材料表面工程課程教學改革探索與實踐

蔡會生，郭鋒，白樸存，蘇娟，劉亮

（內蒙古工業大學材料科學與工程學院，內蒙古呼和浩特 010051）

材料表面工程是金屬材料、材料物理等專業的重要核心課程，本課程主要講述材料表面工程和技術，是一門理論性、實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和工藝，課程內容抽象乏味，章節之間關聯度較小，學生很難將課程內容融會貫通，教師教學充滿了挑戰[3-5]。本課程需要學生充分掌握前期學習的材料學基本知識，并通過本課程的學習，實現從掌握理論知識到對理論知識進行實際工程應用的轉變[6-8]。由于課程內容分散且抽象，需要增加實踐課程，輔助學生理解消化所學內容，但是受限于課時和院校實際情況，實踐教學實施難度較大且所占比例較少。為此本文開展了一系列教學改革與探索，將工程應用案例融入課程教學中，幫助學生掌握消化所學內容；結合院校實際開展針對性的實踐課程輔助教學，使學生更好地理解掌握相關技術和方法；引入材料表面技術發展的學科前沿動態，向學生介紹材料表面技術的發展現狀和前景，拓寬學生的知識儲備，培養學生的學術積極性。

1 教學改革與探索

1.1 實際工程應用案例引入課堂教學

材料表面工程課程大部分章節的內容是材料表面處理技術，單純按照課本內容講授單調枯澀，學生難以準確了解和掌握各種表面處理技術的目的、流程、應用范圍和注意事項等內容。為此在開始講授新內容之前，讓學生觀看具體表面處理技術的完整實施過程，使學生首先在直觀感受上了解材料表面處理技術，并向學生提出相關問題，讓學生帶著問題學習本部分內容，這樣能幫助學生更好地學習和掌握課程內容[9]。在課堂上讓學生了解所學表面處理技術的重點、難點，彌補難以進行實踐課程讓學生親自動手操作的不足。這種教學方法取得了較好的教學效果，能夠將枯燥的講授演變為視頻教學的形式，使學生更有興趣去學習而且更容易調動學生的積極性，學生學習效果明顯提升。

通過一個學期的課程實踐，總結出將下述內容融入教學過程中，可以起到事半功倍的效果。例如，在講授表面化學熱處理時，給學生觀看包括毛坯、鍛造、機加工、滲碳、熱處理等全流程工藝制備工藝品的視頻，既可以讓學生了解本次課程的滲碳工藝目的、實施過程，也可以讓學生了解完備的工藝流程，同時復習了前期所學知識；在講述熱浸鍍內容時，通過讓學生觀看日常生活中常見的鍍鋅鋼管的制備工藝，既讓學生了解了鍍鋅鋼管，也讓學生直觀認識到了熱浸鍍的完整工藝流程和特點；再比如，在講授化學轉化膜時，通過觀看鋁合金陽極氧化的完整過程，可以有效地讓學生了解陽極氧化電解體系構造、著色以及封閉的全部實施過程，對學生掌握陽極氧化工藝有幫助作用，取得了較好的教學效果。通過這些教學探索，更容易吸引學生的注意力，充分調動了學生的學習熱情，教學效果也得到了較大提升。

1.2 思政元素融入教學內容

在教學過程中需要著重引導和幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，這樣培養出來的學生才能為國家的建設貢獻更大的力量[10]。為此，在教學中適時融入思政元素，對于培養優秀的應用型復合人才是至關重要的。基于此，開展了一些教學探索，在授課過程中根據教學內容融入思政教學。例如，在講授表面涂覆技術-熱噴涂時，從《打造中國航空發動機葉片“金鐘罩”》的視頻出發講解本節課的內容，既能夠讓學生了解熱噴涂技術，也能通過我國科技工作者經過不懈努力取得世界矚目成就的經歷幫助學生樹立民族自豪感，引起他們對熱噴涂技術的興趣，以便更好地學習本節課內容。蝕刻工藝也是材料表面工程課程的主要內容，其中光刻技術是制備芯片的重要手段，向學生介紹我國與世界光刻機制備領域強國的差距，以及我國科研工作者通過不斷的研發，逐漸縮短了與光刻領域世界強國之間的差距，激發學生對表面微細加工的興趣，幫助他們樹立為國家光刻領域快速發展趕超世界強國努力的志向。通過將思政元素融入教學內容，學生的學習熱情高漲，學習積極性也得到了提高，課堂教學效果得到了提升。

