“新工科”背景下《金属材料及热处理》课程改革探索

汪志刚 齐亮 朱志云 杨斌 杨经富

摘 要：文章对《金属材料及热处理》课程的教学现状与未来发展方向进行了论述和探索。重点强调了传统教学过程中存在的工程化背景不强、学生“向学力”不够，教学模式创新不强等不足。基于“新工科”背景下，提出了创新型卓越人才培养体系，并探索实施自由团队实践教学模式与“互联网+”的情景教学模式的改革与创新。为“新工科”的建设与发展提供动力与新思路。

关键词：新工科；热处理；课程改革；教学创新

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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）是根据国家战略发展新需求、国际竞争新形式、立德树人新要求而提出的国家工程教育改革方向[1]。新工科的本质是“工科”，而“新”反映的是新时代的特色，换言之，“新工科”教育是适应社会发展需要的，是与当下我国重大发展战略，如“中国制造2025”、“互联网+”、“大学生创新创业”等相协调的[2]。

《金属材料及热处理》（以下简称《热处理》）课程是金属材料及其相关专业的必修课，传统的教学内容和教学方法已经强烈受到“新工科”发展理念的挑战与激励。近些年，尽管部分文献报道了关于《热处理》课程改革的相关教学设计和改革，涉及到课程内容和体系改革[3]，人才培养模式改革[4]，教学方法改革[5]等。基于“新工科”背景下的该课程的改革是一个全新的命题。本文将梳理材料成型及控制专业开设热处理课程后，在传统教学模式不足，以及课程教学方法上问题，结合“新工科”的发展内涵、方向和目标，提出在“新工科”背景下该门课程的改革发展方向。

在世界范围内的新材料不断涌现，造就了一批新的產业，像锂电、光伏、3D打印等，而与之配套后续深加工与精细化性能调控技术未完全及时跟上发展。更新和改造传统工科专业和课程体系势在必行。

一、现有课程体系及教学现状

《热处理》课程培养目标是通过本课程的学习，使学生了解和掌握金属材料的种类、组织与用途，金属热处理的基本理论、各种热处理工艺方法。在此基础上，要掌握典型材料的基本热处理工艺，会分析和诊断常见的热处理缺陷。在实际教学过程中，可以分为两部分：一是金属材料部分；另一部分是热处理原理与工艺部分。该课程的先修课程是《材料科学基础》，因此，热处理原理部分学生理解起来更容易，而金属材料和热处理工艺部分实践性更强，工程应用要求更高，学生往往不能充分掌握，自主设计工艺和分析缺陷的能力得不到锻炼和提高。综合原因，主要与课程体系的构建、教学内容的创新，尤其是与现在新时代工科大学生思维的相适应不够，除此之外，教学手段以及实践环节也存在诸多问题，具体可归类如下：

（一）课程体系面向产业化和工程化程度不够

进入21世纪以来，新一轮工业发展势头迅猛，以钢铁材料为主，传统的加工、制备和热处理技术出现了大量的改进和创新，例如超快速加热和冷却技术，低温变形技术，淬火-配分技术，以及新型材料的特殊热处理技术等。这也是“新工科”发展的需要。因此，工程教育也配合好当下的产业发展和工程化需要，传统的“四火一处理”课程体系结构已不能满足未来新型热处理的发展需要。尤其体现在综合性知识体系、交叉学科研讨部分，以及产业和技术最新发展为在教学内容中深入体现。未来要面向产业化和工程化深入改革课程体系和教学内容。

（二）学生“向学力”不强

作为一门工科方向必修课程，在低年级学生没有任何实践背景的前提下，学习兴趣不强，导致学生主动学习的动力和学习激情明显下降。教师在教授热处理知识时，多是照本宣科式，缺乏上课的自身感染力。尽管开设了几课时的实验课，然而学生实践效果不强，由于时间较短，学生知其然而不知所以然，也使得学生不愿意自主学习，自主思考，非常不利于工程化教育的实施。

