基于“四融合”的研究生相变原理课程教学改革探索与实践

李 强，商 剑，于景媛，伍复发，刘 亮，吴 琼，耿 芳

（1.辽宁工业大学 材料科学与工程学院，辽宁 锦州 121001；2.瓦轴集团技术中心，辽宁 大连 116300；3.美敦力（上海）有限公司，上海 200000）

在材料学专业的研究生课程体系中相变原理是一门重要的学位课。该课程主要研究在加工过程（尤其是热处理）中，金属及合金材料相变发生的条件、种类、速度、转变机制及转变后组织产物。该门课程为材料热处理、铸造和焊接工艺选取技术参数、控制产品质量以及设计新材料、开展新工艺提供理论基础，与研究生今后从事材料专业的科学研究和工程实践密切相关。

相变原理作为材料类研究生的主要专业基础课之一，目前查阅的文献对其教改报道较少。相关领域中，景德镇陶瓷学院杨志胜等对研究生课程结构化学的教学改革进行了研究；中国计量学院江莉等对研究生课程材料化学教学方法进行了探索；河南科技大学李新利等对研究生课程材料物理的教学内容、方法和手段进行初步改革探索。针对研究生课程相变原理中课程思政亟待加强、教学方法手段单一、教学和科研结合不够紧密、校企融合深度不足、教学内容陈旧等突出问题，满足适应新时代高等教育发展，提高研究生使命感、责任感、创新及实践能力的需要，对研究生相变原理课程进行教学改革，通过“四融合”即思政教育与专业教育相融合、线上与线下教学相融合、科研与教学相融合、学校与企业相融合，有助于提升研究生的使命感、责任感、创新和实践能力。

一、课程现状

作者结合多年相变原理研究生课程的教学经验，发现该课程主要存在以下问题。

（一）重理论教学，轻课程思政

在研究生的课程教学中，长期以来，仅仅关注相变理论相关知识的传授，对课程思政重视程度不足，虽然在教学中也会提及思政方面内容，但课程思政系统性不足，同时教师本身的思政教学能力也有待提升。长此以往学生只能单纯掌握专业知识，没有培养爱国精神、强国责任感，进而无法树立长久、坚定的学习目标和奋斗目标。

（二）教学方式、手段传统单一，线下多、线上少

在教学方法上，仍然以教师讲授模式为主，学生被动学习。教学手段上仍然以黑板+粉笔或PPT 等传统教学手段为主，开放式教学、线上线下混合教学等教学手段应用较少，上述问题将影响研究生的自主学习、实践与创新能力的提高。

（三）科研与教学融合不紧密

随着科学技术的不断发展，相变原理方面知识的增长与更新越来越快，相关科研项目研究的进展也日新月异，但是，目前普遍存在的问题是教学内容严重滞后于当今相变原理领域的实际发展水平。这对培养创新型人才，提高材料类研究生科研实践能力是十分不利的。

（四）校企融合有待深入

当前材料类研究生的培养由于种种原因，培养过程中大多数时间研究生都在校内完成，所做的课题“纸上谈兵”多，“真刀真枪”少，产教融合严重不足，将影响研究生的创新和工程实践能力的培养。

针对以上问题，我们通过加强“四融合”进行相变原理课程的教学改革。

二、改革措施

（一）加强课程思政，培根铸魂

授课老师向研究生传授专业理论知识时，积极挖掘课程思政元素，将抽象的理论知识与课程思政相辅相成，注重思想政治教育融入教学的探索，充分发挥专业课程立德树人功能。例如：在讲授奥氏体相变时，介绍肖纪美院士在不锈钢方面研究的成就案例。肖院士主要从事金属材料的基础理论研究，1957 年冲破美国政府的重重阻挠，回国支撑祖国科技建设，对中国铬锰氮系不锈钢的发展作出了重要贡献。

在介绍常用相变研究方法时，介绍了余瑞璜院士，余瑞璜是著名X-光晶体学家，他1937 年受聘于英国皇家研究所，具有非常好的个人发展前景。但是，国难当头时，他毅然回国，参与清华大学金属研究所建设。回国后，研制出中国第一台盖革计数器。1942 年创立X 射线晶体结构分析新综合法，被誉为国际上第一流晶体学家。两位老院士这种牺牲个人利益，为祖国无私奉献的精神值得我们认真学习。

我们不但要教导研究生学习更要帮助他们树立正确的价值观念，把爱国情结、民族情节、科学思维方法和创新精神等贯穿渗透到专业课教学中，培养研究生爱国精神、强国责任感，明白为什么学习，进而树立为强国而努力学习的奋斗目标。

（二）提升课程信息化水平，构建线上线下混合教学模式

目前研究生授课信息化手段改革主要集中在多媒体课件的使用，其实除了多媒体课件教学资源的使用，我们还积极开展线上教学模式，大力推进相变原理课程MOOC 平台资源建设，丰富线上教学资源如：参考教材、相关资料链接推送、各个教学章节的学习指南，教学内容PPT，重点难点内容速课视频等。在实际授课时，材料类研究生课前先利用上述线上教学资源进行预习，并进行相应的测试。由于学生课前会通过MOOC 平台的资源进行预习，在授课过程中教师先提问同学，由同学进行回答，如果同学回答不正确，可以由其他同学对其质疑或者进一步回答。当遇到重点难点问题，教师再有针对性讲解，教学模式如图1 所示。教师的作用在于引导和总结。通过教师质疑、点评和总结，可以对自己所忽视或者未理解，的问题进行突破学习，提高了学习的质量。此外，在课堂上还可以通过MOOC 平台进行测试、讨论、作业发放。课程考核的成绩中将学生在线上学习的情况作为学生总评成绩的一部分，进而构建线上线下混合教学模式。