通過一系列思政教學探索和實踐，發現在課堂教學過程中根據教學內容適時增加國內科研工作者經過不懈努力，取得突破性原創科研成果的事跡，以及容易使學生激發強烈民族自豪感的思政內容，會強有力地調動學生的民族自信心。思政教學的引入，在提高教學質量的同時，也能夠幫助學生樹立科研探索精神和為國家科研事業貢獻力量的遠大志向。

1.3 結合院校實際開展實踐教學

材料表面工程課程由于教學內容主要以材料表面處理技術為主，實踐教學的重要性尤為凸顯，進行必要的實驗教學不僅可以豐富課堂內容，也有助于學生更好地理解相應的材料表面處理技術。因此在進行材料表面工程教學時，根據院校實際情況，增加實踐教學的課時是至關重要的。對于受實際情況限制無法開展的實地實踐教學內容，也可以通過觀看相關視頻的方式，讓學生更好地掌握相關表面處理技術[11-12]。

在教學過程中，根據學校和學院表面處理技術設備的實際情況，帶領學生分批次參觀并實際觀看相關表面處理技術的操作過程。例如，在講授物理氣相沉積技術時，帶領學生實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，讓學生近距離學習影響磁控濺射制備薄膜的溫度、時間、極間距、偏壓、氣體濃度等工藝參數，實地觀察輝光放電現象及通過磁控濺射技術制備的薄膜。在講授熱噴涂和熱浸鍍等表面處理技術時，給學生觀看實際生產過程的視頻。這種實踐課程和理論教學相結合的方式，有助于學生更好地掌握課本知識，使其能夠做到活學活用，培養學生解決問題的能力。

1.4 學術前沿動態充實課本內容

為了拓展課本知識，讓學生充分了解材料表面工程相關技術的研究現狀和發展動態，在教學過程每一章節，均針對相應內容，搜集整理最新的科研動態，向學生介紹材料表面技術研究動態及科學研究的思路方法[13-15]。學術前沿動態分享，不僅向學生介紹了最新的科研動態，而且也實現了對課本內容的延伸，讓學生充分了解課堂上所學的技術手段在科學研究領域的重要作用，以及對推動經濟社會發展所做出的巨大貢獻。這部分內容的開展，激發了學生的興趣，尤其是有志科研、繼續深造的學生，幫助他們提前了解科學研究過程。為了調動學生的積極性和課堂參與程度，除了課堂上教師介紹外，也布置學生查閱相關學科前沿發展信息，并在課堂上與大家分享，不僅鍛煉了學生查閱文獻的能力，也有助于提高學生提煉總結的能力。總之，在課堂上分享與課本內容相關的學術前沿動態，不僅能充分激發學生的興趣，而且也調動了學生的學習積極性，取得了較好的教學效果。

但是，科學研究具有發展速度快、不斷創新的特點。因此，在后期教學過程中，需要及時搜集查閱科學研究的最新動態，不斷更新教學內容，將最新、最先進的學術前沿動態介紹給學生，幫助學生更好地學習材料表面處理技術。與此同時，在教學過程中也需要為學生提供參與科學研究的機會，依據院校的科研情況和學生的興趣，提前讓學生參與表面科學與工程方面的科研項目，幫助學生更深入地了解材料表面技術的科研現狀和具體研究內容，從而可以更好地使學生掌握材料表面處理技術，達到寓教于學、寓學于趣的目的。

2 結語

材料表面工程課程是一門應用性較強的課程，通過引入實際工程應用案例、融入思政元素教學、開展實踐教學、增加學術前沿動態分享等教學改革與探索，取得了良好的教學效果。這些教學改革和探索，使學生在全面掌握課本知識的前提下，分析問題、解決問題的能力得到提升，有助于培養適應新工科建設的高素質應用型復合人才。