《先進金屬材料制備技術》課程教學的改革與實踐

馬國俊　李戩　段君元　高莉　劉文寧

摘要：結合金屬材料在制備過程中的不同特點，系統研究分析了先進材料制備技術這門課程在目前的教學過程中所存在的相關問題，也提出了具體的改進措施和解決辦法，并結合實際實驗條件、研究背景等探討了《先進金屬材料制備技術》課程教學方法和手段。

關鍵詞：金屬材料制備技術；課程；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）30-0108-02

在當今科技高速發展的時代，金屬材料的制備技術也是日新月異。對于日常生活中常用的金屬材料而言，通過不同方式的制備技術得到我們所需的各種樣品件、材料件極大程度上滿足了我們的日常所需、工業所需，因此對制備技術的發展、過程了解至關重要[1-2]。而要了解這些技術就需要了解整體流程，包括制備、材料的成分、性能、后期的加工以及相應的機理等內容。因此《先進金屬材料制備技術》課程是一門將金屬材料科學與機械制造相結合的新興課程，是一門綜合了材料成型、分析測試技術、制圖、物理化學等的交叉學科。學生不僅僅要了解制備工藝本身，而且更加要注重材料的本質、結構和其特性，如結構材料件是鋼件、合金件、非晶材料件等，從而進一步明確不同的實際應用背景和范圍，提高學生對材料件加工后的失效及安全風險方面的預測能力[3]。這種技術的先進性對引領者制造產業領域的高速發展，也起著至關重要的作用。最新制備產業的飛速向前也同時給我們金屬材料制備技術的發展提供了非常好的平臺，但與此同時伴隨而來的還有壓力，進一步地對大學中這門課程的教學也就提出了相比以往更高的指標。培養出具有高競爭能力和創新精神的復合型高素質專業人才的關鍵取決于提高先進金屬材料制備技術課程教學質量，因此在該項課程的教學改革措施顯得尤為重要。

一、教學過程注重知識的來源

在人類長期的科學知識的積累下，尤其是伴隨著數學知識的發展與完善，通過進行嚴謹的數學分析以及大量的科學實驗，金屬材料制備理論得到了大量的積累與完善，知識框架得以建立。先進金屬材料制備技術在授課的過程中教師應該以培養學生興趣為主，通過對知識產生的背景與源頭以及發展過程的演變讓學生明確金屬材料生產制備的整個發展歷程。特別是針對初期的制備技術中，研究人員、技術人員是如何針對難點問題有效地進行措施的改進并實現材料制備及成型等問題對學生進行適當的講授，讓學生的求知心理更加強烈，使其對這門課程中不同制備技術的源頭期望得到更進一步的了解和認識。基于這一點，開始講授相應的一些制備知識背景，科學家們在研究制備過程中遇到的難點以及如何解決問題并應用于實際的情況。這樣學生在學習經典理論的時候，對理論提出時的歷史背景及原因更為了解，對概念的內涵有質的把握，同時推廣概念也能達到學以致用的目的。研究生在了解學習制備技術的理論知識時，能夠以一種更為積極的心態，帶有好奇的心理，結合一種放松的狀態去接觸所要學習的知識，從而保證學習效率的大幅度提高，同時也增加他們學習工科知識的自信心，體會到優秀科學家的思想品質，能夠進一步激發學生對知識的渴求以及科研素質的培養。此外教師也要加強對自身的要求，做到能夠具有非常深厚的專業背景，并在給學生講解的時候進行有效的引導，避免乏味的陳詞濫調式的稱述，將課程內容、課程背景向著趣味化的方向引導。在這方面，可以適當舉例，如古時候銅車馬使用的制備方式等，結合我們國家金屬材料制備技術快速發展的實際現狀來讓學生感同身受地認識了解我國制備技術發展到今天的水平和技術層次[4]。

