趙燕春+寇生中+李春燕

摘要：黨的十屆三中全會強調深化教育領域綜合改革，教學改革一直是教育領域探討的重要課題。本文基于形狀記憶合金復合材料創新課程，以理論為基礎，以實驗實踐為主體教學方法，培養學生的動手能力、實踐創新能力，啟迪學生探索新材料、新學科、新問題的興趣，逐步研究創新課程的教學改革，以期達到創新課程申請與設置的目的和要求。

關鍵詞：教學改革；復合材料制備；創新能力；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0078-02

形狀記憶合金復合材料的TRIP（Transition Induced Plasticity，相變誘發塑性）效應分析是針對材料類專業開設的一門實驗創新課程。其中，復合材料制備及組織性能研究部分通過理論聯系實驗分析方法教學，是多學科研究的交叉點，涉及鑄造、熱處理工藝和材料科學微觀組織、力學性能的表征方法，是原理及其應用、理論及其與實踐辯證關系的很好體現。本課程的任務是通過實驗提高學生對理論專業知識的綜合應用能力和實際動手能力，結合課題項目研究，講授研究背景、實驗原理、分析測試方法等，引導學生設計和優化實驗方案，熔煉制備合金，對材料的結構性能進行表征，分析討論實驗結果，激發學生的科研熱情，培養他們專業方向的創新意識。

一、明確創新課程的設置背景，凝聚學生的注意力和關注度

材料科學研究無論是理論教學還是實驗教學，學生的注意力和對材料領域的關注度不是很積極，似乎更在乎考試成績，這是因為材料科學理論枯燥，實驗步驟繁多，而實驗結果的正確性卻難以保證，只能不斷實驗，重復實驗，依據理論分析數據來判斷材料研制是否達到預期目標。近年來，總結課程隨堂教學，但凡講一些課題背景和現實市場的價值意義，就會發現學生的熱情高漲，問得多，想得也多。

創新課程形狀記憶合金復合材料的TRIP效應分析是總結項目過程中筆者發現的材料研究相變誘發塑性的分析方法，目的是激起對新材料研制的注意和關注。形狀記憶效應（shape memory effect，簡稱SME），主要源于合金的隨溫度升降而消長的熱彈性馬氏體相變及其逆轉變。研究發現，一些高溫形狀記憶合金體系，如目前應用最為廣泛的NiTi系，具有優異的形狀記憶和超彈性能、良好的力學性能、耐腐蝕性和生物相容性，并同時具有一定的非晶形成能力，引起學者們的重視。隨著老齡化社會的到來，人們的健康問題日益突顯，用替代品更換老化或損壞的器官、組織的需求越來越多。隨著生活水平的提高，人們對健康、審美的需求也相應提升，已不滿足于只用不銹鋼等普通材料進行器官修復，對綜合性能優異的材料需求日增。NiTi形狀記憶合金與傳統醫用材料316L不銹鋼相比，其密度小，與骨組織相近，適合硬組織的修復。它的彈性模量低，與人體骨骼接近，極大地降低應力遮擋作用，避免骨質疏松、肌肉萎縮等，但NiTi形狀記憶合金里含有大量Ni離子，局部腐蝕形成后，Ni離子大量溶出，造成生物相容性惡化，因此，綜合性能更為優異的新型記憶合金亟待研制。

通過創新課程設置的背景，明確學科地位，提升關注度，分析研究材料的優越性，抓住其強度高、比重輕、耐蝕性好、生物相容性優良等特點，提出需要研究解決的科學問題，激發學生的注意力和關注度。

二、創新課程理論教學，激發學生的創造性思考

教學理論是研究課程本身的規律及其應用的理論，其研究對象是TRIP效應理論分析和教學問題，揭示其在復合材料形變過程中的作用機制，總結新材料的設計理念和結構特點。通過介紹形狀記憶合金材料的研究前沿及其在生物醫學、工業、航空航天上的應用，使學生充分地理解課程背景，激發學習興趣和探知欲。通過結合專業理論，揭示新材料的研究規律，不斷提高理論成果的抽象概括水平，在已有理論和原理的指導下，通過多媒體教學與傳統教學相結合，在教學過程中充分利用多媒體展示圖形、重要概念和結論及公式、理論擴展分析等內容，適時采用板書教學進行補充，借用視頻等生動活潑的素材向學生告知目前的研究重點和存在問題，如，材料探索、形成經驗規律、判據，材料加工、鑄造、擠壓等工藝條件的影響，凝固過程的組織演變和溫度場的關系，形狀記憶晶相在基體中的變形機制及TRIP效應對復合材料性能的影響規律等，凸顯新材料的優越性、實用性、科學性和先進性，使學生親身感受這門課程確有科學研究意義和實際應用價值，繼而提出亟待解決的關鍵問題，充分挖掘學生對該課程的崇尚情感和價值觀，養成良好的科學態度和品格修養。創新課程要更好地注意難易結合，采用多回憶、多提醒的方式啟發學生回憶以前的基本知識，使學生能夠認識到復合材料制備過程涉及的成分設計、熱力學、動力學、組織結構和性能等是一個完善的整體，是應用于材料工程中的一套完整理論，是理解已有生產技術和工藝流程、建立新技術和工藝流程的指南和工具，起著承上啟下、基礎理論與專業生產實踐相聯系的橋梁和紐帶作用。激發學生思考和探知，可以啟發他們形成發散性思維、批判性思維和創造性思維。

