以科學研究，促進開放型材料創新實驗教學體系的建立

張旭茗+蓋登宇+常云鵬+丁明惠+侯樂干+牛中毅

摘要：結合院系材料學專業科研方向及成果和材料實驗教學中心的資源情況，隨時將最新的科研成果引入到實驗教學中，建立開放型的材料創新實驗教學體系，并對材料創新課程的成果反饋進行了分析，真正實現了利用科研來促進材料實驗教學。

關鍵詞：科研成果；創新實驗；教學體系；教學成果

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）19-0274-02

一、引言

材料科學與工程專業是一門以實驗為基礎的學科。材料專業的實驗教學多以驗證型實驗為主，學生嚴格按照實驗指導書進行實驗，難以激發學生的興趣及創新性思維。科研過程具有探索創新性，而科研成果又具有前沿性，所以高校人才培養中，應該利用科研來促進教學，尤其是實踐教學。將科研中最新的理論及技術，轉變為適合實踐教學的知識及技能，在教學中可以有針對性地培養學生的科研意識及能力，從而將科研促進實踐教學，成為提高學生創新能力與實踐能力的有效途徑。作者針對哈爾濱工程大學材料學科服務于船舶及海洋研究的特點，結合實驗中心設備及人員條件特征，建立了以科研促進開放型材料創新實驗的教學體系。

二、實驗項目的開發

（一）實驗項目的調查研究

哈爾濱工程大學材料學研究以船舶與海洋應用方向研究為主，其他研究為輔，主要研究領域包括超輕材料與表面技術、海洋先進材料、高性能金屬材料、表界面科學與技術、海洋工程金屬材料、微納新材料及生物醫用材料與工程等，涉及船舶及海洋用材料的開發、性能及應用等方方面面。目前材料實驗教學中心擁有材料科學基礎、材料測試、材料計算、材料物理、材料制備及表面工程技術實驗室，所有實驗室面向全校開放，充分滿足教學及科研的需求。

通過學習國內外大學在學生創新實踐以及綜合能力培養方面的成果經驗，并研究其實驗內容、實驗方法及實驗手段，結合我校材料學科研究內容及發展方向和實驗中心自身情況，將科研中具有前沿性、創新性、實用性及可行性的內容，引入到材料創新實驗中來。由學生根據興趣自主選題，自主完成實驗方案及過程設計，并自主完成實驗過程及實驗總結報告，指導教師只起到輔助、協調和技術監督的作用。實驗成果可以以報告及實物等多種形式給出，為大學生取得科技成果及發表科技論文提供實踐依據，從而將科研引入到教學，實現實驗課程的開放性及創新性。

（二）實驗項目基本情況

實驗中心與各研究所合作把教師最新科研成果引入實驗項目中作為實驗素材。結合實驗人員的專業水平，提煉、選擇相適應的理論和成果，規劃設定出實驗的方向和內容。學生以自由組合的5—7人項目組來完成項目。項目組將采用合適的材料科學與工程模型，通過比較研究材料設計、加工及性能之間的關系提高學生對材料科學的理解，培養學生工程創新及科研業務水平。每個項目組由實驗中心指派指導教師一人，實踐指導將通過口頭交流、研討會以及多媒體交流等方式完成。

考慮到學生已經具備材料科學基礎知識及基本的加工、計算、分析測試知識，并進行過基本的材料實驗技能訓練，實驗項目設定應具備模擬計算、加工以及分析測試等多個材料科學研究手段。但根據實際情況，只要設計有理有據、實驗真實可信、過程完整，允許實驗結果不夠理想。結合學校材料學科研究方向，制定了幾種實驗項目，其中實驗項目應根據最新的科研成果、具體實驗室資源及科研方向，進行及時的調整。下面列出了其中五種實驗項目：（1）“淬火鋼回火轉變的電阻及組織研究”，采用目前研究的發動機用淬火鋼，對其回火過程中的組織轉變及電阻變化過程進行建模并利用熱力學軟件進行模擬，同時對試樣進行淬火及回火處理，并對回火后的組織、物相及電阻進行分析，結合模擬結果，研究淬火鋼回火轉變的電阻及組織轉變；（2）“結構材料失效的預測及分析”，以目前研究的船用結構鋼為研究對象，首先對鋼材失效分析的基本路徑進行規劃，然后通過實驗對宏觀斷口、微觀斷口及夾雜進行分析，同時通過建模，利用有限元軟件對鋼材的失效過程進行模擬，最后結合測試及模擬結果，實現對結構材料的失效進行預測及分析；（3）“材料鹽霧腐蝕及防護研究”，針對船用鋁合金容易受海水腐蝕使材料失效的特點，以船用鋁合金為研究對象，建立材料鹽霧腐蝕過程模型，通過正交試驗對材料進行鹽霧腐蝕試驗，然后對腐蝕后的材料進行表面形貌、失重及腐蝕類型等分析，結合鹽霧腐蝕模型，研究材料的鹽霧腐蝕過程，同時給出防護措施；（4）“鎳基合金涂層的制備及性能分析”，針對鎳基合金涂層具有耐磨及耐沖蝕等特征，利用激光表面熔覆方法在不銹鋼表面制備鎳基合金涂層，并對涂層進行熱處理，研究涂層的顯微組織、表面化學成分及相組成，并分析涂層的摩擦磨損性能及沖蝕性能；（5）“鎂合金固溶及時效組織與性能研究”，以生物醫用鎂合金為研究背景，設計具有生物相容性的鎂合金，并熔煉所設計的鎂合金，同時對合金進行軋制及熱處理，研究合金的顯微組織、物相、力學性能、生物相容性及生物降解性能。