二、授課中多媒體教學方式的應用

課程教授目前離不開多媒體的教學，因為這種方式更為簡潔，更為直觀，學生掌握了解內容的速度也更加快捷，尤其針對教科書中具有一定難度的部分，學生看到的東西也更為直觀，包括不同類型的制備技術流程圖，先進的制備技術視頻資料，最新文獻中制備技術的圖像解析等等，從而使得學生對不同的制備工藝、技術能夠達到一個三維的立體的認識和了解。具體而言，使用這些方式進行課堂教學時需要考慮到以下幾方面的內容：首先在講授理論基礎的同時，及時地配套演示一些因為制備技術方面的問題而引發相關事故，或者利用相關模擬軟件展示制備的材料發生疲勞斷裂、脆性斷裂的狀態，使得學生明白安全的重要性，進而對制備材料保持一個謹慎嚴肅的態度；其次，結合實驗室現有的制備設備，讓學生自行發現金屬制備過程中需要運用到的制備技術；再者，講授知識的過程中，讓抽象的空間問題在視覺上更為生動形象、更為直觀，學生看到基本上能夠結合基礎知識做到明確的了解和認識[5]。除了以上因素之外，教師本身的影響因素也是很關鍵的，這里關鍵點就是教師的引導，循循善誘，把抽象的理論基礎知識形象化，一方面促進學生對相應知識點的了解，一方面激發同學們對知識的認識能力。

三、實踐性教學

目前，學院具備制備金屬材料常用的制備設備，包括真空熔煉爐、粉末熱擠壓設備、軋機、上百噸的擠壓機以及各種熱處理爐。這些設備極大地便利了我們這門課程的教學。利用真空熔煉爐讓學生了解常規的熔融澆鑄法，并針對不同的澆鑄模具，包括砂型、金屬型模具澆鑄后的材料進行探究性講解，讓學生明確兩種不同澆鑄方式帶來的差異，通過進一步金屬材料樣品的大變形技術，來了解后期的后期加工技術帶來的變化和使用這種方式的重要性。此外，區別于澆鑄方式，針對粉末冶金的方式及其帶來的特點也進行明確的講授，這其中就包括球磨工藝、燒結工藝、熱擠壓等工藝流程的講解，這樣的講授外加理論知識的灌輸，學生將能夠有效地結合理論的基礎知識以及實踐性的樣品制備得到自己所需的經驗和知識點，而對老師本身授課經驗、知識點的講解能力也是一種幫助。

四、學生實際操作制備能力的培養

金屬材料制備技術是針對研究生的授課，因此區別于本科生課程的最大一點在于，讓學生要初步具備個人的實際制備加工材料的能力。因此，針對不同學生的研究方向，結合金工實習車間的車銑刨磨設備，對澆鑄成型的樣品，粉末冶金熱擠壓制備得到的樣品等，鼓勵學生去做一些相對簡單、安全系數高的初級加工，并針對材料的特點進行打磨、金相等的觀察分析，進一步了解制備所得材料的微觀組織，采用萬能試驗機個人進行力學性能測試的能力，并使學生明確微觀組織結構、宏觀的力學性能之間的關系。這一些方式的改進和使用，都會有效地促進學生對這門課程的了解和認識能力，從而從各個角度深化先進材料制備技術的實際認識度。

結束語：

先進金屬材料制備技術的這種探究性教學、實踐性教學不僅僅是對研究生的培養，更注重的也是教師本身的能力的提高。因此，作為教師本身而言，個人除了要掌握教材本身的內容外，更多要注重的是通過新的文獻、高水平高層次的文獻去了解明確一些最新的最先進的實際制備技術，更新并擴充自己的知識面。

參考文獻：

[1]曾燕屏，劉國權，王浩，黃鵬.金屬材料及熱處理研究型實驗教學模式構建與實施[J].中國冶金教育，2014，（1）：45-50.

[2]代凱，王中遼，呂佳麗，耿磊，朱光平.材料制備及合成實驗方法在高校材料類專業中教學應用研究[J].淮北職業技術學院學報，2017，（02）：23-27

[3]劉金剛.基于科教融合的研究生“材料制備化學”課程建設探討[J].亞太教育，2016，（32）：26-31.

[4]“特種材料制備與應用技術”實驗室[J].沈陽師范大學學報：自然科學版，2010，（03）：35-38.

[5]城環所在抗污染膜材料制備方面取得新進展[J].硅酸鹽通報，2012，（02）：67-70.