己所忽視或者未理解，的問(wèn)題進(jìn)行突破學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)的質(zhì)量。此外，在課堂上還可以通過(guò)MOOC 平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試、討論、作業(yè)發(fā)放。課程考核的成績(jī)中將學(xué)生在線上學(xué)習(xí)的情況作為學(xué)生總評(píng)成績(jī)的一部分，進(jìn)而構(gòu)建線上線下混合教學(xué)模式。

圖1 “5-3-2”教學(xué)模式示意圖

此外，還要發(fā)布一些具有挑戰(zhàn)性的小組任務(wù)，例如：發(fā)布小組任務(wù)“介紹具有馬氏體相變的材料，并說(shuō)明具體的相變過(guò)程及相變機(jī)理”。小組成員可以預(yù)先查找資料，分工合作進(jìn)行，最終成果以PPT 的形式進(jìn)行展示，每一小組由一名同學(xué)在課上進(jìn)行講解，這種方法既提高了學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力，又提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和解決問(wèn)題的能力。

最后，為了保證學(xué)生真的能學(xué)會(huì)，能輸出，鼓勵(lì)學(xué)生在每章授課結(jié)束后，獨(dú)自進(jìn)行重點(diǎn)內(nèi)容的提煉和歸納總結(jié)，并制作思維導(dǎo)圖。如圖2 所示。

圖2 第3 章知識(shí)點(diǎn)思維導(dǎo)圖

（三）精選科研案例，探索科教融合的研究型教學(xué)培養(yǎng)模式

為了開闊研究生的視野，跳出課本知識(shí)的局限，我們從這20 多年在材料研究領(lǐng)域所做的與相變相關(guān)科研工作中精選出了8 個(gè)左右科研案例，融合到相變?cè)碚n程教學(xué)中。

例如：在講鋼鐵材料包晶轉(zhuǎn)變內(nèi)容時(shí)，我們將常國(guó)威課題組的“高溫原位觀察δ→γ 相變過(guò)程”的研究引入課堂教學(xué)中。從常老師提出鋼鐵材料δ→γ 相變的研究背景入手，講解科學(xué)問(wèn)題的提出過(guò)程，然后通過(guò)觀看視頻、觀察電鏡照片與論文等深入學(xué)習(xí)δ→γ 相變時(shí)晶粒的生長(zhǎng)速度、晶粒長(zhǎng)大影響規(guī)律及相變機(jī)理等。在講授無(wú)機(jī)材料相變時(shí)，我們引入了“ZrO增韌HA 生物醫(yī)用陶瓷”這個(gè)科研課題。HA 陶瓷是一種良好的生物醫(yī)用陶瓷材料，但是其質(zhì)地硬脆，限制其在生物醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用，在其中加入納米ZrO顆粒，通過(guò)的ZrO顆粒四方相和單斜相之間相變引發(fā)的微裂紋來(lái)降低外來(lái)導(dǎo)致的應(yīng)力集中，進(jìn)而提高HA 基體的韌性。

在介紹新型功能材料相變時(shí)，引入“生物醫(yī)用多孔NiTi 形狀記憶合金的制備及性能研究”這個(gè)項(xiàng)目，同學(xué)們通過(guò)學(xué)習(xí)可以知道Ni 和Ti 元素在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中可以形成TiNi、TiNi、TiNi、殘Ti 和殘Ni 相，通過(guò)調(diào)整Ti 和Ni 元素的含量、燒結(jié)溫度、壓制壓力和保溫時(shí)間可以調(diào)整各個(gè)相的含量和組成，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)和分析可以知道具有形狀記憶效應(yīng)的TiNi 相在什么條件和溫度下發(fā)生形狀B2 相和B19'相的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而對(duì)所學(xué)習(xí)馬氏體相變的知識(shí)進(jìn)行深入的理解和較為明確的應(yīng)用。

通過(guò)案例學(xué)習(xí)，學(xué)生上課的注意力更集中，學(xué)習(xí)興趣更濃厚，對(duì)相變?cè)淼闹R(shí)掌握更好。此外，我們還有TiNi 合金的相變、Al-Si 合金相變等多個(gè)案例融入課堂教學(xué)。

課堂上的講授，使學(xué)生不僅更深入地學(xué)習(xí)了固態(tài)相變理論和專業(yè)知識(shí)，還讓學(xué)生盡可能接觸更多方面的科學(xué)前沿。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)對(duì)科研案例的講解，讓學(xué)生更好地掌握發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—分析問(wèn)題—解決問(wèn)題的思維方式。培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力和科學(xué)精神。為學(xué)生將來(lái)開展各自的科研工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

（四）匯聚企業(yè)資源，校企聯(lián)合建設(shè)課程，助力形成“校企融合”人才培養(yǎng)模式

匯聚材料類企業(yè)等各方資源，校企聯(lián)合建設(shè)固態(tài)相變課程，為材料類專業(yè)研究生“校企融合”人才培養(yǎng)提供有力支撐。在相變?cè)碚n程中引入材料類行業(yè)企業(yè)資源，推進(jìn)“引企入教”，促進(jìn)課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展銜接、人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求融合，加大研究生基地建設(shè)，將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際項(xiàng)目相接軌。例如：某企業(yè)焊接工件常出現(xiàn)凝固裂紋，學(xué)生通過(guò)實(shí)際焊接過(guò)程觀察，結(jié)合相變?cè)砘局R(shí)，可以解釋在凝固過(guò)程中隨著液相減少，固相增多，當(dāng)固相含量大于液相含量時(shí)，固-液之間出現(xiàn)液態(tài)薄膜，在拉應(yīng)力作用液態(tài)薄膜破裂，形成焊接裂紋。

還有某熱處理廠生產(chǎn)產(chǎn)品性能不達(dá)標(biāo)，學(xué)生通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能測(cè)試，以及XRD 物相分析和SEM 顯微組織觀察，確定室溫下組織產(chǎn)物不達(dá)標(biāo)，通過(guò)調(diào)整熱處理工藝，改變其固態(tài)相變過(guò)程，進(jìn)而獲得不同的組成物來(lái)提高工件的力學(xué)性能。

總之，通過(guò)企業(yè)實(shí)踐，同學(xué)們將理論知識(shí)與實(shí)際企業(yè)案例融合，這使同學(xué)們能夠做到學(xué)以致用，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和成就感，形成了良性循環(huán)。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述改革措施的實(shí)施，我們對(duì)固態(tài)相變課程進(jìn)行了“四融合”即思政教育與專業(yè)教育相融合、線上與線下教學(xué)相融合、科研與教學(xué)相融合、學(xué)校與企業(yè)相融合。通過(guò)對(duì)課堂教學(xué)的改革，完成了思政教育與專業(yè)知識(shí)的融合，課本內(nèi)容與科技前沿、企業(yè)實(shí)踐的融合，探索一種新的科、教、企融合的研究型教學(xué)培養(yǎng)模式。通過(guò)固態(tài)相變課程改革后，提升了材料類研究生的使命感責(zé)任感、創(chuàng)新及實(shí)踐能力，為高水平應(yīng)用型研究生的培養(yǎng)和學(xué)校核心競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)提供保障，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。