三、掌握學生的性格特長，合理安排實驗任務

創新課程是為了滿足部分學生的興趣、愛好和特長而設置的，由學生根據自身素質結合課程設置要求和培養目標自愿選擇。因為這門課程是跨學科、跨專業的，所以選課的學生能力和特點各有不同，教學過程中一定要把握好學生的性格特征和心理特點[1，2]，讓學生多交流，多發言，積極創造學習情感氛圍，創造一種以學生為本、以學生為中心的課堂環境，理解學生發言是根據自己的能力思考而說出來的，通過“啟發式”和“互動式”教學，激發學習興趣和求知欲，使學生養成良好的分析問題能力和勤于思考的習慣。培養學生自主做好實驗前的各項準備，啟發學生進行互動式的討論、提問、講解，教師要及時總結方法。注重講授內容完整性的同時，教師在教學過程中應注意難點的平緩過渡，做到通俗易懂，根據學生的言論和特點給予高度鼓勵和評價，通過雙向交流、觀察、討論掌握學生的性格特點，合理安排實驗任務。掌握微觀組織表征和分析方法，包括XRD分析相組成、金相組織分析、掃描電鏡等，了解透射電鏡制樣方法和分析；掌握利用熱力學分析測定相變溫度、相變潛熱、特征溫度的方法；掌握力學性能測試，包括顯微硬度、壓縮或拉伸性能等，會分析應力—應變曲線。這些實驗并不是每個學生可以單獨完成的，需要共同協作，需要具體分工，通過平時的交流觀察，進行合理分工，充分發揮每個人的特長優勢，同時要發揮整體效能，培養團隊精神，讓每個學生在實驗中感受學習的快樂，享受實驗成功的喜悅和成就感。

四、創新課程實驗教學，培養學生的動手能力

創新實驗教學，要讓學生掌握這門課程的教學目的和教學任務[3]。合理的教學安排，就是創新的體現。形狀記憶合金復合材料的TRIP效應分析課程設置要讓學生掌握：原料的選擇和母合金熔制；理解合金體系成分選擇思路和原理，掌握煉制母合金的方法及反復熔煉的影響；掌握水冷銅坩堝懸浮熔煉—銅模鑄造法制備合金試樣，理解設備原理，掌握熔煉鑄造中的操作方法和參數控制，了解真空度和過熱度等對合金組織結構和性能的影響；微觀組織表征與性能測試，掌握微觀組織表征和分析方法，分析溫度梯度場中組織梯度的演變規律；理解銅模鑄造過程中，在沿徑向負溫度梯度場作用下，鑄態組織的梯度性特點，總結成分—組織之間的關系；學會TRIP效應對基體的韌塑化分析等。這些內容是研究新材料的關鍵實驗方案，是培養學生動手能力的最佳方法。通過項目實施過程的成功經驗，并用其帶動和影響學生參與科研活動，積極開辟第二課堂，如QQ群、微信群、會議等，通過吸收學生參與科研課題，鞏固和深化專業培養思想。只有讓學生積極地投入實踐，才能將知識轉化為能力，才能更好地培養學生的創新意識，逐漸提高他們的實踐動手能力、自學能力、分析問題和解決問題的能力。

五、展現人文關懷，啟迪學生探索新材料的積極性

孔子曰：師者，所以傳道授業解惑也。中國自三黃五帝以來，一直對教師都很崇拜。教師是人類靈魂的工程師，對學生的學習、生活和工作都會產生重要影響。隨著社會經濟的發展、社會環境的變化及就業壓力等，學生的心理和性格都會受到一些影響，“良師益友”成為當代教學、教師與學生的經典話語，也更為重要。加強和改進教育教學的工作作風，注重學生的人文關懷和心理疏導，緊密結合當代大學生的所想、所思、所行、所為，給予積極的引導，在生活上、學習上、實驗過程中實施人性化管理，展現人文關懷，不斷改進教學服務態度，創新教學服務方式，尊重學生，關心學生，理解學生，做學生的朋友。啟迪學生探索新材料的積極性，主動掌握學習動機、學習目的和出發點，培養學習興趣和學習責任感等非智力的情感因素。

總之，創新課程在教學過程會遇到很多問題和困難，要積極地探索新的教學模式，培養學生的求知、探索及創新能力，提高教學質量，夯實人才培養的基礎。

參考文獻：

[1]劉熙媛，徐東強，韓紅霞，等.土力學試驗教學改革與學生創新能力的培養[J].教育教學論壇，2013，（1）：41-42.

[2]陳靈，彭成紅，加強研究性實驗教學提高學生的創新能力[J].實驗室研究與探索，2010，29（8）：202-205.

[3]張奇偉，孫海勤，張邦文.復合材料專業創新性實驗的設計與探索[J].教育教學論壇，2014，（6）：239-240.