铸造合金及熔炼与金属专业基础课联动教学探索

陈 辰， 魏 然， 王 坦

(郑州大学 材料科学与工程学院，河南 郑州 450001)

0 引言

金属材料作为理论与实践紧密结合的交叉学科，在学生的培养方面尤为注重知识的广泛性和深入性，而为了培养合格的学生，需要在学生已有的材料科学知识的基础上，对其进行金属材料知识体系的全面构建。一般而言，铸造合金及熔炼是绝大多数材料科学与工程培养方案中最基本的必修课，通过对不同合金体系在凝固过程中的相图、相变机理，晶体及界面结构以及材料性能等相关知识的讲授，使学生理解金属材料微观结构形成机理及其与材料性能间的紧密关系，并为提高相关机制的分析能力提供了重要保证。

一般而言，对金属材料的高年级专业课如铸造合金及熔炼、金属材料及热处理、非平衡材料、合金固态相变等的学习皆需要以金属材料的专业基础课程(如材料科学基础等)所学相关知识为依托。然而，许多学生认为材料科学基础课程的内容理论性过强，内容艰深抽象，学习过程枯燥，只能通过死记硬背等方式应对考试，而在进入相关专业课学习的时候，往往由于材料科学基础知识掌握不牢、难以活学活用而导致和专业课学习脱节，影响对材料科学这一大方向的全面深入理解，使得课程学习浮于表面、流于应付，最终丧失对材料知识学习的兴趣和动力。

为解决这一问题，本文以笔者所教授的铸造合金及熔炼为对象，通过分析其起源以及多个因素间的相互联系，阐明铸造合金及熔炼与金属专业基础课程进行联动教学的必要性，并从课程设计、知识体系构建、调动学生积极性等方面对教学改革的思路进行探讨。

1 铸造合金及熔炼与金属专业基础课程联动教学的必要性

铸造合金及熔炼在金属材料方向人才培养方面具有重要地位，其通常在课程体系中被安排为承上启下的材料科学与工程方向核心专业课程，其前置课程为材料科学基础等金属专业基础课程，内容着重于基础理论和概念，合理安排知识内容的深度和广度，并引导学生应用所学知识解决实际材料科学与工程方面的问题[1]，因此，有许多教学工作者从课程内容规划、多媒体、线上线下综合教学、师生互动、激发学生积极性等方面对该课程提出了多种教学改革的思路[2-6]，然而，由于学生大多在学习该课程前从未接触过材料学相关知识，缺乏对材料的直观认识，因此当面对材料科学基础等专业基础课程中大量新鲜的材料学概念和理论时，往往在头脑中难以建立清晰的模型体系，因而无法对课堂所学内容进行有效的消化吸收，也没有能力对这些知识进行活学活用，导致知识掌握得很不扎实。

铸造合金及熔炼课程又是默认学生熟悉材料科学基础等课程的相关知识的前提下开设的，在授课过程中通常不会对基本概念进行重复讲解，而直接针对具体材料实例进行授课，这就导致了在专业课学习中知识的脱节。这种脱节不仅增加了学生在材料科学与工程专业课学习过程的难度，同样会导致学生在学习过程中的迷茫。事实上，许多学生由于难以理解课程中相关概念和理论，为了通过考试只能采用死记硬背的方式，而长此以往，这种学习过程不仅不能使学生很好地理解材料，还可能造成学生的厌学情绪。

从上述情况中可以看出，在对学生进行铸造合金及熔炼相关知识讲授的时候，如何通过更加合理的方式使学生能够在学习过程中有效建立材料科学的模型体系，加深加快对专业知识的理解，并将理论与实际进行结合，最终能够灵活运用所学知识解决实际问题，是培养金属材料方向合格人才过程中的关键点。

根据对上述教学过程进行分析，可以看到，在对专业基础课程中复杂和艰深的材料学相关知识进行讲授之前，如果能让学生对相关概念进行预先的感性认识，了解所学知识所反映的研究背景、大致规律及应用领域，将有望对教学起到事半功倍的作用。

铸造合金及熔炼中有着大量而丰富的实例，事实上与材料科学基础等课程的理论知识起到完美的互补作用。因此，如果能够在铸造合金及熔炼的教学过程中，在多个环节融合材料科学基础与其他相关专业基础课程的知识体系，实现这些课程的联动教学，将有望有效解决现有教学过程中存在的大量问题，对教学质量的提升将起到非常积极的作用。

2 铸造合金及熔炼与金属专业基础课联动教学改革思路

2.1 结合专业基础课相关概念，设立铸造合金及熔炼课程的前置导论课程

为了增强学生对材料科学理论及相关工程问题的直观认识，可以通过提取并糅合材料科学基础中相关基本概念以及铸造合金及熔炼中相对较为浅显和生活化的具体实例，在铸造合金及熔炼开课之前，开设相关前置导论课程，尽可能广泛地讲解铸造合金及熔炼中所涉及的基本知识和相关机理，并在课程讲授过程中强调“模型化”的概念，使学生能够在头脑中建立大致的金属材料相关物理模型，并通过对比实际材料对其进行进一步修正。此外，通过这个过程，可以让学生更清晰地理解所学知识的应用领域以及价值，有助于学生建立知识体系，激发学习兴趣并为其提供课外自由探索的方向。

2.2 在铸造合金及熔炼的学习中回顾专业基础课程相关知识点

铸造合金及熔炼中的专业知识系统而复杂，往往需要通过反复讲解、重复记忆和不断应用来实现对相关理论知识的深入理解和掌握。因此，在铸造合金及熔炼的学习中，绝不能默认学生已经很好地掌握了材料科学基础等专业基础课程的相关知识，而是在每一章节的讲解过程中都与这些对应的知识点进行深度关联，将其作为专业课学习过程中重要的工具，有助于学生在诸如材料科学基础等专业基础课程的思想指导下将所学的所有专业课知识建立成网络化的体系，而在未来面对材料科学与工程方面的实际问题时，将会更加游刃有余。

2.3 基于前置专业基础课编制铸造合金及熔炼开放性问题

在铸造合金及熔炼的讲授过程中往往会出现大量的实验现象，同时会提供理论及公式，但在教学过程中，学生会更多地关注浅显的实验现象，而对抽象知识艰难和枯燥的学习过程较为排斥。实际上，铸造合金及熔炼中的大量理论和公式均出自专业基础课程，而这些内容已被广泛应用于解释多种材料中关于结构和性能的相关问题，因此挑选前置专业基础课程中的经典理论及相关机制，结合铸造合金及熔炼中的具体现象，编制开放性问题供学生深入思考，不仅可以锻炼学生独立分析金属材料科学的相关能力，同时也可以让学生感受到“学以致用”的成就感，有助于提升学生在材料学科知识方面学习的积极性。

3 结语

铸造合金及熔炼内容丰富繁杂，在学生培养方面始终需要注意知识体系的建立以及所学内容的深入理解和灵活运用。基于此，在该课程的教学方面也需要进行深入思考和改革，结合学生接收消化知识的客观规律，对课程体系进行有效改造，以适应当今人才培养的目标。将铸造合金及熔炼和材料科学基础等专业基础课进行联动，使学生在专业课学习的过程中不断应用相关理论，有效建立和修正材料中的各种物理模型。这样将能够让学生更好地掌握和使用所学知识，有助于更加有效地培养出更多材料领域的相关人才。