周海暉

摘要：論文在分析新工科對(duì)人才培養(yǎng)的要求及“現(xiàn)代表面工程與技術(shù)”課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，指出了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足。提出優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容和方法，將表面技術(shù)實(shí)施的工程案例等引入課堂；特別是將現(xiàn)場(chǎng)參觀、科研實(shí)驗(yàn)參與等多方式的實(shí)踐融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力。并通過(guò)考評(píng)方法改革，確保強(qiáng)化工程實(shí)踐落實(shí)的效果。

關(guān)鍵詞：新工科人才培養(yǎng)，現(xiàn)代表面工程與技術(shù)，案例式教學(xué)模式，工程實(shí)踐

1.新工科背景下對(duì)應(yīng)用化學(xué)人才培養(yǎng)的要求

2017年2月教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》，希望各地高校開(kāi)展新工科的研究實(shí)踐活動(dòng)，深化工程教育。在教育部的文件中，新工科的主要研究?jī)?nèi)容歸納為“五個(gè)新”，其中與教師教學(xué)有關(guān)的有：高校要樹(shù)立創(chuàng)新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”，探索實(shí)施工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的工程教育“新質(zhì)量”等[1]。

目前，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，我國(guó)制造業(yè)處于轉(zhuǎn)型升級(jí)關(guān)鍵時(shí)期，存在領(lǐng)軍人才和大國(guó)工匠緊缺，基礎(chǔ)制造、先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域人才缺乏，支撐轉(zhuǎn)型升級(jí)能力不強(qiáng)等不足。就工程人才培養(yǎng)而言，我國(guó)工程教育大而不強(qiáng)，制造業(yè)人才培養(yǎng)普遍與企業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)，產(chǎn)業(yè)與教育融合不夠深入、工程教育實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)能力建設(shè)滯后[2]。與傳統(tǒng)的工科人才相比，未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才[1，3]。

顯然大學(xué)對(duì)于新工科人才培養(yǎng)需要探索新的教學(xué)方法、充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，促使學(xué)生在更廣泛的專(zhuān)業(yè)交叉和融合中學(xué)習(xí)；強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這樣培養(yǎng)出的新工科人才才能確?！爸袊?guó)制造2025”、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“互聯(lián)網(wǎng)+”等國(guó)家重大戰(zhàn)略的實(shí)施。湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)（原金屬腐蝕與防護(hù)專(zhuān)業(yè)）幾十年來(lái)一直培養(yǎng)從事表面技術(shù)的工科人才，在當(dāng)前的新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)新工科要求，創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新理念、新模式，提升培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)出符合國(guó)家建設(shè)需要的工程實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新能力的新工科人才。

2.“現(xiàn)代表面工程與技術(shù)”課程的特點(diǎn)及傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足

“現(xiàn)代表面工程與技術(shù)”課程是應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，這門(mén)課講授的很多表面技術(shù)可應(yīng)用于新材料的改性和先進(jìn)制造，對(duì)于培養(yǎng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)人才非常重要[4]。這門(mén)課程的特點(diǎn)是內(nèi)容非常多、涉及的應(yīng)用面很廣、還有很多化學(xué)和材料的交叉知識(shí)[5-6]。具體而言，除表面科學(xué)等理論知識(shí)外，涉及的表面技術(shù)有13大類(lèi)，如熱噴涂、化學(xué)鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)等，每大類(lèi)技術(shù)又包含幾種發(fā)展中的技術(shù)。每種技術(shù)的特點(diǎn)、適用的工程領(lǐng)域、技術(shù)路線、典型設(shè)備、工藝參數(shù)、材料、性能等都不相同。涉及的材料有金屬、無(wú)機(jī)、高分子、復(fù)合材料；涉及的性能有力學(xué)、摩擦磨損、耐腐蝕、功能等性能；應(yīng)用的領(lǐng)域有：冶金、鋼鐵、礦山、電子電器、電力、汽車(chē)、機(jī)械等行業(yè)。

傳統(tǒng)的教學(xué)方法基本是按表面技術(shù)的大類(lèi)，逐一介紹，課堂教學(xué)以教師講授為主，學(xué)生參與度不高。有些內(nèi)容比較陳舊，如電鍍技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越受限；另外，學(xué)生很少觀看過(guò)各種表面技術(shù)的實(shí)際使用的現(xiàn)場(chǎng)，因此對(duì)于所講的知識(shí)沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，只有死記硬背，學(xué)過(guò)后就很快忘記，更難以把所學(xué)的知識(shí)靈活運(yùn)用到工程實(shí)際[4-6]。這樣的培養(yǎng)模式顯然不能適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的要求。

