王燦明 孫宏飛

[摘 要]材料表面技術(shù)概論課程的教學(xué)要將教學(xué)和科研結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生科研能力，合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，把教師的科研工作和專業(yè)課程的教學(xué)結(jié)合在一起，鼓勵(lì)學(xué)生參加科技立項(xiàng)活動(dòng)，根據(jù)授課內(nèi)容采用多樣化的教學(xué)方法，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)和開(kāi)設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可有效提高學(xué)生的專業(yè)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]表面技術(shù) 教學(xué)方法 科研能力 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號(hào)] G424.1[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 2095-3437（2015）07-0149-02

在傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)及新材料研發(fā)領(lǐng)域，表面技術(shù)具有非常重要的地位。目前，材料表面技術(shù)概論課程已經(jīng)成為許多高等院校金屬材料、焊接、材料成型與控制、材料加工工程等專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以初步掌握材料的表面基礎(chǔ)理論、表面涂層技術(shù)、表面涂層設(shè)計(jì)及表面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)等。這是一門所學(xué)內(nèi)容可直接面向工業(yè)應(yīng)用的專業(yè)課程，具有非常強(qiáng)的實(shí)踐性，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)能夠有效提高同學(xué)們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)拓創(chuàng)新能力，同時(shí)，也為學(xué)生學(xué)習(xí)其他相關(guān)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來(lái)從事的生產(chǎn)技術(shù)工作奠定必要的專業(yè)基礎(chǔ)。

該課程一般安排在大三下學(xué)期或大四上學(xué)期，是同學(xué)們學(xué)完物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料工程基礎(chǔ)等課程后的延伸課程。本課程授課內(nèi)容雖然理論性不強(qiáng)，但涉及知識(shí)面廣，包含了工業(yè)生產(chǎn)及科研中所能用到的各類表面技術(shù)知識(shí)，具有較強(qiáng)的專業(yè)性和實(shí)踐性。針對(duì)這一特點(diǎn)及授課對(duì)象的知識(shí)儲(chǔ)備程度，作者在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，嘗試從以下幾個(gè)方面對(duì)材料表面技術(shù)概論課程進(jìn)行教學(xué)改革，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，鍛煉并提高學(xué)生的科研素養(yǎng)。

一、科研與教學(xué)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣

對(duì)于高校教師來(lái)說(shuō)，教學(xué)與科研是相輔相成、互相促進(jìn)的。教學(xué)是高校教師的基本職責(zé)，是從事科研工作的基礎(chǔ)和依托。科研能夠讓高校教師熟悉本學(xué)科的最新進(jìn)展，有助于革新教學(xué)內(nèi)容，反哺教學(xué)，不斷的提高教學(xué)質(zhì)量。[1]高校教師如果不開(kāi)展科學(xué)研究，知識(shí)更新慢，授課內(nèi)容得不到及時(shí)的更新，在教學(xué)過(guò)程中就難以引導(dǎo)學(xué)生積極地學(xué)習(xí)和思考，創(chuàng)新能力培養(yǎng)也就成為空談。[2]在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合自己的科研工作，及時(shí)地將表面技術(shù)領(lǐng)域的新動(dòng)態(tài)、新技術(shù)和新工藝充實(shí)到教學(xué)內(nèi)容中，鼓勵(lì)有興趣的同學(xué)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，成為老師的科研小助手。

山東科技大學(xué)材料學(xué)科在表面技術(shù)領(lǐng)域具有突出特色，擁有“山東省金屬材料與表面工程研究中心”和“山東省耐磨耐蝕材料工程技術(shù)研究中心”兩個(gè)省級(jí)工程技術(shù)研究中心。在硬件設(shè)備方面，擁有火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、等離子熔敷、激光熔敷、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、微弧氧化等完善的表面技術(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在師資隊(duì)伍方面，擁有專業(yè)從事涂層技術(shù)和涂層材料開(kāi)發(fā)的教授、副教授和講師組成的科研和教學(xué)團(tuán)隊(duì)，為該課程的教學(xué)改革提供了強(qiáng)有力的支撐。在本課程教學(xué)中，積極鼓勵(lì)學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目中，成立科研興趣小組，利用業(yè)余時(shí)間輔助老師承擔(dān)部分科研工作，以提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析能力和創(chuàng)新精神。學(xué)校每年組織一次面向?qū)W生的科研立項(xiàng)活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自身愛(ài)好組建科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)部分小的科研課題，將課程學(xué)習(xí)與科研立項(xiàng)活動(dòng)結(jié)合起來(lái)。在課題進(jìn)行的過(guò)程中同學(xué)們協(xié)助自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，制備樣品，分析檢測(cè)，并在教師的指導(dǎo)下撰寫科研論文或申請(qǐng)專利。在這一過(guò)程中，同學(xué)們的綜合能力得到全面的鍛煉，提高了對(duì)材料，特別是對(duì)表面技術(shù)的專業(yè)興趣。

