材料表面工程课程教学改革探索与实践

蔡会生，郭锋，白朴存，苏娟，刘亮

（内蒙古工业大学材料科学与工程学院，内蒙古呼和浩特 010051）

材料表面工程是金属材料、材料物理等专业的重要核心课程，本课程主要讲述材料表面工程和技术，是一门理论性、实践性要求均较高的课程[1-2]。课程主要讲述改善材料表面耐磨性、耐蚀性、抗氧化性、耐高温性、隔热性等表面特性的技术和工艺，课程内容抽象乏味，章节之间关联度较小，学生很难将课程内容融会贯通，教师教学充满了挑战[3-5]。本课程需要学生充分掌握前期学习的材料学基本知识，并通过本课程的学习，实现从掌握理论知识到对理论知识进行实际工程应用的转变[6-8]。由于课程内容分散且抽象，需要增加实践课程，辅助学生理解消化所学内容，但是受限于课时和院校实际情况，实践教学实施难度较大且所占比例较少。为此本文开展了一系列教学改革与探索，将工程应用案例融入课程教学中，帮助学生掌握消化所学内容；结合院校实际开展针对性的实践课程辅助教学，使学生更好地理解掌握相关技术和方法；引入材料表面技术发展的学科前沿动态，向学生介绍材料表面技术的发展现状和前景，拓宽学生的知识储备，培养学生的学术积极性。

1 教学改革与探索

1.1 实际工程应用案例引入课堂教学

材料表面工程课程大部分章节的内容是材料表面处理技术，单纯按照课本内容讲授单调枯涩，学生难以准确了解和掌握各种表面处理技术的目的、流程、应用范围和注意事项等内容。为此在开始讲授新内容之前，让学生观看具体表面处理技术的完整实施过程，使学生首先在直观感受上了解材料表面处理技术，并向学生提出相关问题，让学生带着问题学习本部分内容，这样能帮助学生更好地学习和掌握课程内容[9]。在课堂上让学生了解所学表面处理技术的重点、难点，弥补难以进行实践课程让学生亲自动手操作的不足。这种教学方法取得了较好的教学效果，能够将枯燥的讲授演变为视频教学的形式，使学生更有兴趣去学习而且更容易调动学生的积极性，学生学习效果明显提升。

通过一个学期的课程实践，总结出将下述内容融入教学过程中，可以起到事半功倍的效果。例如，在讲授表面化学热处理时，给学生观看包括毛坯、锻造、机加工、渗碳、热处理等全流程工艺制备工艺品的视频，既可以让学生了解本次课程的渗碳工艺目的、实施过程，也可以让学生了解完备的工艺流程，同时复习了前期所学知识；在讲述热浸镀内容时，通过让学生观看日常生活中常见的镀锌钢管的制备工艺，既让学生了解了镀锌钢管，也让学生直观认识到了热浸镀的完整工艺流程和特点；再比如，在讲授化学转化膜时，通过观看铝合金阳极氧化的完整过程，可以有效地让学生了解阳极氧化电解体系构造、着色以及封闭的全部实施过程，对学生掌握阳极氧化工艺有帮助作用，取得了较好的教学效果。通过这些教学探索，更容易吸引学生的注意力，充分调动了学生的学习热情，教学效果也得到了较大提升。

1.2 思政元素融入教学内容

在教学过程中需要着重引导和帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观，这样培养出来的学生才能为国家的建设贡献更大的力量[10]。为此，在教学中适时融入思政元素，对于培养优秀的应用型复合人才是至关重要的。基于此，开展了一些教学探索，在授课过程中根据教学内容融入思政教学。例如，在讲授表面涂覆技术-热喷涂时，从《打造中国航空发动机叶片“金钟罩”》的视频出发讲解本节课的内容，既能够让学生了解热喷涂技术，也能通过我国科技工作者经过不懈努力取得世界瞩目成就的经历帮助学生树立民族自豪感，引起他们对热喷涂技术的兴趣，以便更好地学习本节课内容。蚀刻工艺也是材料表面工程课程的主要内容，其中光刻技术是制备芯片的重要手段，向学生介绍我国与世界光刻机制备领域强国的差距，以及我国科研工作者通过不断的研发，逐渐缩短了与光刻领域世界强国之间的差距，激发学生对表面微细加工的兴趣，帮助他们树立为国家光刻领域快速发展赶超世界强国努力的志向。通过将思政元素融入教学内容，学生的学习热情高涨，学习积极性也得到了提高，课堂教学效果得到了提升。

