( 重慶理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400054)

在現(xiàn)代工業(yè)文化中，材料加工作為現(xiàn)代生產(chǎn)工藝中的重要一環(huán)，有著不可替代的地位。自1998年起，各高校針對(duì)教育部提出的“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的教育指導(dǎo)方針，對(duì)原有的鑄造、鍛壓、焊接等按行業(yè)領(lǐng)域劃分的專業(yè)進(jìn)行了合并，進(jìn)而成立了材料成型及控制工程專業(yè)[1]。由于專業(yè)的合并，要求學(xué)生需要同時(shí)掌握3個(gè)方向的知識(shí)，這在一定程度上導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)僅有“寬”“泛”的掌握，與該專業(yè)要求的“精”“?！比瞬排囵B(yǎng)目標(biāo)產(chǎn)生了偏差?；谠搶I(yè)涉及知識(shí)面廣、工程實(shí)操性強(qiáng)等特點(diǎn)，高校在培養(yǎng)高素質(zhì)本科人才時(shí)更應(yīng)采用理論打基礎(chǔ)、實(shí)踐固理論的教學(xué)理念。加強(qiáng)本科生的實(shí)踐動(dòng)手能力，不僅能使學(xué)生的理論知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固，還能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生形成“發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題”的思維模式。本文將具體結(jié)合以形變金屬及微結(jié)構(gòu)科研課題形式促進(jìn)本專業(yè)教學(xué)改革進(jìn)行分析與探討。

1 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題

在當(dāng)前高校課程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)并未受到重視，仍以理論教育為主導(dǎo)，理論和實(shí)踐存在脫節(jié)的現(xiàn)象。以重慶理工大學(xué)大三學(xué)年開設(shè)的課程為例(如圖1所示)，其課程主要以專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)為主，有利于為學(xué)生打下夯實(shí)的基礎(chǔ)，但實(shí)驗(yàn)課程較少，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。已開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程多為簡(jiǎn)單單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，并未給學(xué)生留有更多的思考空間，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程興趣不高，對(duì)科學(xué)研究?jī)H停留于書本的簡(jiǎn)單介紹，無法與實(shí)踐相結(jié)合。此外，實(shí)驗(yàn)課程的考核多以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)又依賴于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能夠完整復(fù)刻實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)論的學(xué)生易拿高分。這也就導(dǎo)致了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中更注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成功與否，這種唯成功論還會(huì)使得部分學(xué)生直接剽竊同學(xué)的實(shí)驗(yàn)成果，出現(xiàn)學(xué)術(shù)不端的行為。該現(xiàn)象最大的危害在于使學(xué)生喪失了自主思考的能力，不會(huì)分析實(shí)驗(yàn)過程中可能存在的失誤，更不會(huì)從失敗的實(shí)驗(yàn)中汲取教訓(xùn)。

圖1 重慶理工大學(xué)材料加工專業(yè)大三學(xué)年課程開設(shè)情況

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題督促我們要對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。在此，筆者提出以針對(duì)性、專業(yè)性、實(shí)踐性強(qiáng)的科研課題形式優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的積極性，激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的熱愛，培養(yǎng)理論知識(shí)豐富、實(shí)踐能力強(qiáng)的專業(yè)性人才。

2 課題特點(diǎn)

以重慶理工大學(xué)為實(shí)例，該校為改善學(xué)生理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)的現(xiàn)象，特打造了“精英計(jì)劃”，實(shí)行研究生教育與本科教育聯(lián)動(dòng)機(jī)制，即“1+1+2”模式，1個(gè)研究生導(dǎo)師、1個(gè)研究生、2個(gè)本科生組成科研團(tuán)隊(duì)，同時(shí)學(xué)院將對(duì)進(jìn)入發(fā)展計(jì)劃的同學(xué)提供實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)地支持。其課題以探討金屬的形變行為、微觀結(jié)構(gòu)的改變對(duì)金屬性能的影響為主。

強(qiáng)韌化是金屬材料永恒的追求目標(biāo)，而強(qiáng)化機(jī)制主要為以下4種強(qiáng)化機(jī)制：細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、形變強(qiáng)化[2]。該課題擬選用形變強(qiáng)化為主要研究方向，因?yàn)樗c當(dāng)前鋼鐵及其他合金類生產(chǎn)工藝流程相似，可在已有軋制設(shè)備或經(jīng)過一定改造的設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具有廣闊的發(fā)展前景。這也使高校的教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)接軌，有利于為企業(yè)輸送專業(yè)的實(shí)用型技術(shù)人才。

3 課題教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)模塊

與傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式不同，課題的教學(xué)模式將以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)為主，導(dǎo)師的針對(duì)性指導(dǎo)為輔。由指導(dǎo)老師給出課題相關(guān)的參考書目，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)后擬訂實(shí)驗(yàn)過程，由老師分析實(shí)驗(yàn)的可行性，并展開課題實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)K

實(shí)驗(yàn)方面的培訓(xùn)分為4個(gè)模塊，可利用如圖2所示的流程圖表示。

圖 2 實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)的流程圖

1)對(duì)金屬性能進(jìn)行測(cè)試。與先前教學(xué)理論中以微觀組織結(jié)構(gòu)分析開始的教學(xué)方式不同，以具有立體感知的材料力學(xué)性能為教學(xué)切入點(diǎn)。以金屬材料的硬度測(cè)試為例，學(xué)生通過硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)，將會(huì)對(duì)不同金屬材料的強(qiáng)度硬度有直觀的、具體的概念。這一過程將使學(xué)生了解材料具有的各異性能，進(jìn)而激發(fā)其好奇心，以探討不同材料具有不同性能的原因。同時(shí)，這也能為后續(xù)的微觀組織結(jié)構(gòu)的教學(xué)做鋪墊。

