金属学与热处理课程多元化融合课堂教学方法探讨

内蒙古工业大学材料科学与工程学院 内蒙古呼和浩特 010051

当代信息技术通过多媒体和国际互联网提供的大量在线教学资源正改变着人们的学习方式。MOOC(Massive Open Online Course)与微课的诞生、发展和应用已经对高等教育教学产生了深刻影响。现有的传统教学模式也应做出适当的调整以适应时代发展。金属学与热处理是材料成型及控制工程、冶金工程专业的技术基础课，对该课程的掌握程度直接影响着后续专业课程的学习质量。课程主要分为金属学和热处理两部分，金属学的内容理论性强，主要阐述金属与合金的化学成分、结构、组织、性能之间的内在联系以及变化规律；而热处理部分实践性、工程性较强，学好该内容可以正确地制订热处理工艺方法和妥善安排工艺路线。在教学资源高度共享的信息时代，如何设计课堂教学以更好地达到教学目的，使学生学获得知识，提高学习技能，获得社会认可等都需要教师重新思考和构建。本文从三方面对金属学与热处理课程多元化融合课堂教学方法进行了探讨。

1 与网络教学相结合分层次扩展教学内容

2011年斯坦福大学、麻省理工学院和哈佛大学相继创办了Coursera慕课平台和edX慕课平台。2013年，北京大学、清华大学、上海交通大学、复旦大学等国内一流高校分别为edX和Coursera提供了课程。教育部、财政部“十二五”期间启动实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”支持建设的高等教育课程资源共享平台“爱课程”网站。清华大学和中国农业大学还分别创建了“学堂在线”和“雨虹学网”中文慕课平台[1]。在这些课程教学网站上能够搜索到很多与金属学与热处理相关的课程，例如：爱课程网站有中国地质大学的金属材料及热处理，西北工业大学的材料科学基础和金属材料学，大连理工大学的材料科学基础，武汉理工大学的材料工程基础。学堂在线网站有清华大学的工程材料和材料学概论等。这么多名校名师的教学资源在网上都免费使用，如何能将网络教学资源与课堂教学相结合是教师所面对的问题。

现有的课堂教学方式并不能满足学生的个性化、差异化需求。首先，学生的先修课程基础参差不齐，讲课过程中常常遇到学生对学过的知识记忆模糊，部分内容需重新进行讲解，因此课堂授课时较难满足知识水平差异较大学生的不同需求，导致无法更好地完成教学目标和任务。其次，对于一些想要继续深造或参加科研创新项目的学生，他们的需求往往比课程大纲要求的内容多，所以单独课堂教学也不能满足这部分学生的需求。对于前一种情况，微助教是一个很好的网络平台，在课前将课堂教学内容所需的基础知识做成小测验，每个学生使用微信即可签到答题并记入平时成绩，从而让学生提前复习，而且也能让教师对学生们所学知识的掌握情况有所了解，能够更合理的安排课堂教学内容。对于知识需求量更多的学生则可以在课后选择性的观看网上教学资源，在学习过程中有疑问可以直接在平台上提问或找授课教师讨论，学生可以根据自身的状况合理安排学习过程，同时也提高了主动性较强学生的学习效率。

将MOOC引入课堂教学的另外一种方式是翻转课堂。翻转课堂模式是一种有效的混合教学模式，有助于实现个性化学习，提高学习者的自控性和交流互动性，提升教与学的效率和质量[2]。在翻转课堂的教学中，教师根据课程内容设计出一些跟实际联系紧密的应用问题，即“提出问题”，学生在课前需要观看教师提供的MOOC中某一个知识点或自己录制的一段微课，让学生带着问题观看教学视频，然后进行小组讨论，讨论过程中学生可以阅读书籍及其他学习资料，最后进行总结，即“解决问题”。同时，要求小组成员对在讨论过程中产生的疑问做好记录，总结成2～3个问题用于进行课堂讨论。至此，在课前准备中，学生就完成了翻转课堂中“提出问题—解决问题—反馈问题”的3个步骤。经过这个过程的锻炼增强了学生学习的主动性以及共同解决问题的能力。

在选择微课及精品视频公开课时，可以优先选择已经通过工程教育认证的高校的网络教学资源，如山东大学、东北大学、燕山大学、华中科技大学等高校的材料成型及控制工程专业，以及东北大学、北京科技大学的冶金工程专业。

2 大学生专业技能比赛巩固教学知识加强实践能力

材料科学是实验的科学，材料专业的学生不会做实验就不能很好地进行科学研究，而做好实验的前提就必须具备较强的实验操作能力。学科技能大赛能提高学生的综合能力、分析和解决问题的能力，是培养大学生实践能力和创新能力的有效形式。其中，与金属学与热处理课程相关的专业技能大赛有：教育部高等学校材料类专业教学指导委员会举办的“全国大学生金相技能大赛”；中国机械工程学会热处理分会与教育部高等学校材料类教学指导委员会举办的“中国大学生材料热处理大赛”；中国体视学学会金相与显微分会举办的“蔡司-金相学会杯”高校大学生金相比赛等。

