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《现代材料成形理论与技术》优质研究生课程建设

2022-01-01张元彬孙俊华史传伟任国成

科教导刊·电子版 2021年13期
关键词:成形研究生理论

张元彬 孙俊华 史传伟 任国成

(山东建筑大学材料科学与工程学院 山东·济南 250101)

0 引言

随着科技的发展,国际竞争日趋激烈,自主创新成为引领科技发展的第一动力。创新需要人才,2010年,教育部在“卓越工程师教育培养计划”启动会上提出“新工科”概念,确立了以培养多元化、创新型和复合型高素质工程人才为今后教育发展的目标。2015年国务院发布《中国制造2025》,把提高创新能力、产业质量与信息化程度,从而提升制造业战略支撑作用作为近阶段的新型制造业发展方向,顺应时代发展,新形势下的创新人才的培养成为高校的重要任务,而开展教学改革是提高学生创新素质的基本手段。

研究生是非常重要的科技创新生力军,提高研究生的创新潜能,培养具有自主创新意识的高素质人才是今后研究生教育的战略之需。新材料产业作为“中国制造2025”重点发展的十大领域和我国七大战略性新兴产业之一,自2010年以来每年增速保持在25%左右,新材料及其成形加工技术的发展和应用成为推动制造业结构优化和发展创新的新动能,这对材料加工专业硕士研究生的培养提出了更高的要求。

课程学习是我国研究生学位教育的必备环节,也是落实立德树人根本任务、保障研究生培养质量的重要环节,建设研究生教育优质示范课程,形成规范并具有创新性的研究生课程教育模式,是提升研究生课程教学质量的重要举措。

2014年底,教育部出台了《关于改进和加强研究生课程建设的意见》,为了更好地发挥课程学习在研究生培养中的作用,从而提高研究生培养的质量,提出了“重视课程学习,加强课程建设,提高课程质量,是当前深化研究生教育改革的重要和紧迫任务”,这是推进研究生教育创新计划的重要内容。为此,各省教育部门及各高校设立了研究生优质课程建设项目,加强研究生课程建设。

《现代材料成形理论与技术》是我校材料加工工程专业学术型硕士研究生的一门必修学位课程,主要介绍液态金属精密成形技术与理论、金属材料塑性精确成形工艺及理论、先进连接技术理论及应用、复合化成形加工方法及技术基础、粉末材料及其成形技术。该课程入选学校研究生优质课程建设项目,课程团队针对课程特点及存在的问题进行了课程内容及教学方法改革。

1 课程教学中存在的问题

1.1 课程内容涉及知识面广,各知识点的连贯性较差,内容融合性较差

材料成形加工是一个涉及多流程、多技术、多学科交叉与融合的综合性技术,既要突出成形理论与工艺,又要强调材料设计、制备、成形与加工等多个流程之间的综合化、一体化以及短流程化。

《现代材料成形理论与技术》课程涉及了液态成形、塑性成形、焊接成形、粉末冶金及复合成形等领域的新理论新工艺,而材料加工工程专业的研究生来源于液态成形、塑性成形、焊接成形不同的本科专业方向,大学阶段只重点学习了某一个方向的成形技术,对其他成形方法的基本原理及工艺了解较少,缺少学习先进成形技术的理论基础。

并且各种成形加工方法具有相对的独立性,不同加工新技术间的联系不够紧密,制约了各知识点之间的交叉与融合,多个独立的知识点增加了学习、记忆的难度。

1.2 成形技术发展快,教材内容陈旧

研究生教学除了要讲解课本上的知识外,还要紧跟技术发展前沿,才能拓宽学生的知识面和视野。随着科学技术飞速发展,材料成形理论及工艺也不断进步,一些新的成形加工方法不断出现,但这些新技术新理论还没有系统地列入教材,目前选用的教材及参考书目所处年代较远,都是十几年以前出版的教材,内容陈旧,难以充分涉及材料成形新技术的学术前沿和国内外行业发展的最新现状。

