以热处理创新创业大赛促进材料学科实验教学改革

郭顺　罗锐　袁志钟　程晓农

摘 要：文章對当代材料科学理论和实验教学进行了简单的剖析，明确了热处理创新创业大赛对学生实践创新能力的培养作用。通过对学生的专业知识储备、实践操作能力进行测试，找出其中的问题，并以大赛为契机，优化教学策略、加强实验教学，促进和深化材料学科实验教学改革，培养出适应社会需求的热处理高级工程技术人才。

关键词：热处理创新创业大赛;教学策略;实验教学;校企合作

中图分类号：G642;G642.423

文章编号：2095-624X（2019）24-0122-02

材料科学与工程学科是一个将理学与工学相结合，涉及自然科学、应用科学和工程科学研究的新兴学科。改革开放以前，国内大学中并没有严格区分的材料科学与工程学科。随着科学技术的发展，该学科以数理化等自然科学为基础，服务和支撑于工程学科、交叉多学科而独立，其专业方向包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等几个材料领域的科学与工程。

江苏大学是江苏省高校中最早设立金属材料及热处理专业的学校。1998年教育部颁布新专业目录，金属材料及热处理专业遂更名为“金属材料工程”专业。热处理是我国制造业的重要研究领域，赵振业院士曾指出，热处理是一类国家级的核心技术、关键技术和共性基础技术。专业教学注重专业人才教育，培养热处理高级工程技术人才;强调职业技术专业化，致力热处理一线的专业技术教育。

一、现状与问题

我们严格按照教学计划，努力培育出符合社会主义市场经济发展的，能在各类材料热处理加工、材料改性等领域从事科研与教学、技术开发、工艺设计及经营管理等工作的科学研究与工程技术人才[1]。积极响应《中国制造2025》中“人才强国”号召，建设具有优良素质和合理结构的金属材料工程专业人才队伍刻不容缓。

然而，教育环节中仍存在不少问题，这导致了实际教学成效不彰。一方面，学科知识的融合与交叉欠缺、创新教育不足，学生不能很好地理解和掌握授课内容。另一方面，由于实践教育和工程设计环节缺失，教育重论文、轻设计、缺实践，使得学生难以将在书面上所学到的热处理知识运用到具体操作、工艺设计等实践工作中，工程意识和实践能力不足，无法满足社会对具备科学创新意识和能力的制造技术人才的需求，行业的国际竞争力削弱。为此，我们借助中国大学生热处理创新创业大赛，甄选具有工程应用背景的校企合作项目有意识地指导本专业的学生参赛，做到“学以致用”，不断提升本专业学生的创新精神和实践能力，培养出热处理卓越人才，冲破新材料与高端设备关键件的核心处理技术垄断，不断夯实国家新兴产业基石。

二、借助比赛促进实验教学改革

为培养出适应社会需求的热处理高级工程技术人才，中国大学生热处理创新创业大赛本着“厚基础、强融合、重突破”的指导思想，向全国高校材料类、机械类及相关专业在校学生征集参赛作品。通过预选赛获得参赛资格，以答辩赛、热处理技术综合知识应用两个阶段的竞争角逐评奖，这不仅可以展示学生个人及其热处理理论和应用水平，作为全国材料学科的高层论坛，热处理行业协会评审团也可以从中发现和推荐材料热处理卓越人才。因此，若将大赛与实验教学改革相结合，则能够更好地发挥实验教学对理论教学与实践能力培养的作用，以赛促改，以赛促学，创新人才培养方案，探索出培养具有创新精神和实践能力人才的有效途径。

1.优化热处理基础理论教学策略

江苏大学金属材料工程专业主修课程有“物理化学”“金属学原理”“金属材料组织控制原理”“金属材料强韧化”“材料物理性能”“现代分析测试技术”“现代表面技术”“金属材料学”“材料力学性能”“材料设计基础”等。尽管这些课程能使学生的专业知识储备、实践操作能力得到有效提升，但由于课程本身具有较强的理论性，内容抽象，导致个别学生对专业知识的学习兴趣不足，甚至有时候会产生畏难情绪。

例如，“金属材料组织控制原理”课程的教学。我们知道，组织控制原理是材料进行热处理工艺设计的最基本原理，课程主要讲述了钢的组织演化规律，描述了如何通过控制热处理工艺参数来控制钢的最终组织。学生可以通过学习该课程的TTT曲线确定钢的热处理工艺参数，进而设计完整的热处理工艺流程。但书中过多而又抽象的知识点也增加了机械知识、技能基础不足的学生在课堂学习时的难度。为了帮助学生真正掌握课程内容，我们通过创设现场教学，激发学生的学习兴趣;利用线上与线下教学相结合，帮助学生深入理解;借助启发式教学，引发学生自主思考。我们运用多种教学策略，最大化激发学生学习动机和兴趣，让学生能够积极、主动地参与到课堂学习中，帮助学生深入、全面了解热处理基础理论课程，巩固参赛的知识理论基础。

2.加强实验教学，开展校企合作

江苏大学金属材料工程专业的人才培养方案密切联系生产实际。对校内无法完成的个别大实验，我们也积极联系本地科研院，最大限度满足学生的实验条件需求。通过带领学生参观实验室，丰富学生的见识。如在“材料力学性能”课程的知识讲解完成后，我们增设了相关的力学实验，通过指导学生回顾知识原理完成预习，带领学生走进实验室参观材料的冲击、压缩、拉伸实验及硬度等力学指标测试。为了加深实验操作印象，我们要求学生书写实验报告重述实验流程。在这一系列的过程中，学生能够通过观察以验证课本中的知识，提升学习兴趣，进一步掌握基础知识。此外，我们还与企业构建了校企合作的教学模式，带领学生前往企业参观生产车间，对企业运行模式、金属材料热处理的发展趋势进行了解，结合综合实验教学及时与学生沟通交流，进行疑难解惑，使学生的热处理操作更加规范化，让学生进一步掌握热处理工艺技术，最后通过参加热处理创新创业大赛强化学生对热处理地位和作用的认知。

我们根据实践状况，研究了理论知识与学科竞赛及人才培养之间的关系，融合了学科竞赛与实践教学开创新模式。我们尊重学生的主体地位，通过发挥教师的引领作用甄选具有工程应用背景的校企合作项目带领学生参赛，在热处理创新创业大赛中发现学生存在的问题，并引导和帮助学生分析、解决问题，提高创新精神和实践能力。竞争式的参赛模式不仅激发了学生对热处理基础理论学习与实践的热情，同时也提升了学生对热处理地位和作用的认识，推动了热处理技术的创新及热处理行业的进步，使得新材料与高端装备制造业得以发展，进而实现国家的战略转变[2]。

参考文献：

[1]陈炜晔，张树玲，蒋亮，等.学科竞赛与材料科学基础实验教学改革[J].教育教学论坛，2017（28）.

[2]张昂，杨小玲.大学生竞赛与自主创新开放实验平台建设[J].实验科学与技术，2016（2）.

基金项目：江苏高校品牌专业建设工程资助项目（金属材料工程专业，PPZY2015B127）;江苏省教改课题“以工程教育专业认证为基础的金属材料工程品牌专业建设研究与实践”（2017JSJG160）;江苏大学教改课题“以工程教育专业认证为基础的金属材料工程品牌专业建设研究与实践”（2017JGZZ001）。

作者简介：郭顺（1984—），男，山东威海人，副教授，博士，研究方向：金属材料。

通信作者：程晓农（1958—），男，江苏苏州人，教授，博士，博士生导师，研究方向：高端金属结构材料。