簡析大學本科生開展科研創新訓練教學的模式

趙燕春+寇生中+李春燕

摘要：科研創新訓練教學是將本科學生的專業素質與科研創新潛能結合起來，及早發現并培養本科生的科研能力，充分調動學生的創新積極性，是素質教育的核心。同時，培養創新人才也是我國高校的責任和義務。本文結合高強韌金屬玻璃基復合材料的開發與性能優化，著重培養學生的創新意識，拓展學生的視野，強化學生的實驗動手能力，促進學生自身全面發展。

關鍵詞：科研創新訓練；科研能力；創新積極性；全面發展

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）52-0214-02

一、概述

習近平主席說：“在創新實踐中發現人才、在創新活動中培育人才、在創新事業中凝聚人才，聚天下英才而用之，讓更多千里馬競相奔騰。”開展科研創新訓練，充分開發學生的能動性和積極性，培養創新型科研人才基礎，強化其創新精神和創新能力，是高校教師的責任和義務。讓本科生親身參與高強韌金屬玻璃基復合材料的開發與性能優化，其目的就是強化專業基礎，注重實驗能力，培養創新思考能力和動手能力。

二、明確教學內容和目標

塊體金屬玻璃是一種內部結構為玻璃態的新型金屬材料，具有高強度、硬度和彈性應變極限等不同于傳統金屬材料的力學性能，并表現出高的耐蝕耐磨性、優異磁學性能、儲氫性能等優異的物理化學特性，是材料學和凝聚態物理學科公認的研究熱點之一，其研究主要向集優異的物理、化學性能與力學性能于一體的功能結構材料方向發展。但是，由于其原子排列呈現長程無序、短程有序，變形時缺乏常規晶體金屬材料的位錯和滑移等加工硬化機制，高度局域化的剪切行為使得其室溫塑性和斷裂韌性低、外力加載時呈應變軟化，室溫脆性和應變軟化是該材料作為功能結構材料應用亟待解決的關鍵科學問題。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，結合在研的課題項目研究，講授研究背景、實驗原理、分析測試方法等，引導學生進行新材料設計和實驗方案優化、熔制合金、對材料結構性能進行表征并分析討論實驗結果。

三、聚焦主要教學內容

科研創新訓練的教學內容是培養學生的創新意識，養成推崇創新習慣，激發學生的科研熱情的基石，是提高大學生的科研能力的關鍵措施。結合學生的學習實際情況，確定各環節的教學目的、要求、重點、難點、關鍵點，總結新材料的設計模式，培養學生的創新能力，提高綜合素質。

科研創新訓練1。理解金屬玻璃及其復合材料的研究背景及相關理論，掌握合金熔制方法，了解金屬玻璃的發展背景和國內外研究趨勢，理解非晶形成相關熱力學、動力學理論，熟悉熔煉和鑄造設備原理，掌握合金熔制的操作方法和參數控制。

科研創新訓練2。理解金屬玻璃及其復合材料的成分設計原則，進行微觀組織表征與分析，了解相圖在復合材料成分設計中的應用、玻璃化形成能力和共晶耦合區的關系，理解合金體系成分選擇思路和原理，熟悉微觀組織表征和制樣、測試方法，掌握復合材料的微觀組織分析。

科研創新訓練3。對合金進行宏觀與微觀力學性能測試，分析微觀組織與力學性能的關系，并優化制備與熱處理方案，了解金屬玻璃的熔體過熱處理、半固態處理、退火等熱處理工藝，理解合金制備與熱處理工藝方案制定與優化，熟悉宏觀與微觀力學性能表征和制樣、測試方法，掌握力學性能的分析和數據處理方法，并建立微觀組織與力學性能的關系。

科研創新訓練4。對合金進行摩擦磨損性能、腐蝕性能測試，分析復合材料梯度組織與性能的關系，了解常見晶態金屬的耐磨耐蝕性能及相關摩擦磨損和腐蝕機制，理解鑄造過程中溫度梯度和組織梯度的關系，熟悉摩擦磨損實驗、腐蝕實驗的設備、原理和測試方法，掌握相關實驗數據處理方法，并對比晶態金屬分析摩擦磨損和腐蝕機制的不同。

科研創新訓練5。分析金屬玻璃基復合材料的強韌化機理，總結新型功能結構材料的設計模式，了解高強韌金屬玻璃基復合材料研究的國內外現狀和發展趨勢，理解溫度梯度—組織梯度—功能梯度的關系，熟悉復合材料的界面理論，掌握第二相的結構、尺寸、分布等對金屬玻璃基體的強韌化機制的影響，并總結新型功能結構材料的設計模式。

四、積極提高對學生的科研吸引力

在科研創新訓練教學過程中，通過言傳身教，介紹自己已研發的課題、發明專利、科技獲獎、科技論文，闡明不同的學術觀點以及自己的科研思路、創新方法，激發學生的探索科技求知欲望，引導學生盡早進入研究、發現和創造前沿陣地，教會學生論文寫作的基本方法和實驗方案擬定，增強其文獻檢索的方法和能力，調動其課堂學習的主動性和積極性，形成課內課外相互促進和結合的良好機制。

科研訓練實施過程中，讓學生自己查閱資料以小組討論形式確定每組試驗方案，以答辯形式分析試驗方案的優缺點并優化，充分利用了第二課堂，調動了學生的科研和學習熱情。從平時成績分析，學生的學習主動性較好，出勤率較高；從結課報告成績分析，學生綜合運用專業基礎知識進行理論分析的能力較上一層級提高，但有個別學生對于概念和實驗原理的理解仍不夠透徹，在今后的教學過程中，會進一步明確概念和專業術語的講授。

五、擬定學生科研創新訓練教學考核目標和激勵措施

科研創新訓練教學每個階段都要有詳細的創新輔導計劃，通過帶領學生查閱文獻、設計試驗方案、撰寫論文，訓練學生的科研思維，使學生理解金屬玻璃及其復合材料的研究背景和相關理論，掌握合金熔制、實驗表征和分析方法，總結材料的成分設計對組織和性能的影響，培養學生的科研創新能力。優秀學生可以從項目勞務費中支出報酬作為激勵和表揚，明確考核目標，激發學生的創新精神。

六、結論

通過組織結構分析，掌握微觀組織表征方法，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，培養學生的科技研發動手能力；通過熱力學行為表征，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，夯實學生的理論基礎；通過力學性能分析，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，掌握實驗分析法；通過鑄造工藝條件優化，理解不同鑄造工藝條件，真空度和過熱度、熔體冷卻速率對合金組織和性能的影響，能夠培養學生積極解決在生產過程的應用問題。總之，科研創新訓練教學通過多渠道、全方位教學大綱的設計來提高學生敏銳的觀察力和豐富的想象力，促進培養創新型人才教學方法的改進。

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