金相技能是材料专业学生最重要的基础实验，没有好的金相技能就不能深入地观察到金属内部的组织结构，从而就不能表征其材料有关的性能变化，更不能对新材料定性的进行评价，这也体现了金属学与热处理课程教学中始终贯穿的四面体模型“性能—化学成分—组织结构—加工工艺”之间的关系。对于学生来说，参加专业比赛要经历初赛、复赛以及决赛3次角逐，从理论考试到试样制备及组织观察，学生需用到金属的晶体结构、纯金属的结晶、二元合金相图等专业知识，同时还要掌握金相制备、拉伸试验、晶粒度测量、硬度实验相关的实践操作规程。这样的锻炼既将理论知识应用于实践中，又会增加学生对专业课学习的兴趣。

热处理给予材料极限性能、赋予装备关键件服役寿命。材料热处理大赛是一项面向全国高校材料科学与工程及相关专业在校生的竞赛活动，包括知识与技能、创新创业几个单元。在参加比赛过程中可以聆听各参赛队伍的精彩报告，相互学习，深入交流，开阔眼界。比赛中的一些作品也可以作为课堂案例给学生展示及学习分析。如：周祝兵等创新大型缆索锚具热处理工艺技术，结合缆索锚具的合金钢材料40Cr， 42CrMo钢，选用500 ℃×8 h氮碳共渗对锚具强度薄弱位置进行强化处理，经静强度检验，其强度和韧性达到了局部强化的效果[3]。经该工艺技术强化后的缆索锚具已应用于世界超级工程—港珠澳大桥三座斜拉桥。课本上简单的热处理工艺通过实际案例的讲解更能吸引学生的注意力和好奇心。

3 大学生科技创新项目培养创新人才

李克强总理说过：“高等教育要着力围绕服务国家创新发展，培育更多创新型人才”。大学生的创造性、创新性培养一直是高等教育的目标，也是高等教育教学改革中重要的内容。为了更好地推动学生课外学术科技活动的蓬勃开展，营造浓厚的学术科研氛围，培养学生的科技创新意识，我校近年来组织开展了一系列的本科生科技创新活动提高大学生科技创新能力。例如：“创造杯”大学生课外学术科技作品竞赛、“大学生创新实验计划”项目等课外科研活动。授课教师根据自己科研方向申报项目，学生可以根据自己的特长和兴趣选择导师的课题和自主申报项目，在项目开展过程中，导师将制订相应的研究计划和方案，对学生进行有针对性的指导，进一步提高学生分析问题、思考问题、解决问题的能力，培养学生独立思考和探究的本领，最大程度的挖掘学生的科研创新潜能[4]。

2016年笔者和学生共同申请了校级大学生创新实验计划项目，项目名称为稀土变质Al-Fe合金的制备工艺及性能研究，目的是要通过稀土变质改善普通熔铸Al-Fe合金显微组织，并通过优化退火工艺(退火温度，时间)以及挤压、轧制等塑性变形工艺，获得均匀、细小、弥散分布的富铁相金属间化物颗粒增强的Al-Fe合金。首先需要掌握普通熔铸下Al-Fe合金凝固特点，研究方法则是通过在凝固过程中测量冷却曲线、分析冷却曲线并观察铸态组织，应用到的知识点为金属学部分的二元合金相图及合金的结晶。在做实验之前先要求学生根据所学知识预测实验结果，由于选择的合金成分刚好为共晶成分，Fe含量为1.8%，学生们预测冷却曲线将会出现再辉及一个共晶平台，并且能够获得过冷度△T，铸态组织则为共晶组织Al+Al3Fe。实验结果显示铸态组织为典型的亚共晶组织α-Al+(Al+Al3Fe)共晶，学生通过查阅文献与资料、相互讨论、与导师讨论来解释实验结果，然后再进行下一步工作。这个过程提高了学生分析和解决问题的能力。同时，通过与学生的合作，导师也能更好地将自己学习与研究的思维方法、解决实际问题的经验和

体会融入课堂教学。在教授学生知识的过程中也教授学生学习的方法，创新的思维。

4 结语

在多媒体和互联网提供大量在线教学资源的时代，传统的课堂教学模式已经发生转变，教师的教学方式方法向教学方式混合化和教学资源开放化方向发展，学生的学习方式也向个性化、社会化方向转变。在金属学与热处理的课堂教学中可以引入优质网络教学资源，采用翻转课堂，同时动员学生参加各类专业技能比赛及科技创新项目拓宽学生视野，增加学生学习专业课程的兴趣，增强学生实际动手能力，提升学生的创新思维。

[1] 范振岐.慕课背景下我国普通高等教育的挑战与机遇[J].中国现代教育装备,2015(13):26-28.

[2] 雷丽文,顾少轩,黄学辉. 翻转课堂在“材料科学基础”课程教学中的实践研究[J]. 教育教学论坛, 2017(9):176-177.

[3] 周祝兵.桥梁缆索锚具的选材及热处理[J]. 金属热处理,2016(11):205-210.

[4] 张裴郦.通过“科创导师制项目”推动大学生科技创新能力的培养[J].才智,2015(14):99.