以建设优质课程为导向对研究生《材料连接模拟与仿真》课程进行教学改革探索与实践

朱政强 冯衫衫

（南昌大学机电工程学院 江西·南昌 330031）

0 引言

研究生的教育属于高精尖人才教育，在新工科建设的背景下，培养具有前瞻视野、创新精神和实践能力的复合型人才来满足国家战略和新兴产业发展需求具有重大意义[1]。教育部强调要立足研究生能力培养和长远发展加强课程建设，高度重视课程学习在研究生培养中的重要作用[2]。《材料连接模拟与仿真》是一门材料加工工程二级学科的研究生课程，主要是在材料热加工理论指导下，通过数值模拟和物理模拟，在试验室动态仿真材料的热加工过程，预测实际工艺条件下材料的最后组织、性能和质量，进而实现热加工工艺的优化设计，目前已经成为世界上一种应用非常广泛的科研手段。

本文提出以建设研究生优质课程为导向，对课程进行教学改革，旨在提升研究生的学习质量，以材料连接为对象，以应用为目的，以实践为重点，实现学生专业学科水平与专业实践能力的整体提高，从而达到在研究生阶段培养卓越工程师综合素质的成效。

1 课程存在的问题

《材料连接模拟与仿真》课程自设立以来，在逐渐完善的建设中已经取得了一定的成效，但是仍然存在一些不足。

长期以来对课程理论内容教学和实践能力教学的学时分配不合理，过于重视理论解析而忽视了科研需要紧密结合实践，导致没有充分的实践教学而让学生不能做到学以致用；课程的理论教授沿用了传统的教师单方面传授讲解的教学方式，未充分意识到理论的抽象和繁多，导致课堂枯燥，学生不能完全全面深入地把握理论知识；对于网络资源的重要性意识不足，未能充分利用网络的优越性，为学生提供丰富的学习资料和交流学习的渠道。

针对如上问题，对《材料连接模拟与仿真》课程教学进行了以下几个方面的教学改革，提升教学质量。

2 教学改革措施

2.1 教学内容

（1）更新课程内容体系结构。《材料连接模拟与仿真》将统一的教学内容分化成三个部分，三部分各成一体又相互联系。以焊接仿真理论为基础，学习焊接热传导、焊接熔池中的流体动力学、焊接电弧的传热过程，构建焊接仿真知识框架；以有限元理论为进阶，学习有限元理论和有限元软件介绍，为材料连接模拟仿真的实际操作奠定基础；以具体焊接方法的模拟与仿真为依托，学习焊接冶金和焊接接头组织性能的预测、焊接变形和残余应力的预测、高温蠕变分析和局部焊后热处理、焊接过程中的氢扩散、特种焊接过程的数值摸拟以及焊接接头的力学行为分析等，深入学生对于模拟过程的理解和应用。教学内容的合理分配可以使知识结构更为合理，帮助学生一步步掌握知识，同时举一反三将科学有效的学习方法运用到其他学科当中[3]。

（2）科研成果融入教学。将相关科研成果融入到教学内容中，以学生为中心，任务为导向的教学模式将理论知识、实践操作、科研需求有机结合为一个整体，促进理论知识与实践技能的有机结合，将提升《材料连接模拟与仿真》课程的内涵建设，增加学习趣味性，为研究生的实际科研提供学习助力。同时使教学内容与学术研究的发展同步，由空泛变得具体[4]。

（3）理论与实践相结合。探索课堂教学和“创新实践训练环节”实践教学有机衔接的模式，设置“铝合金平板氩弧焊温度场和应力场分布”创新实践训练模块作为课程教学的延伸和补充，提高学生的创新能力。以任务为导向,精心编写上机实验指导书，以强化上机实践环节。

2.2 教学条件

（1）教材使用与建设。本课程结合本学院学科情况，选用合适的教材并自己编写和修订了授课课件、课程重难点解析资料和上机实验指导书。在教材的建设方面，本课程计划编写完善新教材，在目前的授课内容基础上补充加入铆接、胶接的模拟仿真，使得该课程内容更加丰满，具有更强的实用性。

（2）丰富教学资料。收集整理各大相关企业的真实案例、典型科研案例或图片，当前应用比较广泛的模拟软件的链接网址或网站，购买最新的ANSYS软件，结合科研创新，完善课程保障条件。

（3）网络资源建设。丰富完善网络教学平台，建设课程网页，包含课程教学大纲、教学进度表、教学视频、多媒体课件（含思考题和习题）、推荐参考书以及案例教学材料等资源。同时充分利用网络教学平台的交流区，以供教师和学生相互交流，开阔学生眼界，培养探究精神。

2.3 教学方法与教学手段

（1）采取“Seminar-PBL”教学法和案例教学法相结合的教学方法。Seminar教学法是一种是以学生为中心，强调课堂多维互动的研讨式教学方式，PBL教学法即“以问题导向的学习”[5]。教师根据教学大纲在讲课过程中融入案例教学[6]，使晦涩难懂的理论知识更加生动形象的同时，在授课过程中设置问题，学生自由分组根据所设问题相互探讨交流，以培养学生分析及解决问题的能力，启迪学生的创新性思维。最后，由任课老师解答各组同学的问题，进行归纳总结和集中点评。

（2）充分利用互联网，特别是学校图书馆的期刊网站和网络教学平台上的相关资源，来充实课堂的内容，节约课堂教学时间，提高教学质量。

（3）科研成果及时转化为课程教学资源，促进教学效果提高。本课程所设置的“铝合金平板氩弧焊温度场和应力场分布”训练模块来自教师的科研项目，通过课题的实施、学生的参与，促进了科研设施用于实践教学，在提高科研设施利用率的同时也改善了实践教学的条件、提高了实践教学的质量。

2.4 教学效果考核与评价体系

（1）改变考核方式。由单一的闭卷理论考试改为多形式考核，如文献综述、PPT的专题演讲和讨论、实践项目完成度等，此外学生的课堂出勤率，平时课堂表现也纳入考察标准。全方面、多形式的考核可以充分调动学生积极性，提高学生的学习参与度。

（2）增加课程评价体系。建立评价体系，制定评价表、确定评价内容。具体评价主要通过学生反馈：支持学生对课程的突出之处和不足之处自愿采取实名或匿名的方式提出；校内专家评价：校内督导组和其他专家听课评教；企业教学效果评价反馈：采用走访企业和校外专家座谈的形式，了解社会对课程教学效果的评价。

3 总结

教学改革探索与实践是为了培养高新技术人才，《材料连接模拟与仿真》作为材料加工工程专业的一门重要课程，从实际出发，结合研究生教学特点，完善教学内容，重新构建教学体系，重视科研与教学、理论与实践的结合，从各方面提升教学条件，结合运用多种教学方式和教学手段，实现了研究生理论知识认识和实践应用能力的整体提高。本文研究成果有望广泛应用于材料加工类专业的教学过程中，配合卓越工程师培养计划的实施，提高工程教育培养人才质量。