“材料工艺学”课程建设与实践*

2020-08-12贾润萍徐小威

广州化工 2020年14期

陈锟，杜永，吴蓁，贾润萍，徐小威

(上海应用技术大学材料科学与工程学院，上海 201418)

材料科学与工程专业人才培养定位为高素质一线应用型技术人才，《材料工艺学》课程的开设高度契合本专业培养目标。《材料工艺学》作为材料科学与工程专业必修的一门主干专业基础课程和学位课程，是一门研究材料制备技术、工艺以及实现新材料的设计思想，并使其投入应用的一门学科[1]。它的主要任务是使学生掌握各种材料及其工艺的基本原理、工艺特点和应用，熟悉常用材料的组织、性能、应用和选用原则，具有对各种材料及工艺的选择和分析的初步能力[2-4]。由于该课程涉及的工艺种类繁多，知识面广，概念性和理论性强，工艺方法实践性强，缺乏对生产工艺流程感性认识的学生，感觉课程内容琐碎、枯燥、抽象，教学效果较差[5-7]。因此，围绕应用型人才培养目标，改革课程的教学内容与教学方法，进一步凸显本课程应用性强的特点，以培养高素质技术技能应用型人才。

1 课程目标

围绕以高水平应用型人才为基础的专业培养目标，本课程融合金属材料、无机非金属材料和高分子材料的基础理论于一体，以材料工程问题为导向，结合材料及其工艺的基本原理、工艺特点等教学内容，培养学生对材料及工艺的选择和分析能力，分析和解决工程实际问题的能力，使其较好掌握材料的组成、结构、性能、工艺之间的相互影响关系及制约规律，具备为材料结构设计、对材料科学研究中出现的复杂现象进行初步分析的能力，为学习后续的各门专业课程及以后从事工程设计方面的工作奠定必要的基础。

2 课程建设实践

本文对我院材料科学与工程专业开设的“材料工艺学”课程，结合笔者在课程教学中的体会，就教学内容，教学手段，教学方法，加强校企合作等方面进行了探讨。

(1)教学内容建设

本课程主要讲授金属材料、高分子材料、无机非金属材料和复合材料的加工原理、方法和工艺过程，其核心是要探索材料的组成、结构、性能、工艺之间的相互影响关系及制约规律。因此，教学内容的融会贯通就显得尤为重要。例如，材料的体积密度是材料最基本的属性之一。在无机陶瓷材料烧结工艺中，表观密度的测量可得出烧结陶瓷的气孔率，而气孔率是微孔材料的一个重要的微观结构指标，通过检测密度，可以控制烧结工艺，最终控制制品质量；在高分子材料中，高密度聚乙烯和低密度聚乙烯，其使用性能有很大的差别，密度差别是由微观结构差异决定的，高密度聚乙烯具有线性长链结构，而低密度的分子链为非线性的，通过密度的测定可得出这种微观链结构的种类和相对含量，从而控制合成工艺。因此测量材料的密度结构的变化，则可准确的得出材料的性能。然而，在金属材料的热处理分析中，此前，并没有任何人提出“用密度来分析金属材料微观结构”的想法和操作。任课教师认为材料大类之间，应该融会贯通，并结合自己的科研实践，提出将上述密度分析方法用于金属材料的热处理工艺，由密度的测量得出金属材料热处理工艺过程微观结构的变化，由此控制热处理工艺。教学内容的融会贯通，激发了学生的学习兴趣，引导学生深入理解专业知识，构建起知识框架体系，有效突破教学内容的重点与难点。

(2)教学方法与手段革新

在教学过程中，根据课程内容及其特点，采用了问题导向型教学方法，针对课堂讲解，安排工艺设计讨论课，侧重培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。比如，让学生根据自己感兴趣的某种材料，查阅研究现状及最新研究进展，收集和整理资料，设计该材料的制备工艺方案，分组完成后各组派出代表交流发言，大家各抒己见，进行点评。这样既提高了学生自主学习的积极性，同时也加深了学生对相关知识点的理解，以及对一个产品从原材料到成品整个制造过程的完整概念的体会，培养其通过团队协作运用理论知识分析工程实际应用问题的能力。

利用数字化多媒体技术将与课程内容有关的各种类型的信息呈现在学生面前，特别是针对原来教学中的重点和难点内容，如先进的材料成形工艺与方法的录制视频，比较系统、真实地反映相关的新工艺、新技术、新发展，增强了学生的感性认识，使课程的教学内容具体化、形象化，帮助学生学习、理解和掌握。

采用翻转课堂教学模式，尝试使用雨课堂线上平台，通过线下课堂教学、课堂讨论及线上文献阅读、线上测试等的多种形式，使学生由平常简单的被动学习方式变为积极主动探索的学习方式，激发学生的学习热情与求知欲望，培养学生的工程技术应用能力。比如，在讲解“塑料中空成型”这部分内容时，课前教师挑选Discovery频道的《How it’s made-Plastic bags》制造技术视频，以手机课件的形式线上发布，要求学生进行自主学习；然后在课堂上讲解中空成型的内容时，学生积极参与教师的互动活动，同时课堂线上测试的正确率也大为提高。授课一轮下来，根据雨课堂-课堂数据统计结果(见图1)显示，弹幕、线上投稿等方式深受同学的欢迎，回答问题的人数和次数大幅增加，教学氛围也变得更加活跃。线上线下的混合式教学，较大的提高了学生学习的积极性，培养了学生的专业兴趣，取得了良好的学习效果。

图1 雨课堂-课堂签到情况及弹幕报告

本课程建立了多样化的评价方式，即本课程教学评价采用过程性评价和终结性评价相结合。过程性评价以课前预习测试，课堂线上测试，课后练习以及课堂工艺设计讨论课等评价结果为主，其中，课堂工艺设计讨论课的评价结果采用师生合作评价模式，评价结果分为学生互评与教师评价两部分组成，强调对学生学习过程中的学习状况和阶段性学习成果多方面、多形式的考核，促进学生自主学习，培养学生分析和解决工程实际问题的能力；期末终结性考试采用笔试的方式，主要考核基础知识基础概念，以及利用基本概念和工程原理分析问题的能力。

(3)加强工程能力训练内容，申请并实施校企合作建设

增加知识点的工程应用性讲解，增强结合工程实际的综合性设计训练环节，通过开展工艺设计训练，要求学生将自己所学的理论知识创造性地应用到模拟工程实践当中，培养学生工程技术应用能力。比如，在讲解“陶瓷材料的拉坯成型”这部分内容时，特地开设了拉坯成型制作陶瓷罐实验，实验前学生根据老师的授课内容设计实验，提交预习报告，然后按各自的实验方案动手制作陶瓷罐，并通过改变拉坯成型参数，制作得到不同形状的陶瓷罐，由此分析各工艺参数对陶瓷制品的影响规律。通过此实践训练环节，一方面确保学生都得到实践锻炼，培养动手能力；另一方面培养学生更好地运用理论知识来解决实际问题的能力。

同时，积极申请并实施校企合作建设。一方面，通过合作企业为学生提供实习基地，实训机会，进行生产现场教学，使学生对复杂的生产工艺流程及主要的生产设备有直观且更深入的认知。另一方面，聘请企业工程技术人员担任兼职任课教师，以实际工程为背景，采用项目任务教学以及小组讨论式教学的教学方法，将一系列工程实际应用案例引入到理论教学中，强化理论与实践的有机融合。通过校企合作，激发了学生的学习热情，加深了学生对理论知识的理解，且不断提高其工程实践能力与解决实际问题的能力，激发学生的创新潜力。