以建設優質課程為導向對研究生《材料連接模擬與仿真》課程進行教學改革探索與實踐

朱政強 馮衫衫

（南昌大學機電工程學院 江西·南昌 330031）

0 引言

研究生的教育屬于高精尖人才教育，在新工科建設的背景下，培養具有前瞻視野、創新精神和實踐能力的復合型人才來滿足國家戰略和新興產業發展需求具有重大意義[1]。教育部強調要立足研究生能力培養和長遠發展加強課程建設，高度重視課程學習在研究生培養中的重要作用[2]。《材料連接模擬與仿真》是一門材料加工工程二級學科的研究生課程，主要是在材料熱加工理論指導下，通過數值模擬和物理模擬，在試驗室動態仿真材料的熱加工過程，預測實際工藝條件下材料的最后組織、性能和質量，進而實現熱加工工藝的優化設計，目前已經成為世界上一種應用非常廣泛的科研手段。

本文提出以建設研究生優質課程為導向，對課程進行教學改革，旨在提升研究生的學習質量，以材料連接為對象，以應用為目的，以實踐為重點，實現學生專業學科水平與專業實踐能力的整體提高，從而達到在研究生階段培養卓越工程師綜合素質的成效。

1 課程存在的問題

《材料連接模擬與仿真》課程自設立以來，在逐漸完善的建設中已經取得了一定的成效，但是仍然存在一些不足。

長期以來對課程理論內容教學和實踐能力教學的學時分配不合理，過于重視理論解析而忽視了科研需要緊密結合實踐，導致沒有充分的實踐教學而讓學生不能做到學以致用；課程的理論教授沿用了傳統的教師單方面傳授講解的教學方式，未充分意識到理論的抽象和繁多，導致課堂枯燥，學生不能完全全面深入地把握理論知識；對于網絡資源的重要性意識不足，未能充分利用網絡的優越性，為學生提供豐富的學習資料和交流學習的渠道。

針對如上問題，對《材料連接模擬與仿真》課程教學進行了以下幾個方面的教學改革，提升教學質量。

2 教學改革措施

2.1 教學內容

（1）更新課程內容體系結構。《材料連接模擬與仿真》將統一的教學內容分化成三個部分，三部分各成一體又相互聯系。以焊接仿真理論為基礎，學習焊接熱傳導、焊接熔池中的流體動力學、焊接電弧的傳熱過程，構建焊接仿真知識框架；以有限元理論為進階，學習有限元理論和有限元軟件介紹，為材料連接模擬仿真的實際操作奠定基礎；以具體焊接方法的模擬與仿真為依托，學習焊接冶金和焊接接頭組織性能的預測、焊接變形和殘余應力的預測、高溫蠕變分析和局部焊后熱處理、焊接過程中的氫擴散、特種焊接過程的數值摸擬以及焊接接頭的力學行為分析等，深入學生對于模擬過程的理解和應用。教學內容的合理分配可以使知識結構更為合理，幫助學生一步步掌握知識，同時舉一反三將科學有效的學習方法運用到其他學科當中[3]。

（2）科研成果融入教學。將相關科研成果融入到教學內容中，以學生為中心，任務為導向的教學模式將理論知識、實踐操作、科研需求有機結合為一個整體，促進理論知識與實踐技能的有機結合，將提升《材料連接模擬與仿真》課程的內涵建設，增加學習趣味性，為研究生的實際科研提供學習助力。同時使教學內容與學術研究的發展同步，由空泛變得具體[4]。

（3）理論與實踐相結合。探索課堂教學和“創新實踐訓練環節”實踐教學有機銜接的模式，設置“鋁合金平板氬弧焊溫度場和應力場分布”創新實踐訓練模塊作為課程教學的延伸和補充，提高學生的創新能力。以任務為導向,精心編寫上機實驗指導書，以強化上機實踐環節。

2.2 教學條件

（1）教材使用與建設。本課程結合本學院學科情況，選用合適的教材并自己編寫和修訂了授課課件、課程重難點解析資料和上機實驗指導書。在教材的建設方面，本課程計劃編寫完善新教材，在目前的授課內容基礎上補充加入鉚接、膠接的模擬仿真，使得該課程內容更加豐滿，具有更強的實用性。

（2）豐富教學資料。收集整理各大相關企業的真實案例、典型科研案例或圖片，當前應用比較廣泛的模擬軟件的鏈接網址或網站，購買最新的ANSYS軟件，結合科研創新，完善課程保障條件。

（3）網絡資源建設。豐富完善網絡教學平臺，建設課程網頁，包含課程教學大綱、教學進度表、教學視頻、多媒體課件（含思考題和習題）、推薦參考書以及案例教學材料等資源。同時充分利用網絡教學平臺的交流區，以供教師和學生相互交流，開闊學生眼界，培養探究精神。

2.3 教學方法與教學手段

（1）采取“Seminar-PBL”教學法和案例教學法相結合的教學方法。Seminar教學法是一種是以學生為中心，強調課堂多維互動的研討式教學方式，PBL教學法即“以問題導向的學習”[5]。教師根據教學大綱在講課過程中融入案例教學[6]，使晦澀難懂的理論知識更加生動形象的同時，在授課過程中設置問題，學生自由分組根據所設問題相互探討交流，以培養學生分析及解決問題的能力，啟迪學生的創新性思維。最后，由任課老師解答各組同學的問題，進行歸納總結和集中點評。

（2）充分利用互聯網，特別是學校圖書館的期刊網站和網絡教學平臺上的相關資源，來充實課堂的內容，節約課堂教學時間，提高教學質量。

（3）科研成果及時轉化為課程教學資源，促進教學效果提高。本課程所設置的“鋁合金平板氬弧焊溫度場和應力場分布”訓練模塊來自教師的科研項目，通過課題的實施、學生的參與，促進了科研設施用于實踐教學，在提高科研設施利用率的同時也改善了實踐教學的條件、提高了實踐教學的質量。

2.4 教學效果考核與評價體系

（1）改變考核方式。由單一的閉卷理論考試改為多形式考核，如文獻綜述、PPT的專題演講和討論、實踐項目完成度等，此外學生的課堂出勤率，平時課堂表現也納入考察標準。全方面、多形式的考核可以充分調動學生積極性，提高學生的學習參與度。

（2）增加課程評價體系。建立評價體系，制定評價表、確定評價內容。具體評價主要通過學生反饋：支持學生對課程的突出之處和不足之處自愿采取實名或匿名的方式提出；校內專家評價：校內督導組和其他專家聽課評教；企業教學效果評價反饋：采用走訪企業和校外專家座談的形式，了解社會對課程教學效果的評價。

3 總結

教學改革探索與實踐是為了培養高新技術人才，《材料連接模擬與仿真》作為材料加工工程專業的一門重要課程，從實際出發，結合研究生教學特點，完善教學內容，重新構建教學體系，重視科研與教學、理論與實踐的結合，從各方面提升教學條件，結合運用多種教學方式和教學手段，實現了研究生理論知識認識和實踐應用能力的整體提高。本文研究成果有望廣泛應用于材料加工類專業的教學過程中，配合卓越工程師培養計劃的實施，提高工程教育培養人才質量。