以科学研究，促进开放型材料创新实验教学体系的建立

张旭茗+盖登宇+常云鹏+丁明惠+侯乐干+牛中毅

摘要：结合院系材料学专业科研方向及成果和材料实验教学中心的资源情况，随时将最新的科研成果引入到实验教学中，建立开放型的材料创新实验教学体系，并对材料创新课程的成果反馈进行了分析，真正实现了利用科研来促进材料实验教学。

关键词：科研成果；创新实验；教学体系；教学成果

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）19-0274-02

一、引言

材料科学与工程专业是一门以实验为基础的学科。材料专业的实验教学多以验证型实验为主，学生严格按照实验指导书进行实验，难以激发学生的兴趣及创新性思维。科研过程具有探索创新性，而科研成果又具有前沿性，所以高校人才培养中，应该利用科研来促进教学，尤其是实践教学。将科研中最新的理论及技术，转变为适合实践教学的知识及技能，在教学中可以有针对性地培养学生的科研意识及能力，从而将科研促进实践教学，成为提高学生创新能力与实践能力的有效途径。作者针对哈尔滨工程大学材料学科服务于船舶及海洋研究的特点，结合实验中心设备及人员条件特征，建立了以科研促进开放型材料创新实验的教学体系。

二、实验项目的开发

（一）实验项目的调查研究

哈尔滨工程大学材料学研究以船舶与海洋应用方向研究为主，其他研究为辅，主要研究领域包括超轻材料与表面技术、海洋先进材料、高性能金属材料、表界面科学与技术、海洋工程金属材料、微纳新材料及生物医用材料与工程等，涉及船舶及海洋用材料的开发、性能及应用等方方面面。目前材料实验教学中心拥有材料科学基础、材料测试、材料计算、材料物理、材料制备及表面工程技术实验室，所有实验室面向全校开放，充分满足教学及科研的需求。

通过学习国内外大学在学生创新实践以及综合能力培养方面的成果经验，并研究其实验内容、实验方法及实验手段，结合我校材料学科研究内容及发展方向和实验中心自身情况，将科研中具有前沿性、创新性、实用性及可行性的内容，引入到材料创新实验中来。由学生根据兴趣自主选题，自主完成实验方案及过程设计，并自主完成实验过程及实验总结报告，指导教师只起到辅助、协调和技术监督的作用。实验成果可以以报告及实物等多种形式给出，为大学生取得科技成果及发表科技论文提供实践依据，从而将科研引入到教学，实现实验课程的开放性及创新性。

（二）实验项目基本情况

实验中心与各研究所合作把教师最新科研成果引入实验项目中作为实验素材。结合实验人员的专业水平，提炼、选择相适应的理论和成果，规划设定出实验的方向和内容。学生以自由组合的5—7人项目组来完成项目。项目组将采用合适的材料科学与工程模型，通过比较研究材料设计、加工及性能之间的关系提高学生对材料科学的理解，培养学生工程创新及科研业务水平。每个项目组由实验中心指派指导教师一人，实践指导将通过口头交流、研讨会以及多媒体交流等方式完成。

考虑到学生已经具备材料科学基础知识及基本的加工、计算、分析测试知识，并进行过基本的材料实验技能训练，实验项目设定应具备模拟计算、加工以及分析测试等多个材料科学研究手段。但根据实际情况，只要设计有理有据、实验真实可信、过程完整，允许实验结果不够理想。结合学校材料学科研究方向，制定了几种实验项目，其中实验项目应根据最新的科研成果、具体实验室资源及科研方向，进行及时的调整。下面列出了其中五种实验项目：（1）“淬火钢回火转变的电阻及组织研究”，采用目前研究的发动机用淬火钢，对其回火過程中的组织转变及电阻变化过程进行建模并利用热力学软件进行模拟，同时对试样进行淬火及回火处理，并对回火后的组织、物相及电阻进行分析，结合模拟结果，研究淬火钢回火转变的电阻及组织转变；（2）“结构材料失效的预测及分析”，以目前研究的船用结构钢为研究对象，首先对钢材失效分析的基本路径进行规划，然后通过实验对宏观断口、微观断口及夹杂进行分析，同时通过建模，利用有限元软件对钢材的失效过程进行模拟，最后结合测试及模拟结果，实现对结构材料的失效进行预测及分析；（3）“材料盐雾腐蚀及防护研究”，针对船用铝合金容易受海水腐蚀使材料失效的特点，以船用铝合金为研究对象，建立材料盐雾腐蚀过程模型，通过正交试验对材料进行盐雾腐蚀试验，然后对腐蚀后的材料进行表面形貌、失重及腐蚀类型等分析，结合盐雾腐蚀模型，研究材料的盐雾腐蚀过程，同时给出防护措施；（4）“镍基合金涂层的制备及性能分析”，针对镍基合金涂层具有耐磨及耐冲蚀等特征，利用激光表面熔覆方法在不锈钢表面制备镍基合金涂层，并对涂层进行热处理，研究涂层的显微组织、表面化学成分及相组成，并分析涂层的摩擦磨损性能及冲蚀性能；（5）“镁合金固溶及时效组织与性能研究”，以生物医用镁合金为研究背景，设计具有生物相容性的镁合金，并熔炼所设计的镁合金，同时对合金进行轧制及热处理，研究合金的显微组织、物相、力学性能、生物相容性及生物降解性能。