以上項目設計均考慮到時間和資源限制，項目盡量避免采用超出實驗室能力的材料、加工以及測試方法，所有實驗能夠在實驗中心完成。項目涉及文獻調研、計劃、實施、報告等比較全面的研究內容。同時，要求學生在進行實驗前，必須提供包括詳盡的實驗計劃的可行性報告，由指導教師批準后方可開始實驗。項目組在實驗過程中進行不少于兩次階段性報告會，其中一次為英文報告會，報告會主要針對實驗進展、最初實驗設計的合理性與調整思路。要求有多媒體匯報并且小組成員應輪流擔任匯報人，最終須有結題報告及匯報。通過完成實驗項目的形式，使學生對材料學專業基礎知識有了更深入的理解，同時提高科研水平及創新能力。同時，實驗與大學生科技創新體系互動，實驗室完全對學生開放，允許學生把創新中的成果作進一步的深入實驗，或把實驗研究項目列入到大學生創新項目中。

三、科研成果引入到材料創新實驗的成效及思考

材料學專業，將教師在科研中的成果引入到大學生創新實驗教學中。材料創新實驗項目的選題基本來源于教師的科學研究和技術開發項目，結合了學校研究方向上的優勢，創新性和專業性更強，全面培養學生的材料學研究基本技能及手段。學生通過材料創新實驗的訓練，研究能力和獨立思考能力明顯提高。材料創新實驗項目取得了許多科研成果，有些實驗項目參加了校級、省級的科研創新大賽，并取得優異的成績，有的實驗項目（例如“鎳基合金涂層的制備及性能分析”）甚至發表了學術論文，培養了學生的科研能力和科研信念，這些為學生今后從事科研工作打下了堅實的基礎。

材料創新實驗將傳統單一、驗證性實驗轉變為綜合的創新性實驗，并且對實驗內容、手段和條件進行了更新，也取得了一定成果，但目前材料創新實驗還存在一定的不足，具體表現在：一方面，實驗教學中心雖然對學生全面開放，但實驗設備和人員資源畢竟有限，使學生一些更好的想法受到限制；另一方面，對于本科生來說，由于受到專業基本知識的限制，不能夠更深入地了解一些正在研究的課題，使實驗項目的選擇受到限制。針對以上問題，實驗中心準備加強與學院各研究所及理論課教師之間的聯系，通過開放研究所實驗設備，以及研究人員進行專題講座或介入指導學生實驗的方式來進行教學，建立實驗中心與研究所合作的方式，如果可能，可以通過建立跨學科的方式，加強學生對實驗項目的理解，同時使材料創新實驗達到真正的全面開放，更好地為學生服務。

四、結束語

以科研為背景，將教師的科研項目引入到材料創新實驗教學中，結合學校資源，制定合理的實驗項目，并指導學生完成實驗內容，通過實驗過程，培養學生綜合運用知識的能力及勇于探索的開拓精神，優化實驗教學內容的同時，也為建設高質量實驗教學等方面起到積極的推動作用。在實踐教學過程中，還需要進一步探索和總結，通過多種形式把最新的科研成果引入到實驗教學中，使材料創新實驗獲得更好的成效，進而提高實驗教學質量及培養更優秀的創新型人才。

參考文獻：

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Use the Scientific Research to Improve Establishment of the Materials Innovation Practice Teaching System

ZHANG Xu-ming，GE Deng-yu，CHANG Yun-peng，DING Ming-hui，HOU Le-gan，NIU Zhong-yi

（College of Material Science and Chemistry Engineering，Harbin Engineering University，Harbin，

Heilongjiang 150001，China）

Abstract：The latest scientific research achievements of material science are introduced into experimental teaching，combined with the research direction of material science in our school and teaching resources of material experimental teaching center. The open material innovation experimental teaching system is established，and the teaching achievements are analyzed. The idea to take the advantage of research results to promote experimental teaching is achieved.

Key words：scientific research achievement；innovation experiment；teaching system；teaching Achievement