（三）教学模式创新性不够

尽管现在的教学已由原来的课本板书教学转变为PPT教学，然而并没有从根本体现“新工科”教育的多角度、全方位的特征。首先，教学内容拘泥于课本，基本原理和工艺仍大多数停留在概念上，热处理案例库、相关工程实践应用视频库缺乏，使得课程不够生动；其次，还是以教师教，学生听为主，由于PPT的信息量更大，使得学生思维疲倦，部分学生逻辑较混乱，导致听课不认真，兴趣下降，没有把“教”的重心向“学”的重心转移；最后就是实践课程教学方式仍然较传统，学生自由发挥空间较少，课程实践太短，没有充分发挥实践课程的作用。

二、“新工科”背景下的改革方向

“新工科”背景下教学思路改革不同于传统教学，主要可以体现在以下三个方面：1. 要将创新创业意识融入课堂；2. 要将互联网与智能化思维融入课堂；3. 要体现课程的跨界整合能力的培养。要想实现以上几点，要从课程教学内容，教学方法以及人才培养模式上做全方位的改革。主要可以从以下几个方面进行探索。

（一）课程体系设计与改革

在新工科背景下，仍然是强调对应用型人才的培养，前些年，尽管随着“卓越”工程师计划的提出，对工程应用型课程提出了新的要求，然而，在课程体系改革上并未作出相应的改革和调整，只是强调课本知识内容应用于实践，体现 “卓越工程师”的培养目标。创新型卓越人才培养是“新工科”教育目标之一，因此，新时代下《热处理》课程改革内容要体现继承与创新、交叉与融合的发展路径。例如近些年发展起来的新型热处理技术，包括复合形变热处理，淬火-配分热处理技术、新型板材连续热处理技术等。除此之外，课程内容不能拘泥于传统知识授课点，要围绕当地行业的发展需求，适当优化课程内容布局，例如，江西理工大学属于在有色金属行业具有典型发展优势和空间的高校，而传统热处理课程几乎是偏重于黑色金属，较少涉及到有色金属的热处理，这样非常不利于应用型人才的培养，同时不能体现“新工科”的交叉与融合的特点。

（二）实践教学模式的改革

实践教学无疑是“新工科”背景下《热处理》课程改革的重点，而目前，实践教学思路较为成就，课程内容不到理论课程的1/3，同时，实践课程内容设计死板，学生的自主性不强、兴趣不高。实践课结束，实验报告质量较差，难以达到提高实践能力的效果。“新工科”背景下可以尝试，自主实践课堂，自由分组，以团队式完成实验项目的选题、实验方案的制定。利用现有本科教学以及科研平台完成实验项目，总结实验报告。教师组织学生自己完成实验项目的答辩、报告的审阅以及进一步改善计划提交。这种团队式、研究式实践教学将非常有利于学生培养学习激情，提高创新能力，真正做到实践与理论的结合。

（三）课堂情景模式的改革

课堂情景模式是上好一门课的基础，随着国家对大类招生计划的要求，核心必修课合并，部分专业性较强的课程开始由必修变选修，学生的兴趣和双向选择成为主导课程设计的关键[6]。在“新工科”背景下，如何体现《热处理》的通识教育，进一步提高学生的学习兴趣和激情值得探讨。近些年，随着“互联网+”思维的涌现，诸如“翻转课堂”[7]，“互动课堂”[8]，“慕课”[9]等新型的教学手段和利用其它互联网思维改善课堂情景模式的技术变革在诸多高校中推广和实施。然而，目前“互联网+”思想主要应用于文科类课程，其实施效果也很显著，而对于工科类课程并未有广泛报道。 事实上，工科类课程开展“翻转课堂”的效果可能跟显著，归因于课程内容基础理论讲解难度大，学生注意力更容易分散，通过“APP”、“微信公众号”和“QQ群”等模式，往往能充分调动学生的积极性，提升课堂的氛围和教师自身的感染力。前提是授课老师的备考需要更充分，知识点逻辑要更清晰，能及时在课堂上和课堂外进行及时更新，同时要充分利用网络平台进行点名、课程任务安排，趣味知识抢答等互动交流。

