材料表面處理技術本科教學改革中的探討*

黃紅鍵 饒 麗 向 軍

（西華大學 四川成都 610039）

引言

表面技術能改變固體材料表面的形態、化學成分、組織結構和應力狀況，以獲得表面所需性能，其具有學科的綜合性、手段的多樣性、廣泛的功能性、潛在的創新性、環境的保護性、很強的實用性和巨大的增效性，因而，受到各行各業的高度重視。

材料表面處理技術作為西華大學材料成型及控制工程專業的一門專業選修課，承擔著培育服務制造業發展的具有較高綜合素質的應用型人才的目標與使命，著重培養學生全面理解和掌握各種表面技術的基本概念和表面防護理論，并用于制造業領域。從理論層面上，掌握目前國內外常用的各種表面處理的基本原理和基本工藝；從應用層面上，掌握表面工程中各種強化技術的基本方法和主要途徑；在實踐層面上，熟練掌握并學會正確地選用材料和合理地進行工藝設計，具備識別、表達，并通過文獻研究分析材料科學與工程領域的復雜工程問題。因此，該課程的建設是提高材料成型及控制工程專業教學質量的重要支撐[1]。當前材料表面處理技術作為一門專業選修課，如何引起學生的重視、調動學習積極性是教學改革面臨的主要問題。

現階段材料表面處理技術課程應順應時代發展趨勢，通過課程思政引領學生的價值理念，采用虛擬仿真等先進教學手段調動學生的學習積極性，堅持理論與實際相結合培育學生解決復雜工程問題的能力。

一、材料表面處理技術課程的現狀

表面處理技術已經發展成為橫跨金屬學與熱處理、摩擦學、物理學、化學、電化學、界面力學和表面力學、焊接學、腐蝕與防護學、陶瓷、高分子等學科的邊緣性、綜合性、復合型學科。材料表面處理技術作為材料成型及控制工程的一門專業選修課，同時也是金屬材料工程從業工作人員需要掌握的知識。該課程主要對固體材料表面處理技術的相關概念、原理等進行了詳細闡述，并結合實際生產過程及材料服役過程中所面臨的一系列表面相關的問題，對材料表面處理技術的技術路線，失效及防護原理等一系列知識點進行了有效說明。由于課程屬于專業選修課，學生對其重視程度不高。并且，在以往的課堂教學中，由于受到教學設備與師資力量的約束，即教師先講解原理，進行操作示范，之后讓學生模仿操作教師負責輔導。這種由教師一人操作，多名學生圍觀的教學模式，通常會因為學生專注程度與理解能力的區別，使得部分學生無法對操作流程予以充分掌握，難以實現教學目的[2]。

材料表面處理技術這門課程普遍會與微觀知識中的晶體學、表面擴散與表面缺陷現象、電化學現象等知識點有著密切的聯系，其涉及的知識范圍大且十分抽象，學生理解起來比較困難。在實驗中，如氣相沉積、高能束表面改性技術、離子注入技術等諸多實驗，會遭受到實驗設備操作安全與實驗成本的嚴重影響，令教學實驗的開展有所局限，以至于無法得到理想的教學效果與實驗結果。再加上實驗設備的價格相對較為高昂，難以實現人手一機的獨立操作實訓，往往會讓學生以小組的方式學習知識，一人操作且多人觀看，造成每位學生自身實際操作實踐比較少，其實踐教學結果不盡如人意。不僅如此，在實訓過程中，極易出現工件耗材、器材損耗與各項生產操作安全隱患，其教學實訓的成本比較大。在實訓課堂中，學生過度追求實驗結果，并不重視實驗過程與規范性操作，對于操作流程通常是隨性而為，再加上學生人數比較多，教師無法顧及每一位學生，進而留下諸多的教學隱患和危險。