3.強(qiáng)化實(shí)踐的課程教學(xué)新模式的思路

學(xué)生是教學(xué)的主體，教學(xué)需以學(xué)生為中心。欲提高教學(xué)效果，必須充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)的參與度[7-8]。改革的思路是從部分優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、將多方式的實(shí)踐融入教學(xué)、課堂授課和考評(píng)方式改革等幾個(gè)方面入手提高教學(xué)效果。

（1）課堂教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

理清課程和各章講授的主線，優(yōu)化講授內(nèi)容。通過(guò)將表面技術(shù)的科研成果、工程應(yīng)用的新進(jìn)展等引入課堂教學(xué)，使學(xué)生在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，把握表面技術(shù)與工程發(fā)展動(dòng)態(tài)，開(kāi)闊視野，適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)的需要。

（2）將多方式的實(shí)踐融入教學(xué)

將現(xiàn)場(chǎng)參觀實(shí)踐融入教學(xué)。帶領(lǐng)學(xué)生有針對(duì)性地到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)1-2次。通過(guò)提前布置思考題、現(xiàn)場(chǎng)觀察、提問(wèn)等加強(qiáng)對(duì)工程實(shí)踐的認(rèn)識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生將表面技術(shù)應(yīng)用到工程實(shí)際的能力。

科研實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。創(chuàng)新性學(xué)習(xí)是培養(yǎng)新工科人才的關(guān)鍵。充分利用專(zhuān)業(yè)課題組表面技術(shù)方向及實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的條件。讓學(xué)生利用課余時(shí)間參觀和參與課題組與表面處理相關(guān)的科研實(shí)驗(yàn)，提高對(duì)各種表面技術(shù)及應(yīng)用的理解，并培養(yǎng)工程創(chuàng)新能力。

（3）課堂教學(xué)方法及考評(píng)制度的改革

采用案例式教學(xué)方法，充分利用多媒體等現(xiàn)代媒介，引導(dǎo)學(xué)生從多方位、多角度思考問(wèn)題、課堂討論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。在課堂上啟發(fā)學(xué)生把所學(xué)知識(shí)與工程問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。

成績(jī)考評(píng)既要全面地考核學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的掌握程度，同時(shí)也要促使學(xué)生在平時(shí)努力并在學(xué)習(xí)中樹(shù)立工程觀念，能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題。

4.教學(xué)改革實(shí)施過(guò)程及效果

（1）課堂教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

理清講授主線，組織課堂內(nèi)容。以各種表面技術(shù)為基本章節(jié)，對(duì)于每一種表面技術(shù)按照技術(shù)原理-特點(diǎn)-設(shè)備-工藝-應(yīng)用的知識(shí)框架講授。涉及具體應(yīng)用案例時(shí)，以材料組成與結(jié)構(gòu)-性能-制備技術(shù)-應(yīng)用關(guān)系為線索。這樣來(lái)組織講課內(nèi)容，邏輯非常清晰，容易突出每種表面技術(shù)的特點(diǎn)，還建立了材料基本研究方法。

引入新知識(shí)、新進(jìn)展。結(jié)合現(xiàn)代表面工程與技術(shù)的發(fā)展，將比較陳舊的教學(xué)內(nèi)容如電鍍技術(shù)的課時(shí)壓縮。把課題組涉及表面處理工程與技術(shù)的科研成果、學(xué)科發(fā)展前沿等引入課堂，提升教學(xué)效果。增加介紹熱噴涂、氣相沉積、電刷鍍等表面處理技術(shù)的新工藝、新設(shè)備、應(yīng)用領(lǐng)域新進(jìn)展的內(nèi)容。

（2）多種實(shí)踐方式融入教學(xué)改革的實(shí)施

①現(xiàn)場(chǎng)參觀實(shí)踐融入教學(xué)的實(shí)施

現(xiàn)代表面工程與技術(shù)與其它理論課程的不同之處在于它不僅有豐富的理論知識(shí)，而且還具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。最終的教學(xué)效果不僅僅體現(xiàn)在學(xué)生考試成績(jī)的高低，更重要的是學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力掌握得如何。在課前的業(yè)余時(shí)間組織學(xué)生到附近從事氣相沉積的單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參觀，將學(xué)生分為3-5組，每組重點(diǎn)參觀和記錄的內(nèi)容各有側(cè)重，如設(shè)備、工藝路線、質(zhì)量控制、技改方向等。以參觀記錄的內(nèi)容為基礎(chǔ)，通過(guò)查找文獻(xiàn)資料準(zhǔn)備小組PPT，課堂教學(xué)時(shí)以此為典型案例進(jìn)行專(zhuān)題討論。學(xué)生分組講授4-5分鐘，然后同學(xué)和老師提問(wèn)、討論，通過(guò)這一比較完整的訓(xùn)練過(guò)程，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及表達(dá)能力。同時(shí)激發(fā)學(xué)生對(duì)生產(chǎn)實(shí)際的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)的興趣。