通过一系列思政教学探索和实践，发现在课堂教学过程中根据教学内容适时增加国内科研工作者经过不懈努力，取得突破性原创科研成果的事迹，以及容易使学生激发强烈民族自豪感的思政内容，会强有力地调动学生的民族自信心。思政教学的引入，在提高教学质量的同时，也能够帮助学生树立科研探索精神和为国家科研事业贡献力量的远大志向。

1.3 结合院校实际开展实践教学

材料表面工程课程由于教学内容主要以材料表面处理技术为主，实践教学的重要性尤为凸显，进行必要的实验教学不仅可以丰富课堂内容，也有助于学生更好地理解相应的材料表面处理技术。因此在进行材料表面工程教学时，根据院校实际情况，增加实践教学的课时是至关重要的。对于受实际情况限制无法开展的实地实践教学内容，也可以通过观看相关视频的方式，让学生更好地掌握相关表面处理技术[11-12]。

在教学过程中，根据学校和学院表面处理技术设备的实际情况，带领学生分批次参观并实际观看相关表面处理技术的操作过程。例如，在讲授物理气相沉积技术时，带领学生实地观看并讲解在镁合金基体上磁控溅射制备TiN薄膜的制备目的和过程，让学生近距离学习影响磁控溅射制备薄膜的温度、时间、极间距、偏压、气体浓度等工艺参数，实地观察辉光放电现象及通过磁控溅射技术制备的薄膜。在讲授热喷涂和热浸镀等表面处理技术时，给学生观看实际生产过程的视频。这种实践课程和理论教学相结合的方式，有助于学生更好地掌握课本知识，使其能够做到活学活用，培养学生解决问题的能力。

1.4 学术前沿动态充实课本内容

为了拓展课本知识，让学生充分了解材料表面工程相关技术的研究现状和发展动态，在教学过程每一章节，均针对相应内容，搜集整理最新的科研动态，向学生介绍材料表面技术研究动态及科学研究的思路方法[13-15]。学术前沿动态分享，不仅向学生介绍了最新的科研动态，而且也实现了对课本内容的延伸，让学生充分了解课堂上所学的技术手段在科学研究领域的重要作用，以及对推动经济社会发展所做出的巨大贡献。这部分内容的开展，激发了学生的兴趣，尤其是有志科研、继续深造的学生，帮助他们提前了解科学研究过程。为了调动学生的积极性和课堂参与程度，除了课堂上教师介绍外，也布置学生查阅相关学科前沿发展信息，并在课堂上与大家分享，不仅锻炼了学生查阅文献的能力，也有助于提高学生提炼总结的能力。总之，在课堂上分享与课本内容相关的学术前沿动态，不仅能充分激发学生的兴趣，而且也调动了学生的学习积极性，取得了较好的教学效果。

但是，科学研究具有发展速度快、不断创新的特点。因此，在后期教学过程中，需要及时搜集查阅科学研究的最新动态，不断更新教学内容，将最新、最先进的学术前沿动态介绍给学生，帮助学生更好地学习材料表面处理技术。与此同时，在教学过程中也需要为学生提供参与科学研究的机会，依据院校的科研情况和学生的兴趣，提前让学生参与表面科学与工程方面的科研项目，帮助学生更深入地了解材料表面技术的科研现状和具体研究内容，从而可以更好地使学生掌握材料表面处理技术，达到寓教于学、寓学于趣的目的。

2 结语

材料表面工程课程是一门应用性较强的课程，通过引入实际工程应用案例、融入思政元素教学、开展实践教学、增加学术前沿动态分享等教学改革与探索，取得了良好的教学效果。这些教学改革和探索，使学生在全面掌握课本知识的前提下，分析问题、解决问题的能力得到提升，有助于培养适应新工科建设的高素质应用型复合人才。