李曉鵬，范霽康，王克鴻，馮曰海，張德庫

(南京理工大學材料科學與工程學院，江蘇 南京210094)

0 前言

南京理工大學為雙一流學科重點建設大學，長期服務于國防事業(yè)，從事軍事產(chǎn)品的設計、研發(fā)和制造，是一所具有軍工特色背景的高校，其具有4 個國防重點建設專業(yè)和4 個國防特色緊缺專業(yè)。材料成型與控制工程專業(yè)作為4 個國防重點建設專業(yè)的重要組成之一，為國家國防事業(yè)做出了突出貢獻，培養(yǎng)了一大批獻身國防的高素質人才。高能束流加工課程是面向材料科學與工程專業(yè)本科生開設的一門專業(yè)必修課。該課程主要講述以電子束、激光、等離子為代表的高能束流加工的工藝與基礎知識。通過該課程的學習可以讓學生深入理解和控制材料的高能束流加工過程。該課程的開設對學生今后從事高能束流加工相關的設計開發(fā)和科學研究具有重要意義。高能束流加工技術，包括等離子加工、激光加工、電子束加工等技術，在航空［1-2］、航天［3］、艦船［4］、核能［5-6］領域具有廣泛應用，其授課質量與學生未來從事相關工作時解決問題的能力密切相關。

從近兩年的總結發(fā)現(xiàn)，南京理工大學材料成型及控制工程專業(yè)的高能束流加工技術課程授課過程中，存在以下兩個問題:

(1)高能束流加工方法種類較多，具體分為3 類工藝、10 余種方法，而課程總學時僅為48 學時。如何響應教育部提出的“厚基礎、寬口徑”政策［7］，在有限的課時內使同學們掌握高能束流加工技術基礎內容，并能融合材料凝固理論、材料加工工藝等其它專業(yè)基礎課內容是需要解決的關鍵問題。

(2)基礎知識與具體應用脫節(jié)，學生僅在表觀上了解高能束流加工技術在國防領域有重要應用，但具體應用案例不明確，不能充分理解高能束流加工技術的特點及其在國防領域應用的原因，導致學生對專業(yè)、課程的自信度不足。

基于以上情況，利用學校在國防領域的科研優(yōu)勢，開展了高能束流加工技術的課程改革，可為高等院校開設新課程或課程改革提供參考。

1 教學改革內容

針對高能束流加工技術課程授課過程中存在問題，經(jīng)文中相關作者的研討，從以下3 個方面對教學課程進行了改革。

1.1 合理分配教學順序，理論與實踐結合

將原來的“講課-試驗”模式修改為“講課-試驗-講課”模式。以高能束流加工技術中的激光焊為例說明課改內容。以往針對激光焊的教學為“講課-試驗”模式，從激光焊概述、激光焊原理、激光焊特點、激光焊應用、激光焊試驗等方面展開，在統(tǒng)一完成激光焊基礎內容教學后開展相關試驗，通過試樣金相照片觀察了解焊縫成形情況及微觀組織信息。但由于基礎內容教學與試驗分析間隔時間較長(2 周)、學生知識框架結構不完整，學生難以將試驗結果與課堂基礎知識有機結合。針對上述問題，開展“課程-試驗-課程”模式教學，根據(jù)艾賓浩斯遺忘曲線，在學習完成激光焊相關基礎知識(原理及特點)后，組織學生進行激光焊試驗，了解激光焊流程并分析焊縫成形及組織特征，隨后再次進行課堂講解，融合焊接冶金、金屬凝固理論等基礎知識，讓學生充分掌握激光焊原理、激光焊特點。

1.2 合理分配學時，以點帶面

雖然高能束流加工技術包括多種方法與工藝，但每種方法和工藝的特點具有相似性，如所采用的電子束、激光、等離子熱源均具有能量密度高、熱輸入小的特點。因此，為了響應教育部提出的“厚基礎、寬口徑”政策，通過調整課時分配，重點針對一種工藝展開教學，在掌握該工藝的基礎上棄同即異，在剩余的課時內通過比較其它工藝與此工藝的不同點，進而通過比較法教學加深學生的認識，起到“以點帶面”的效果。按照上述思路，將高能束流加工技術的各類工藝課時進行合理分配，如表1 所示。重點開展激光加工技術的講解(24 課時)，在此基礎上，通過比較法拓展到電子束加工技術(12 課時)及等離子束加工技術(12 課時)。

表1 高能束流加工技術的各類工藝課時分配情況 課時

1.3 穿插專題講座，提升專業(yè)自信

學生僅在表觀上了解高能束流加工技術在國防領域有重要應用，但對具體應用案例并不明確，由此引發(fā)專業(yè)自信心不足。針對此問題，在授課過程中對每種工藝增加了2 課時的專題講座。專題講座有兩種形式:①結合自身科研經(jīng)歷，整理相關網(wǎng)絡公開背景，結合政治思想內容，講解高能束流加工在國防領域相關部件的具體應用;②讓學生以小組形式，自主查閱相關文獻、數(shù)據(jù)、制作PPT，在課堂上分享查閱成果。例如，針對電子束加工技術部分內容，整理了題為“電子束在航空發(fā)動機中應用”的PPT，介紹了采用電子束焊接航空發(fā)動機中的機匣薄壁結構和轉子可顯著減小焊接變形量，使學生詳細地了解了機匣類薄壁復雜結構焊接過程的難點和電子束焊接的優(yōu)勢，真正讓學生做到了知其然并知所以然，取到了較好的反響。

2 教學改革效果

通過對教學順序、教學模式的改革，增加了學生的參與感，改變了過往傳統(tǒng)教學的模式，使學生更加積極主動的投入課程學習中。同時，關于背景應用的具體介紹，增加了學生對高能束流加工技術的認知及其就業(yè)方向感，真正讓學生體會到國家的強大與學生自身學習息息相關。圖1 為教學改革前后學生閉卷考試成績情況。由圖1 可以看出，改革前后多數(shù)學生成績均分布于80 ～89 分，說明多數(shù)學生的學習效果較好。改革后位于80 ～89 分成績區(qū)間的學生數(shù)量明顯增多，由12 名增加至15 名，而位于70 ～79 分區(qū)間的學生數(shù)量明顯減少，這說明教學課程改革后取得了明顯的效果。位于90 分以上區(qū)間的學生數(shù)量也明顯增加，說明課程改革可以讓成績處于中游水平的學生更加主動的投入到課程學習中。

圖1 教學改革前后學生閉卷考試成績情況

3 結束語

經(jīng)過兩年的努力，高能束流加工技術的教學模式已經(jīng)完成改革。通過合理分配教學順序、合理分配學時、穿插專題講座，加深了學生對課堂內容的認知，提升了學生的學習主動性和參與度，增加了學生的專業(yè)自信，獲得了學生的一致認可。通過驗證，最終期末考試成績較改革前有明顯提升。