2)形變處理。以軋制為例，金屬產(chǎn)品常采用冷軋、熱軋、鍛壓、沖壓等工藝進(jìn)行生產(chǎn)。在該模塊的學(xué)習(xí)中，可學(xué)習(xí)軋制工藝的生產(chǎn)工藝流程，了解設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)成，掌握工藝參數(shù)的制訂。這一過程將使學(xué)生進(jìn)一步掌握金屬材料在不同軋制條件下的性能變化與其微觀組織變化的內(nèi)在聯(lián)系[3]。此外，在日常生活中，金屬發(fā)生塑性變形后其力學(xué)性能發(fā)生改變的案例隨處可見。導(dǎo)師可引入相關(guān)案例，將理論知識(shí)具體化、生活化，將教學(xué)過渡到應(yīng)如何在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中控制或調(diào)控材料的性能。同時(shí)，在后續(xù)的金相組織觀察中，學(xué)生能具體地、直觀地觀察到組織的形貌特征及其變化，而不再是單純地通過課本配圖進(jìn)行學(xué)習(xí)。這樣也會(huì)使學(xué)生對(duì)材料組織和性能之間的關(guān)系有更深層次的了解。

3)微觀組織結(jié)構(gòu)的觀察和分析。在上述兩個(gè)模塊的培養(yǎng)與學(xué)習(xí)中，學(xué)生將認(rèn)識(shí)到材料的性能取決于材料的微觀組織及結(jié)構(gòu)。通過宏觀觀察，能大致評(píng)判材料的性能，而其微觀組織結(jié)構(gòu)是不可能通過肉眼觀測(cè)的，因此，需要借助輔助工具，如金相顯微鏡、掃描電鏡等觀察其微觀組織結(jié)構(gòu)或表面形貌特征。通過這一模塊的實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)，學(xué)生會(huì)對(duì)微觀組織結(jié)構(gòu)決定材料性能這一理論有更深層次的理解，激發(fā)學(xué)生對(duì)材料處理方式、微觀組織、結(jié)構(gòu)、性能之間關(guān)系的研究與探討。

4)熱處理工藝的學(xué)習(xí)。除上述模塊的培養(yǎng)外，可添設(shè)相關(guān)的熱處理實(shí)驗(yàn)，打破傳統(tǒng)的以相變分析為主的課堂理論教育。對(duì)軋制后的材料可以設(shè)計(jì)一系列相關(guān)的熱處理工藝，提高材料性能，從而使學(xué)生能夠直觀地學(xué)習(xí)相變規(guī)律，并認(rèn)識(shí)到熱處理工藝也是改變材料微觀組織結(jié)構(gòu)的一種方式。熱處理工藝的最終目的仍是改善和提高材料的綜合力學(xué)性能。這一模塊的教學(xué)是對(duì)上述3個(gè)模塊的鞏固和提高，更是學(xué)生在探討材料處理方式、微觀組織、結(jié)構(gòu)、性能之間關(guān)系后的進(jìn)一步摸索。

3.3 考核模塊

在實(shí)驗(yàn)中，一定會(huì)出現(xiàn)學(xué)生無法自主解決的問題，導(dǎo)師作為課題的負(fù)責(zé)人應(yīng)及時(shí)啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生。在這個(gè)過程中，要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)問題反復(fù)研究，并分析實(shí)驗(yàn)過程，找出問題發(fā)生的源頭。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，導(dǎo)師應(yīng)開展一次小組討論，指出學(xué)生在前期文獻(xiàn)學(xué)習(xí)、后期實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題，并要求學(xué)生以論文形式對(duì)整個(gè)課題過程做出書面報(bào)告?？己嗽u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)記錄，討論記錄，以及基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出的優(yōu)化方案為主，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為輔。若學(xué)生在課題結(jié)束后，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不理想，但該學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并在此基礎(chǔ)上提出了可行且新穎的實(shí)驗(yàn)方案，仍可給予該生較好的成績(jī)。

以形變金屬及微觀結(jié)構(gòu)為科研課題的主要目的是使學(xué)生將理論知識(shí)與工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合。重點(diǎn)考察的是學(xué)生是否具有良好的學(xué)習(xí)能力，以及能否將課本知識(shí)靈活地運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)，以解決科學(xué)或工程問題。設(shè)立該課程的重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，以及鍛煉學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作技能，更要求學(xué)生能夠獨(dú)立自主且正確地使用這些設(shè)備。

通過該課題的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)，相信學(xué)生會(huì)具有主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，建立起良好的科學(xué)精神、實(shí)驗(yàn)態(tài)度并具有一定的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

4 總結(jié)

教學(xué)課程的設(shè)計(jì)及內(nèi)容會(huì)直接影響教學(xué)質(zhì)量與成果，而且社會(huì)及行業(yè)對(duì)人才質(zhì)量的要求不斷提高，這都要求著高校實(shí)施進(jìn)一步的教學(xué)改革。高校應(yīng)注重對(duì)學(xué)生的科研技能培訓(xùn)，要求學(xué)生掌握一定的實(shí)驗(yàn)技能，并具有發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的思維模式，為社會(huì)輸送高質(zhì)量的應(yīng)用型人才。同時(shí)，高校應(yīng)認(rèn)識(shí)到人才培養(yǎng)不是一朝一夕的事，這是一個(gè)漫長(zhǎng)且復(fù)雜的過程，需要高校在人才培養(yǎng)的過程中積極摸索，根據(jù)社會(huì)發(fā)展及要求不斷地改善和調(diào)整人才培養(yǎng)模式。