图1 “5-3-2”教学模式示意图

此外，还要发布一些具有挑战性的小组任务，例如：发布小组任务“介绍具有马氏体相变的材料，并说明具体的相变过程及相变机理”。小组成员可以预先查找资料，分工合作进行，最终成果以PPT 的形式进行展示，每一小组由一名同学在课上进行讲解，这种方法既提高了学生的知识运用能力，又提高学生的团队合作精神和解决问题的能力。

最后，为了保证学生真的能学会，能输出，鼓励学生在每章授课结束后，独自进行重点内容的提炼和归纳总结，并制作思维导图。如图2 所示。

图2 第3 章知识点思维导图

（三）精选科研案例，探索科教融合的研究型教学培养模式

为了开阔研究生的视野，跳出课本知识的局限，我们从这20 多年在材料研究领域所做的与相变相关科研工作中精选出了8 个左右科研案例，融合到相变原理课程教学中。

例如：在讲钢铁材料包晶转变内容时，我们将常国威课题组的“高温原位观察δ→γ 相变过程”的研究引入课堂教学中。从常老师提出钢铁材料δ→γ 相变的研究背景入手，讲解科学问题的提出过程，然后通过观看视频、观察电镜照片与论文等深入学习δ→γ 相变时晶粒的生长速度、晶粒长大影响规律及相变机理等。在讲授无机材料相变时，我们引入了“ZrO增韧HA 生物医用陶瓷”这个科研课题。HA 陶瓷是一种良好的生物医用陶瓷材料，但是其质地硬脆，限制其在生物医用领域应用，在其中加入纳米ZrO颗粒，通过的ZrO颗粒四方相和单斜相之间相变引发的微裂纹来降低外来导致的应力集中，进而提高HA 基体的韧性。

在介绍新型功能材料相变时，引入“生物医用多孔NiTi 形状记忆合金的制备及性能研究”这个项目，同学们通过学习可以知道Ni 和Ti 元素在高温烧结过程中可以形成TiNi、TiNi、TiNi、残Ti 和残Ni 相，通过调整Ti 和Ni 元素的含量、烧结温度、压制压力和保温时间可以调整各个相的含量和组成，同时通过实验测试数据和分析可以知道具有形状记忆效应的TiNi 相在什么条件和温度下发生形状B2 相和B19'相的转变，进而对所学习马氏体相变的知识进行深入的理解和较为明确的应用。

通过案例学习，学生上课的注意力更集中，学习兴趣更浓厚，对相变原理的知识掌握更好。此外，我们还有TiNi 合金的相变、Al-Si 合金相变等多个案例融入课堂教学。

课堂上的讲授，使学生不仅更深入地学习了固态相变理论和专业知识，还让学生尽可能接触更多方面的科学前沿。激发学生的学习兴趣，通过对科研案例的讲解，让学生更好地掌握发现问题—分析问题—解决问题的思维方式。培养了学生的科研能力和科学精神。为学生将来开展各自的科研工作打下了一个良好的基础。

（四）汇聚企业资源，校企联合建设课程，助力形成“校企融合”人才培养模式

汇聚材料类企业等各方资源，校企联合建设固态相变课程，为材料类专业研究生“校企融合”人才培养提供有力支撑。在相变原理课程中引入材料类行业企业资源，推进“引企入教”，促进课程内容与技术发展衔接、人才培养与产业需求融合，加大研究生基地建设，将所学的理论知识与实际项目相接轨。例如：某企业焊接工件常出现凝固裂纹，学生通过实际焊接过程观察，结合相变原理基本知识，可以解释在凝固过程中随着液相减少，固相增多，当固相含量大于液相含量时，固-液之间出现液态薄膜，在拉应力作用液态薄膜破裂，形成焊接裂纹。

还有某热处理厂生产产品性能不达标，学生通过对产品进行强度、硬度等力学性能测试，以及XRD 物相分析和SEM 显微组织观察，确定室温下组织产物不达标，通过调整热处理工艺，改变其固态相变过程，进而获得不同的组成物来提高工件的力学性能。

总之，通过企业实践，同学们将理论知识与实际企业案例融合，这使同学们能够做到学以致用，激发了学生的学习兴趣和成就感，形成了良性循环。

三、结束语

通过上述改革措施的实施，我们对固态相变课程进行了“四融合”即思政教育与专业教育相融合、线上与线下教学相融合、科研与教学相融合、学校与企业相融合。通过对课堂教学的改革，完成了思政教育与专业知识的融合，课本内容与科技前沿、企业实践的融合，探索一种新的科、教、企融合的研究型教学培养模式。通过固态相变课程改革后，提升了材料类研究生的使命感责任感、创新及实践能力，为高水平应用型研究生的培养和学校核心竞争力的增强提供保障，具有重要的现实意义。