比如近年来增材制造技术(3D打印)快速发展,是智能制造领域重点支持的一种先进制造技术,但现有教材中介绍甚少。

1.3 课程内容具有较强的应用性和实践性,而课程缺少实践环节

材料成形是一门工业生产技术,所以该课程是理论性和实践性都很强的课程,但课程教学学时相对较少(32学时),并且一些先进的成形技术应用还不广泛,一般企业很难见到,甚至老师也没有实际实践过,所以课程没有设置实践环节。而单纯地讲解基本原理和工艺,难以使学生直观认识到加工成形方法的主要物理过程和具体工艺流程,不利于对知识的掌握。

2 教学改革

2.1 教学团队建设

“打铁必先砧子硬”,要建设一门优质课程,首先要提高课程团队教师自身的教学和科研水平,授课教师除了具有较高的讲课水平外,还必须紧跟学科发展前沿,掌握国内外发展动态,不断提高自己的科研水平,才能给学生补充最新的前沿技术知识。

材料成形涉及液态成形、塑性成形、焊接技术和粉末冶金等,研究生教学需要让学生更好地掌握材料成形技术的学术前沿,所以《现代材料成形理论及技术》这门课程的教学团队由液态成形、塑性成形、焊接三个专业方向的骨干教师组成,各位老师在各自方向都具有较高的科研水平,熟悉各自领域的前沿动态,有利于向学生介绍前沿理论和技术知识,提高学生专业学习兴趣和积极性,培养学生创新思维能力。

2.2 教学内容改革

教材比较陈旧,教材中的部分成形技术已经较为成熟,生产中得到广泛的应用,并且在相应专业方向的本科课程中已经有所涉及,比如消失模铸造、压力铸造、扩散焊、激光焊、精密模锻等,这些成形工艺的基本原理及工艺过程有大量的书籍及文献资料,所以,教学中通过让学生自学或让本科阶段学过这种工艺的同学进行讲解等方式,压缩课堂学时。比如,对于消失模铸造技术,可以让同学们课下进行基本原理和工艺过程的自学,让本科为液态成形方向的同学查阅相关资料撰写文献综述,在课堂上为大家介绍这种技术的发展历史、应用现状及发展动态。这种方式,既锻炼了同学们的自学能力、文献综述能力和语言表达能力,又节省了课堂时间。

对于一些还未广泛应用的先进成形技术,通过网上搜集视频、制作演示动画、开展仿真模拟等多种形式制作多媒体辅助资源,实现课程教学的生动化、形象化和立体化,弥补没有实践环节的不足。此外,补充介绍材料成形加工新技术在不同领域的发展动态和科技成果介绍,激发学生的学习兴趣,扩展学生知识面,培养学生的创新能力。

另外,补充近年来发展迅猛的增材制造(3D打印)基本原理、常用工艺技术及其最新研究成果和发展动态。

2.3 教学方法改革

2.3.1 启发式教学

教师在教学过程中根据教学内容特点,从学生的实际出发,采用互动式、讨论式教学等多种方式,以启发学生的思维为核心,调动学生学习的主动性和积极性,培养学生的创新思维。对于某种成形新技术,在老师讲解基本理论的前提下,引导学生展开关于工艺技术过程的讨论,启发学生思考成形工艺过程中的参数设置、注意问题及应用拓展等。

2.3.2 翻转课堂教学

传统课堂教学是以教师为中心,教师根据课程教学大纲选用适当教材,并对教材进行二次开发,对知识点进行整理、整合和归纳,在课堂上,通过口头讲解,结合多媒体展示、板书等方法把知识传授给学生。这种教学模式中,老师起主导作用,学生主要是被动的接收知识。课堂上,老师与学生面对面,老师能够随时了解学生的学习状态,可以根据学生的接收情况随时调整重点难点。学生从小学就习惯了这种学习方式,面对老师,不容易走神,容易把握老师讲课的重点,有不懂的问题可以课下直接与老师交流,拉近师生关系。但是这种教学方式学生主动性差,独立思考、讨论交流的机会少,特别是对于研究生教学,不利于培养学生独立思考和分析问题、解决问题的能力。