二、教學方式改革

1.融入課程思政，激發學生的民族使命感

在材料表面處理技術的本科專業課程教育中，教師要根據社會主義核心價值觀為學員做好理論知識的講授與技能的訓練。在實踐授課的期間，教師們可以穿插我國表面工程科技的發展歷史，以啟迪學生的愛國熱情，并激勵學子的民族使命感。例如，教師們可以在教學的緒論中介紹我國航空發動機工業的百年發展簡史，從我國航空發動機工業歷史的初級階段講到過渡階段，再到突飛猛進期，到現在的多元化、現代化發展時期。我國航空發動機工業的發展歷史，集中體現了表面工程科技及其在世界先進工業中重要的意義，同時也顯示出了我國層面的技術實力，以及在全球歷史舞臺上的重要作用。教師必須在材料表面處理技術的課堂教學中建立良好的師生關系，通過常識、道德等內容指導學生的思維活動，使學生在心中獲得認識，從而給學生提供榜樣。教師如果要使自己的水平提高，還需仔細地進行課前準備工作和課堂設計工作，可以通過新的方式進行課堂，如利用網絡平臺的優點，始終把學生看作是教學主體，以進一步調動了學生的學習激情，并給學生創造了更加廣闊的思維空間。教師們還能夠將教學內容進一步豐富，通過深入介紹教學內容，引導學生對科研的實質和價值進行理解，并在科研過程中積極地引導學生敢于提出疑問，但不能接受傳統權威的束縛。而大學生們目前也面臨著新生命價值觀建立的重要階段，學生的社會經驗也相對淺薄，其思維方式較為單一。對此，就需要教師充分發揮自身的引領作用，通過準確定位學生的具體需求，科學運用材料表面處理技術課程教學中的思政教育資源，并將社會主義核心價值觀融入課程教學中。這樣不僅可以充分彰顯課程的育人功能，提高學生自身的綜合能力，而且還能讓學生的思想道德水平有所提高，全方位地促進課程綜合教育的落實和貫徹。另外，對于材料表面處理技術課程思政的建設效果主要體現在以下三個方面，具體來看：首先，材料表面處理技術的課程較為單純，教學方法也較為簡單，要想更高效進行教學思政工作，就要求教師必須具備相當豐富的知識、極強的思想教育能力，在課程教學上將思政教育理論與知識、價值導向和知識的運用充分融合，進而將課程進行更加豐富，同時對傳統教學模式加以革新，促進了思政教育課程體系的長遠發展。第二，通過進一步研究材料表面處理技術的育人功能，突顯其具備的育人功能，同時，教師還應該與該課程的專業特點、職業素養等方面相結合，充分地發揮出參與思政教育的積極主動性，從而形成一種全員育人氛圍。第三，材料表面處理技術的學科思政建設工作必須以教學的全面開展作為切入點，明確關鍵性問題，從而制定科學合理的相應舉措，從根本上達到了全方位協同育人的教育目的。

2.探索虛擬仿真實驗教學模式，提高學生的學習積極性

基于新工科背景，對本科生有著很高的要求，尤其強調本科生自己的實踐操作能力、把知識運用到實踐中的能力、對問題進行研究和解決問題的能力和組織與相互合作的意識。因為實驗中學生只能對表面的宏觀實驗現象加以探索，而無法呈現出相對微觀的實驗現象與實驗過程，這將使得學生對實驗主要知識點的了解存在著極大的障礙，而這也就是實驗教學中所必須克服的問題。在當今社會，虛擬現實設備已經能夠針對不同類型的實驗環境與特點，合理地運用人體多維結構的視、聽、觸的感知功能，并采用了較為專業的技術設備，讓學習者可以一直觸碰仿真的虛擬環境。而通過觸碰虛擬環境，就能夠讓教師和學習者在數字化的虛擬環境中直接感受到實驗主角的感受，從而共同感受真實的氛圍與交互過程。而VR技術、AR技術、MR技術等，目前也已對以往的教學方法和學校全部面貌都進行了改造和完善，特別是VR技術的最大優勢則是有助于學習者更好進入到高效能、互動、高效的教學狀態中。在材料表面處理技術的專業課與實驗教學流程中，通常都會出現呈現困難大、重現難度高和因多次重復操作而造成的時間與成本等問題，而這些都可以利用VR技術模式對應場景進行實現。

學生借助顯示設備能夠“看見”較為抽象的理論知識，或者利用簡單的操作對實際的生產操作進行模擬。由于學習成績偏低的學生自身難以對抽象的知識加以理解，學生創造力還較弱，在將教學視頻與VR技術充分融合時，可以利用三維仿真展現許多繁雜而抽象的知識點，從而提高了學生對知識學習的積極性。材料表面處理技術教學過程中，主要采用了理論課程模塊，包括在文本、視頻、圖像與Flash等多種教學資源中的模擬動畫的表現，同時對于實訓的內容也通過虛擬仿真對材料表面處理技術的過程進行了仿真，如電鍍流程中槽液的選擇、對槽液溫度、試劑含量等工藝參數的選擇是否恰當。通過實訓報告，可以對每個學員的作業長度、正確的作業行走步數和不正確的作業步數加以統計分析，歸納收集操作資料，并對教師們進行了相應的操作提示，對學生自身的薄弱環節進行了詳細分析。工藝數據能夠完整地反映出設計、厚度測量、孔隙度等一系列信息，通過VR設備展示實際的技術成果。學習者在進行實驗課程之前，必須進行相應的預習，及時地發現在實際生產環境中所存在的各種情況，同時也必須詳細分析模擬實施后的具體結論，提供解決的合理途徑，同時對理論性的知識點進行鞏固。