关于课堂情景模式的改革还要体现在“大数据”上，传统板书教学以及PPT教学要适应大数据时代的发展。对于《热处理》课程，应搭建教学视频库，包括热处理工艺现场部分和理论模式动画演示部分；应搭建实践型虚拟仿真平台，传统工艺可以在网络进行工艺设计和性能预报，让学生更能自主发挥；应结合学校的发展平台，设立大型设备和实践基地的科普演示开放日，让本科教学更早融入到实践和研究环节中。

“新工科”下的《热处理》课堂情景模式应更多的结合“互联网+”和“大数据”的发展成果，实现相关课程的多角度整合与融通，充分体现创新、自主的人才培养目标。

（四）丰富“第二课堂”

“第二课堂”是“新工科”教育体系的有力抓手，传统教学的实践环节主要是在课程内实验完成，而像“认识实习”和“毕业实习”等工程实训类项目往往开设时间较晚，导致学生对热处理知识的学习和应用不够连贯，因此会很难达到学以致用的目的。小组工程实训是新形势下“第二课堂”的实践模式创新。对于二年级学生，基本已修完《材料科学基础》与《热处理》等专业基础课程，对于材料基本理论以及基本加工工艺已有所了解。通过在授课班级选拔3-4个小组，每组3-5人利用暑假时间到企业进行工程实训，结束后以口头和书面报告的形势完成实训任务总结。学院要大力构建校-校，校-企联合培养计划，依托学校高层和政府建立材料產业联盟，确保工程实训能顺利进行，同时，还可为企业培养和输送人才做准备。除此之外，“第二课堂”的另一种形式就是参加各类学科竞赛，像“挑战杯”，金相大赛，“永冠杯”铸造大赛等，充分利用竞赛平台，检验所学技能，同时提升自己综合竞争能力。

除此之外，要利用“第二课堂”加强学生的个性化培养，学生可以自主选择和设计自己实践环节和内容，在学校政策保障前提下，按时、按质完成相关课程任务。个性化培养是当前大学生创新创业能力提高的主要路径，也是“新工科”对跨界整合能力的内在要求。通过第二课堂的引入，加强对新时代下工程教育对象学习和思维习惯的响应。

综上所述，新工科是相对于传统工科而言，是以新的经济发展，新的产业更新为背景，是一个动态的概念。《热处理》课程作为典型的工科类课程，改革和创新对于推动新时代下的工程教育发展，培养创新型卓越工程师是非常有意义和有必要的。江西理工大学是一地方典型工科为主高校，近些年，学校聚焦行业需求，加强产学研合作的同时，大力通过搭建知识转化平台、加强政策引导，积极促进科技成果转化，目前，各项成果转化324项，位居省内高校前列。在产业化态势发展如此迅猛，服务于地方企业的效果极其显著的前提下，人才培养显得尤为重要。“新工科”背景下的《热处理》课程改革和探索，离不开学校和学院教学政策的支持和条件保障，尤其体现在学生或教师评价机制和考核体系上，只有大家齐心协力，借助于“新工科” 理念发展的契机，大力实行教学改革，才能确保工程化教育的可持续发展。

参考文献：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017，3：1-6.

[2]陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究，2017，3：20-26.

[3]艾云龙，华小珍.《金属材料及热处理》课程教学改革初探[J].南昌航空工业学院学报，2002，4（4）：141-143.

[4]马垒，何木芬，李林.金属材料及热处理课程的特色教学模式研究[J].学科探究，2017.

[5]曾燕屏，刘国权，王浩，等.金属材料及热处理研究型实验教学模式构建与实施[J].中国冶金教育，2014，1：45-50.

[6]李晨，何延岩.大类招生模式下学生专业选择的行为分析[J].高教探索，2015（1）：106-110.

[7]缪静敏，汪琼.高校翻转课堂：现状、成效与挑战-基于实践一线教师的调查[J].开放教育研究，2015，21（5）：74-82.

[8]孟祥林.师生分层以生为本：互动课堂的问题与对策[J].中国高等教育评估，2010，1：54-59.

[9]李艳，张慕华.高校学生慕课和翻转课堂体验实证研究[J].实践研究，2015，5（137）：73-93.