二、巧用多種教學(xué)方法，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生思考

水無(wú)常態(tài)，教無(wú)定法。在材料表面技術(shù)概論的教學(xué)過(guò)程中，可根據(jù)授課內(nèi)容，采用多種教學(xué)手段和教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生自覺(jué)的學(xué)習(xí)和思考。以熱噴涂章節(jié)的教學(xué)為例，學(xué)習(xí)內(nèi)容主要包括火焰噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂三大部分，共安排8個(gè)學(xué)時(shí)的教學(xué)時(shí)間。由于在大學(xué)階段專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生普遍反映實(shí)驗(yàn)偏少，動(dòng)手機(jī)會(huì)偏少，不清楚所學(xué)知識(shí)能夠應(yīng)用在哪些領(lǐng)域，因此在該課程的教學(xué)中，針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件，安排了4個(gè)學(xué)時(shí)用于課堂理論教學(xué)，其中2個(gè)學(xué)時(shí)講授熱噴涂原理，2個(gè)學(xué)時(shí)講授熱噴涂材料及其應(yīng)用。讓學(xué)生對(duì)熱噴涂技術(shù)原理、熱噴涂材料有了全面的了解后，再安排2個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，主要內(nèi)容包括參觀、講解火焰噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂設(shè)備，演示噴涂過(guò)程;選取在工業(yè)和科研中應(yīng)用到的典型熱噴涂產(chǎn)品，給同學(xué)們討論、分析講解。如高爐風(fēng)帽的熱噴涂防護(hù)，首先給同學(xué)們分析高爐風(fēng)帽的工作環(huán)境：風(fēng)帽端部深入爐膛內(nèi)部，工作溫度在1400℃左右，承受爐料的沖刷作用，指出高溫下?tīng)t料的沖刷作用是造成風(fēng)帽失效的主要原因。如何解決這一問(wèn)題？引導(dǎo)同學(xué)們思考，提出對(duì)防護(hù)涂層的基本性能要求：抗高溫沖刷性能好，導(dǎo)熱性差，具有熱障功能。然后再提出問(wèn)題：具有這種特性的涂層材料一般是什么，是金屬、金屬陶瓷或氧化物陶瓷嗎？讓同學(xué)們討論，最后得出結(jié)論：氧化物陶瓷如Al2O3、ZrO2抗高溫性能好，導(dǎo)熱性差，可用于高爐風(fēng)帽的表面防護(hù)涂層，這類涂層材料熔點(diǎn)高，一般采用等離子噴涂工藝制備涂層。采用這種現(xiàn)場(chǎng)參觀、演示、講解、提問(wèn)和討論的方式，大大提高了同學(xué)們學(xué)習(xí)該課程的興趣。最后2個(gè)學(xué)時(shí)為熱噴涂實(shí)驗(yàn)，由老師預(yù)先準(zhǔn)備好標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的鋼板，熱噴涂材料，同學(xué)們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下獨(dú)立完成熱噴涂前處理（主要是噴砂粗化）、噴涂、涂層質(zhì)量檢測(cè)等工作。通過(guò)這8個(gè)學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，同學(xué)們對(duì)熱噴涂技術(shù)、設(shè)備和熱噴涂材料有了較為全面的認(rèn)識(shí)和了解。

在課堂教學(xué)中，部分章節(jié)可以采取預(yù)先布置任務(wù)、分組討論的方式，讓學(xué)生參與到教學(xué)中來(lái)，成為課堂上的主體，教師在中間主要起到組織、引導(dǎo)和協(xié)調(diào)的作用。如在講述電鍍和化學(xué)鍍這一章節(jié)時(shí)，可采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。老師在講述完基本知識(shí)點(diǎn)后，給學(xué)生布置系列探究性學(xué)習(xí)任務(wù)，5-6人分成一個(gè)小組，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)學(xué)校圖書(shū)館提供的各種渠道查閱文獻(xiàn)資料，如通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)總庫(kù)查閱中文期刊、學(xué)位論文以及會(huì)議論文，通過(guò)Elsevier、SpringerLink、EBSCO數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)查閱和下載英文論文等。各個(gè)小組根據(jù)老師分配的任務(wù)，查閱相關(guān)論文和信息，然后進(jìn)行篩選、提煉、歸納和分析，完成綜述性報(bào)告，并做成ppt形式，每個(gè)小組輪流在課堂上向大家展示和講解。通過(guò)這種任務(wù)分配、查閱資料、信息檢索與提煉、整理報(bào)告和匯報(bào)的過(guò)程，提高了學(xué)生的分析和歸納能力，部分同學(xué)還能在整理和查閱資料的過(guò)程中提出新的問(wèn)題和看法，創(chuàng)新能力得到了很好的鍛煉。

