新工科背景下強化實踐，探索“現代表面工程與技術”課程教學新模式

周海暉

摘要：論文在分析新工科對人才培養的要求及“現代表面工程與技術”課程特點的基礎上，指出了傳統教學模式的不足。提出優化課堂教學內容和方法，將表面技術實施的工程案例等引入課堂；特別是將現場參觀、科研實驗參與等多方式的實踐融入教學，激發學生的學習興趣和培養工程創新能力。并通過考評方法改革，確保強化工程實踐落實的效果。

關鍵詞：新工科人才培養，現代表面工程與技術，案例式教學模式，工程實踐

1.新工科背景下對應用化學人才培養的要求

2017年2月教育部發布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，希望各地高校開展新工科的研究實踐活動，深化工程教育。在教育部的文件中，新工科的主要研究內容歸納為“五個新”，其中與教師教學有關的有：高校要樹立創新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”，探索實施工程教育人才培養的“新模式”，打造具有國際競爭力的工程教育“新質量”等[1]。

目前，以新技術、新業態、新產業為特點的新經濟發展迅速，我國制造業處于轉型升級關鍵時期，存在領軍人才和大國工匠緊缺，基礎制造、先進制造技術領域人才缺乏，支撐轉型升級能力不強等不足。就工程人才培養而言，我國工程教育大而不強，制造業人才培養普遍與企業實際需求脫節，產業與教育融合不夠深入、工程教育實踐環節薄弱，學校和培訓機構基礎能力建設滯后[2]。與傳統的工科人才相比，未來新興產業和新經濟需要的是工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才[1，3]。

顯然大學對于新工科人才培養需要探索新的教學方法、充實教學內容，促使學生在更廣泛的專業交叉和融合中學習；強化學生的工程實踐能力和創新能力的培養。這樣培養出的新工科人才才能確保“中國制造2025”、創新驅動發展、“互聯網+”等國家重大戰略的實施。湖南大學化學化工學院應用化學專業（原金屬腐蝕與防護專業）幾十年來一直培養從事表面技術的工科人才，在當前的新經濟形勢下，應主動適應新工科要求，創新人才培養的新理念、新模式，提升培養質量，培養出符合國家建設需要的工程實踐能力強、具有創新能力的新工科人才。

2.“現代表面工程與技術”課程的特點及傳統教學模式的不足

“現代表面工程與技術”課程是應用化學專業的一門專業課，這門課講授的很多表面技術可應用于新材料的改性和先進制造，對于培養制造業轉型升級人才非常重要[4]。這門課程的特點是內容非常多、涉及的應用面很廣、還有很多化學和材料的交叉知識[5-6]。具體而言，除表面科學等理論知識外，涉及的表面技術有13大類，如熱噴涂、化學鍍、化學轉化膜技術等，每大類技術又包含幾種發展中的技術。每種技術的特點、適用的工程領域、技術路線、典型設備、工藝參數、材料、性能等都不相同。涉及的材料有金屬、無機、高分子、復合材料；涉及的性能有力學、摩擦磨損、耐腐蝕、功能等性能；應用的領域有：冶金、鋼鐵、礦山、電子電器、電力、汽車、機械等行業。

傳統的教學方法基本是按表面技術的大類，逐一介紹，課堂教學以教師講授為主，學生參與度不高。有些內容比較陳舊，如電鍍技術的應用越來越受限；另外，學生很少觀看過各種表面技術的實際使用的現場，因此對于所講的知識沒有感性認識，只有死記硬背，學過后就很快忘記，更難以把所學的知識靈活運用到工程實際[4-6]。這樣的培養模式顯然不能適應新工科人才培養的要求。

3.強化實踐的課程教學新模式的思路

學生是教學的主體，教學需以學生為中心。欲提高教學效果，必須充分調動學生學習的積極性和學習的參與度[7-8]。改革的思路是從部分優化教學內容、將多方式的實踐融入教學、課堂授課和考評方式改革等幾個方面入手提高教學效果。

（1）課堂教學內容的優化

理清課程和各章講授的主線，優化講授內容。通過將表面技術的科研成果、工程應用的新進展等引入課堂教學，使學生在掌握理論知識的基礎上，把握表面技術與工程發展動態，開闊視野，適應新產業的需要。

（2）將多方式的實踐融入教學

將現場參觀實踐融入教學。帶領學生有針對性地到生產現場參觀學習1-2次。通過提前布置思考題、現場觀察、提問等加強對工程實踐的認識，訓練學生將表面技術應用到工程實際的能力。

科研實驗的實施。創新性學習是培養新工科人才的關鍵。充分利用專業課題組表面技術方向及實驗室儀器設備的條件。讓學生利用課余時間參觀和參與課題組與表面處理相關的科研實驗，提高對各種表面技術及應用的理解，并培養工程創新能力。

（3）課堂教學方法及考評制度的改革

采用案例式教學方法，充分利用多媒體等現代媒介，引導學生從多方位、多角度思考問題、課堂討論，激發學生的學習熱情和積極性。在課堂上啟發學生把所學知識與工程問題聯系起來，培養學生的工程觀念。

成績考評既要全面地考核學生對課堂知識的掌握程度，同時也要促使學生在平時努力并在學習中樹立工程觀念，能綜合運用所學知識解決工程實際問題。

4.教學改革實施過程及效果

（1）課堂教學內容的優化

理清講授主線，組織課堂內容。以各種表面技術為基本章節，對于每一種表面技術按照技術原理-特點-設備-工藝-應用的知識框架講授。涉及具體應用案例時，以材料組成與結構-性能-制備技術-應用關系為線索。這樣來組織講課內容，邏輯非常清晰，容易突出每種表面技術的特點，還建立了材料基本研究方法。