翻转课堂教学是近年来兴起的一种创新的教学模式,课前让学生通过视频、微课等方式完成知识内容的学习,课堂上教师不再讲授课程基本内容,而是以学生为主体,围绕学生在学习中遇到的各种问题开展讨论和交流,将课堂注意力从教师的讲解转移到学生的学习上,教师不再是信息的展示者,更多是承担了辅导答疑的角色,学生成为课堂的主体,从被动接受变为主动探索。

如前所述,对于应用较为成熟的一些工艺技术,充分发挥研究生具有主动学习意识和自学能力强的特点,让学生通过自学、查阅文献资料,撰写文献综述或小论文,制作PPT,一位同学为主在课堂上进行讲解,然后大家提问、讨论。

翻转课堂的PPT汇报活跃了课堂气氛,增强了师生互动、生生互动,更能反映学生对课程内容的掌握情况,让教师了解他们在学习中的薄弱环节。

2.3.3 混合式教学

在当今信息化时代,单纯课堂教学的信息量少,不能充分利用互联网的海量信息。近年来,网络的普及和进步,特别是MOOC平台的迅速发展,为教学技术和手段注入了活力,对高等学校课堂教学产生了深刻的影响。网络教学平台已在本科课堂教学中得到大力推广和应用,并开始应用于研究生专业课程教学,为研究生教学改革提供了新的契机。

混合式教学是一种将线上的数字化在线教育与线下的课堂教学相结合的教学方式,借助MOOC在线教育资源与信息技术促进课程的教学,以达到更加有效的学习效果。既能发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用,又充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。高校混合式教学模式的探索与应用将成为高校推进研究生课程改革、提升课程教学质量、促进研究生人才培养的重要途径。

课前的学习,一般采用SPOC(Small Private Online Course),即小规模在线课程。教师课前要通过SPOC发布导学教案,明确学习内容、学习目标及要求,指导学生在线自学MOOC课程或SPOC资源。这一过程中教师也可以通过信息技术平台与学生进行网络交流,或者根据教学互动APP的数据统计了解学生的学习情况及存在的问题。

《现代材料成形理论与技术》这门课程在智慧树平台建设了SPOC课程,上传了PPT课件,录制或搜集整理了各种先进成形技术的动画、视频,供学生线上自学、观看。利用智慧树SPOC课程平台及“知到”教学互动软件可以进行问答、发布通知、布置作业等。在学生线上自学的基础上,线下课堂老师不再重复讲解课程基本内容,而是通过提问、答疑、测试等方式检查学生自学效果,或者利用翻转课堂,培养学生探究式学习、独立思考、创新精神和解决问题的能力。

2.4 考核方式改革

《现代材料成形理论与技术》课程传统的考核方式为平时成绩+闭卷考试,其中平时成绩主要包括考勤和作业情况,闭卷考试以简答题和论述题为主,重点考察课程所涉及的成形基本原理、特点及应用,需要学生记忆大量的概念和知识点,对学生复习造成很大负担,不利于学生创新和实践能力的培养。教学方法改革后,课程考核方式也进行了相应改革,首先适当增加平时成绩所占的比重,平时成绩除了考勤和作业以外,还要考核学生PPT汇报或撰写课程论文能力,促进学生的主动学习和探究式学习。其次,闭卷考试中增加综合分析题目,考查学生理论联系实际、分析问题、解决问题的能力。

3 结论

《现代材料成形理论与技术》课程内容知识面广,连贯性、融合性差,新的成形理论及技术不断出现,教材内容更新跟不上新技术的发展,课程实践环节的缺失不利于学生对理论知识的牢固掌握。研究生课程建设重视对学生思维能力、创新意识的培养,优化教师团队,缩减陈旧教学内容学时,补充先进成形理论技术及科技前沿动态教育,通过视频、动画及虚拟仿真弥补实践环节的缺失,利用启发式教学、翻转课堂、混合式教学提高学生主动学习能力,培养学生思维能力、创新意识和解决问题能力。

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