以上项目设计均考虑到时间和资源限制，项目尽量避免采用超出实验室能力的材料、加工以及测试方法，所有实验能够在实验中心完成。项目涉及文献调研、计划、实施、报告等比较全面的研究内容。同时，要求学生在进行实验前，必须提供包括详尽的实验计划的可行性报告，由指导教师批准后方可开始实验。项目组在实验过程中进行不少于两次阶段性报告会，其中一次为英文报告会，报告会主要针对实验进展、最初实验设计的合理性与调整思路。要求有多媒体汇报并且小组成员应轮流担任汇报人，最终须有结题报告及汇报。通过完成实验项目的形式，使学生对材料学专业基础知识有了更深入的理解，同时提高科研水平及创新能力。同时，实验与大学生科技创新体系互动，实验室完全对学生开放，允许学生把创新中的成果作进一步的深入实验，或把实验研究项目列入到大学生创新项目中。

三、科研成果引入到材料创新实验的成效及思考

材料学专业，将教师在科研中的成果引入到大学生创新实验教学中。材料创新实验项目的选题基本来源于教师的科学研究和技术开发项目，结合了学校研究方向上的优势，创新性和专业性更强，全面培养学生的材料学研究基本技能及手段。学生通过材料创新实验的训练，研究能力和独立思考能力明显提高。材料创新实验项目取得了许多科研成果，有些实验项目参加了校级、省级的科研创新大赛，并取得优异的成绩，有的实验项目（例如“镍基合金涂层的制备及性能分析”）甚至发表了学术论文，培养了学生的科研能力和科研信念，这些为学生今后从事科研工作打下了坚实的基础。

材料創新实验将传统单一、验证性实验转变为综合的创新性实验，并且对实验内容、手段和条件进行了更新，也取得了一定成果，但目前材料创新实验还存在一定的不足，具体表现在：一方面，实验教学中心虽然对学生全面开放，但实验设备和人员资源毕竟有限，使学生一些更好的想法受到限制；另一方面，对于本科生来说，由于受到专业基本知识的限制，不能够更深入地了解一些正在研究的课题，使实验项目的选择受到限制。针对以上问题，实验中心准备加强与学院各研究所及理论课教师之间的联系，通过开放研究所实验设备，以及研究人员进行专题讲座或介入指导学生实验的方式来进行教学，建立实验中心与研究所合作的方式，如果可能，可以通过建立跨学科的方式，加强学生对实验项目的理解，同时使材料创新实验达到真正的全面开放，更好地为学生服务。

四、结束语

以科研为背景，将教师的科研项目引入到材料创新实验教学中，结合学校资源，制定合理的实验项目，并指导学生完成实验内容，通过实验过程，培养学生综合运用知识的能力及勇于探索的开拓精神，优化实验教学内容的同时，也为建设高质量实验教学等方面起到积极的推动作用。在实践教学过程中，还需要进一步探索和总结，通过多种形式把最新的科研成果引入到实验教学中，使材料创新实验获得更好的成效，进而提高实验教学质量及培养更优秀的创新型人才。

参考文献：

[1]李培根，许晓东，陈国松.我国本科工程教育实践教学问题与原因探析[J].高等工程教育研究，2012，（3）：1-6.

[2]林健.卓越工程师培养[M].北京：清华大学出版社，2013，6.

[3]何建云，周玮.大学生创新实验对实践教学的影响[J].科教导刊，2014，（12）：188-189.

Use the Scientific Research to Improve Establishment of the Materials Innovation Practice Teaching System

ZHANG Xu-ming，GE Deng-yu，CHANG Yun-peng，DING Ming-hui，HOU Le-gan，NIU Zhong-yi

（College of Material Science and Chemistry Engineering，Harbin Engineering University，Harbin，

Heilongjiang 150001，China）

Abstract：The latest scientific research achievements of material science are introduced into experimental teaching，combined with the research direction of material science in our school and teaching resources of material experimental teaching center. The open material innovation experimental teaching system is established，and the teaching achievements are analyzed. The idea to take the advantage of research results to promote experimental teaching is achieved.

Key words：scientific research achievement；innovation experiment；teaching system；teaching Achievement