引入新知識、新進展。結合現代表面工程與技術的發展，將比較陳舊的教學內容如電鍍技術的課時壓縮。把課題組涉及表面處理工程與技術的科研成果、學科發展前沿等引入課堂，提升教學效果。增加介紹熱噴涂、氣相沉積、電刷鍍等表面處理技術的新工藝、新設備、應用領域新進展的內容。

（2）多種實踐方式融入教學改革的實施

①現場參觀實踐融入教學的實施

現代表面工程與技術與其它理論課程的不同之處在于它不僅有豐富的理論知識，而且還具有很強的實踐性。最終的教學效果不僅僅體現在學生考試成績的高低，更重要的是學生運用所學理論知識解決實際問題的能力掌握得如何。在課前的業余時間組織學生到附近從事氣相沉積的單位進行現場參觀，將學生分為3-5組，每組重點參觀和記錄的內容各有側重，如設備、工藝路線、質量控制、技改方向等。以參觀記錄的內容為基礎，通過查找文獻資料準備小組PPT，課堂教學時以此為典型案例進行專題討論。學生分組講授4-5分鐘，然后同學和老師提問、討論，通過這一比較完整的訓練過程，提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力以及表達能力。同時激發學生對生產實際的認識和學習的興趣。

②科研實驗的實施

本課程涉及的表面處理技術種類繁多，每一種表面技術各具其特點，而且相互獨立。我充分利用課題組表面處理方向及實驗室儀器設備的條件，積極給學生營造動手操作的機會。讓學生利用課余時間參與課題組與表面處理相關的科研實驗。學生分組參觀了本課題組的鋁合金硬質陽極氧化、化學鍍等表面技術研究，我現場介紹硬質氧化與普通陽極氧化的性能優勢、工藝要點等，解答化學鍍的原理與應用前景。約有一半的學生饒有興趣地課余參加了這兩個課題的實驗研究，通過親自動手加深了對表面技術原理、設備、工藝等的掌握，課程教學質量和效果得到了提升。

（3）課堂教學方法及考評制度的改革

課堂教學方面，改變單一由老師講授的不足。采用觀看短視頻、增加案例的討論式教學等方法。下載了一些表面技術制備涂層或現場應用的短視頻，一般控制在3分鐘以內，增加學生的感性認識，如采用電刷鍍技術在印刷線路板上鍍銅、高速火焰噴涂修復煉鋼軋輥等視頻。

增加案例式教學。在第1次課后提前留下作業，平均每2章提出一個工程應用中的案例，學完相應章后讓學生進行討論，請2-4個同學發言，老師點評或啟發同學聯系所學知識分析和解決該問題。時間控制在10-15分鐘。這樣與簡單重復的章末復習相比，學生綜合運用知識解決工程實際問題的能力得到了提高。如在學習熱噴涂技術時，啟發學生從噴涂材料、涂層結構以及噴涂工藝、設備、實施過程等方面進行分析、考慮，提出礦山機械和耐酸泵的修復方案。在學習物理氣相沉積技術時，給出一個要制備的合金膜層，讓學生討論如何分別使用真空蒸鍍和濺射鍍來實現等。總之，想方設法引導學生從多方位、多角度思考問題，啟發學生把所學知識與工程問題聯系起來，培養學生的工程觀念。

考評方法是強化工程實踐改革效果落實的重要保證。將考評分為三個方面：平時成績，包括到課情況、課堂討論表現、課后作業情況等，占總成績的30%；實踐操作成績，包括實驗報告、現場參觀報告等，占總成績的20%；期末考試成績，占總成績的50%，在期末考試中增加對工程實際問題進行分析、提出解決方案等主觀題的比例，考查學生運用知識的能力。

經過1年的實踐，學生普遍反映學習興趣提高，對表面技術及其實際應用的理解不再抽象，覺得有收獲。今后我將尋找更多、更好的案例，充分融入理論、技術、新應用，進一步提高講課效果，為祖國培養更優秀的從事表面技術的新工科人才。

參考文獻：

[1]胡波，馮輝，韓偉力，徐雷，加快新工科建設，推進工程教育改革創新——“綜合性高校工程教育發展戰略研討會”綜述，復旦教育論壇，2017， 15 （2）： 20-28

[2]闞鳳云，陳彬，新工科：一場工程教育新革命？，中國科學報，（2017-03-14 第6版 動態）

[3]陳慧， 陳敏， 關于綜合性大學培養新工科人才的思考與探索，高等工程教育研究， 2017 （2）： 19-23

[4]呂迎，李俊剛，王軍，李慕勤，吳明忠，現代表面技術課程教學改革，中國冶金教育，2012 （4）： 26-29

[5]董志紅，馮威，朱曉東，“表面工程技術”的教學改革初探，科教導刊2016（18），85-86

[6]田立輝，盧向雨，材料表面工程技術本科教學改革探索，2017， 16（3）： 217-218）

[7]張紅松，陳曉鴿，地方院校表面工程技術課程教學改革探討，鄭州鐵路職業技術學院學報，2014 （2）： 80-82

[8]劉薇，現代表面技術課程教學方法的改革，中國冶金教育，2009 （4）： 38-39

湖南大學校級教改項目資助。