三、設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

長(zhǎng)期以來(lái)，材料專業(yè)基礎(chǔ)課程輔助實(shí)驗(yàn)多數(shù)是驗(yàn)證型、演示型實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)老師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生按照老師要求及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上規(guī)定的內(nèi)容、方法和步驟機(jī)械的完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容即可，在這一過(guò)程中需要學(xué)生自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的地方較少。著名的美國(guó)教育家布魯納雷曾說(shuō)過(guò)，知識(shí)乃是一個(gè)過(guò)程，不是結(jié)果。開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正目的不僅僅是為了去驗(yàn)證一些已知的結(jié)果，而是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生從事材料應(yīng)用或科學(xué)研究的能力，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)闊視野，發(fā)展思維，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣。[3]多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，合理設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，對(duì)提高課程教學(xué)的質(zhì)量至關(guān)重要。我校材料學(xué)科以表面技術(shù)為特色，擁有包括熱噴涂、物理氣相沉積、微弧氧化、噴焊等較為齊全的實(shí)驗(yàn)條件，為本課程實(shí)驗(yàn)的設(shè)置和實(shí)施提供了有力的支撐。

在本課程教學(xué)中，設(shè)置了4學(xué)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)課程，以驗(yàn)證性為主，以加深學(xué)生對(duì)課本知識(shí)的理解。同時(shí)，通過(guò)這些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解和熟悉表面技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備，為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。在本課程進(jìn)行到中期的時(shí)候，給同學(xué)們布置創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)任務(wù)，內(nèi)容可廣泛選用在生活、工業(yè)或科研中遇到的，和表面技術(shù)有關(guān)的課題，如鋼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)效防腐、高速公路護(hù)欄的防護(hù)涂層技術(shù)、門把手的裝飾及防腐涂層技術(shù)、家用碳鋼自來(lái)水管的防銹技術(shù)、水輪機(jī)葉片的抗沖蝕涂層技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)齒輪接觸齒面的表面強(qiáng)化技術(shù)等，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣分組選擇合適的題目，設(shè)計(jì)涂層工藝和涂層材料，并制訂詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)指導(dǎo)教師審核后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了確保該實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的管理，指導(dǎo)教師應(yīng)做好實(shí)驗(yàn)進(jìn)度跟蹤和管理，做好實(shí)驗(yàn)安全培訓(xùn)，合理安排、協(xié)調(diào)公共實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用時(shí)間。對(duì)于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的難題，要及時(shí)的給予提示或協(xié)助解決。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，以小組為單位提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為評(píng)分依據(jù)。通過(guò)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生經(jīng)歷了查閱、收集資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等過(guò)程，熟悉了科研工作的基本環(huán)節(jié)，從事科研工作的能力得到了有效的鍛煉。

四、結(jié)束語(yǔ)

在材料表面技術(shù)概論專業(yè)課程教學(xué)中，通過(guò)鼓勵(lì)同學(xué)們進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，協(xié)助老師承擔(dān)部分科研工作，加強(qiáng)課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，增加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等措施，有效提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和科研能力。尤其是創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的設(shè)立，和傳統(tǒng)專業(yè)課程輔助實(shí)驗(yàn)形成了良好的互補(bǔ)作用，對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、實(shí)踐能力和充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力起到了重要的促進(jìn)作用。由于材料表面技術(shù)發(fā)展迅速，涂層新材料、新工藝革新非常快，在以后的教學(xué)中將及時(shí)更新授課內(nèi)容，進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，跟蹤表面技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，更好的培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣和科研能力。

[ 注 釋 ]

[1] 黃秋燕.教學(xué)型地方高校遙感課程教學(xué)與科研互動(dòng)模式探索[J].高教論壇，2008（5）：74-76.

[2] 呂迎，李俊剛，吳明忠，等，現(xiàn)代表面技術(shù)教學(xué)和科研相結(jié)合的教學(xué)改革探討[J].鑄造設(shè)備與工藝，2012（4）：52-54.

[3] 周衡志，巴志新，王章忠.應(yīng)用型本科材料專業(yè)表面工程綜合實(shí)驗(yàn)課程改革初探[J].科教文匯（下旬刊），2010（10）：39-40.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]