3.結合理論教學與工程實際，加深學生對所學知識的感性認識

基于新工科背景之下，為了可以充分地滿足產業轉型提出的各項需求，有關企業對人才培養的要求逐步向具備綜合實際技能的創新型人才培養要求轉化。因此，這對高等技術本科學校學生來說，加強理論與工藝實踐相結合，并訓練其本身的實踐技能，以及提高其對所學理論知識的感性認識勢在必行。而目前，金屬表面處理工藝多面向于制造業，不但具備一定理論性，而且其實踐性和專業性也尤其突出。面對這些與工程領域有著緊密聯系的工藝方面，如果單純通過理論知識的介紹，并不能使同學們對其形成直接的了解，或者也并沒有幫助其在處理具體問題過程中正確地運用所學理論知識，更別說訓練其創造力了，進而也就無法實現企業對人才綜合實踐能力需求的滿足。為此，將材料表面處理技術與工程實際情況予以充分結合，大力開展實踐教學環節刻不容緩。對于較為齊全的表面處理技術硬件設施，如陽極氧化、物理氣相沉積、等離子噴涂等一系列新型實驗設備，高等本科院校為該課程的實踐學習提供了諸多可以操作的平臺，如開設選修實驗、本科創新計劃等。高等本科學院也為該學科的實際教學創造了許多可使用的平臺，如開放選修實驗、研究生創新計劃等。針對研究生創新計劃項目而言，是材料表面處理技術教學中首要的工程實踐性平臺，學院可以在年初及時地組織面向本科生的創新計劃項目申請，積極地引導學生根據自己的興趣愛好組成創新隊伍，并承擔指導青年教師的科研課題工作。學校在開展重大科技計劃項目研究時，應與學校工程實踐情況相結合，并始終把學?？闯墒琼椖恐鞒趾蛨绦械闹黧w，通過開展查閱有關資料、編寫試驗方法、檢測試樣、撰寫研究論文等方法，進行結題的檢查驗收。在此過程中，教師只要求學生做到提出具體的科研目標，引導其研究方向，并對研究進展加以追蹤。我們把基礎教育和工作實踐相結合，實施研究生創新工程課題，既能夠從一定意義上使學生對科研的基礎工作更加了解，又能夠使學生自己進行科研的意識提升，最重要的是增強了學生的創造力。

三、教學評價體系改革

為了可以讓學生擁有良好的學習能力、自主思考能力與創新能力，就應該對材料表面處理技術的教學評價體系予以改革，使用“日常+論文+考試”三種融為一體的教學評價方式。所謂的日常成績主要包括課堂出勤和作業的完成情況，該成績占據總成績的百分之二十，這樣既能讓學生的到課率有所提高，還能讓學生認真完成教師所布置的作業，使得學生對知識學習的積極性有所提高。其論文考試成績也應占據總成績的百分之二十，讓學生撰寫有關材料表面處理技術的論文，對學生的文獻檢索能力、合理應用所學知識解決問題的能力進行考查，并拓寬學生的知識視野。對于試卷考試的成績應占據總成績的百分之六十，重點對學生關于基礎知識掌握情況進行考查。不僅如此，可以采用多元化的評價方式，如實驗操作、實驗分析、專題報告等方式，對學生獲取知識的學習能力與應用所學知識解決問題的能力進行評價，目前已經得到較為理想的效果。改革后，教師主要以創新考核的方式進行課程考核，從而達到人才培育與價值觀傳遞的目標?；诙喾N目標構建綜合性的考核評價機制，這樣不僅可對學生所學的知識進行考查，而且還有助于推動團隊合作能力提升以及實現課程的育人功能。

結語

總而言之，材料表面處理技術作為一項有著極強使用價值基礎性技術，同時也是一門新興學科。近些年來，人們對于材料表面處理技術進行大力改進與創新，不斷涌現出諸多的現代表面處理技術，并應用于我國的工業、農業、醫藥、生物與現實生活中。對于材料表面處理技術的教學改革是一項需要經過多次探索、總結、改進的過程，其改革目標是對學生的學習能力加以培養，實現教學效果的提高。