②科研實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

本課程涉及的表面處理技術(shù)種類(lèi)繁多，每一種表面技術(shù)各具其特點(diǎn)，而且相互獨(dú)立。我充分利用課題組表面處理方向及實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的條件，積極給學(xué)生營(yíng)造動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。讓學(xué)生利用課余時(shí)間參與課題組與表面處理相關(guān)的科研實(shí)驗(yàn)。學(xué)生分組參觀了本課題組的鋁合金硬質(zhì)陽(yáng)極氧化、化學(xué)鍍等表面技術(shù)研究，我現(xiàn)場(chǎng)介紹硬質(zhì)氧化與普通陽(yáng)極氧化的性能優(yōu)勢(shì)、工藝要點(diǎn)等，解答化學(xué)鍍的原理與應(yīng)用前景。約有一半的學(xué)生饒有興趣地課余參加了這兩個(gè)課題的實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)親自動(dòng)手加深了對(duì)表面技術(shù)原理、設(shè)備、工藝等的掌握，課程教學(xué)質(zhì)量和效果得到了提升。

（3）課堂教學(xué)方法及考評(píng)制度的改革

課堂教學(xué)方面，改變單一由老師講授的不足。采用觀看短視頻、增加案例的討論式教學(xué)等方法。下載了一些表面技術(shù)制備涂層或現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的短視頻，一般控制在3分鐘以?xún)?nèi)，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，如采用電刷鍍技術(shù)在印刷線路板上鍍銅、高速火焰噴涂修復(fù)煉鋼軋輥等視頻。

增加案例式教學(xué)。在第1次課后提前留下作業(yè)，平均每2章提出一個(gè)工程應(yīng)用中的案例，學(xué)完相應(yīng)章后讓學(xué)生進(jìn)行討論，請(qǐng)2-4個(gè)同學(xué)發(fā)言，老師點(diǎn)評(píng)或啟發(fā)同學(xué)聯(lián)系所學(xué)知識(shí)分析和解決該問(wèn)題。時(shí)間控制在10-15分鐘。這樣與簡(jiǎn)單重復(fù)的章末復(fù)習(xí)相比，學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力得到了提高。如在學(xué)習(xí)熱噴涂技術(shù)時(shí)，啟發(fā)學(xué)生從噴涂材料、涂層結(jié)構(gòu)以及噴涂工藝、設(shè)備、實(shí)施過(guò)程等方面進(jìn)行分析、考慮，提出礦山機(jī)械和耐酸泵的修復(fù)方案。在學(xué)習(xí)物理氣相沉積技術(shù)時(shí)，給出一個(gè)要制備的合金膜層，讓學(xué)生討論如何分別使用真空蒸鍍和濺射鍍來(lái)實(shí)現(xiàn)等?？傊?，想方設(shè)法引導(dǎo)學(xué)生從多方位、多角度思考問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生把所學(xué)知識(shí)與工程問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。

考評(píng)方法是強(qiáng)化工程實(shí)踐改革效果落實(shí)的重要保證。將考評(píng)分為三個(gè)方面：平時(shí)成績(jī)，包括到課情況、課堂討論表現(xiàn)、課后作業(yè)情況等，占總成績(jī)的30%；實(shí)踐操作成績(jī)，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)參觀報(bào)告等，占總成績(jī)的20%；期末考試成績(jī)，占總成績(jī)的50%，在期末考試中增加對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析、提出解決方案等主觀題的比例，考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力。

經(jīng)過(guò)1年的實(shí)踐，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)興趣提高，對(duì)表面技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用的理解不再抽象，覺(jué)得有收獲。今后我將尋找更多、更好的案例，充分融入理論、技術(shù)、新應(yīng)用，進(jìn)一步提高講課效果，為祖國(guó)培養(yǎng)更優(yōu)秀的從事表面技術(shù)的新工科人才。

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湖南大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目資助。