基于创新能力培养的《材料科学基础》课程教学改革的实践

1、 基于创新能力培养的材料科学基础课程教学改革的实践 吴志方（武汉科技大学材料与冶金学院，湖北武汉430081）摘要：为了满足社会经济发展的需求，高等教育需要培养创新人才。本文在材料科学基础的教学改革实践中如何培养学生的创新能力的一些有益的探索。实践表明，这种基于创新能力培养的教学改革举措，大大激发了学生的学习兴趣，提高了学生的创新能力。关键词：教学改革与实践；材料科学基础；创新能力培养g642.0 文献标志码：a ：1674-9324（2013）10-0244-02创新能力是人们发现新问题、解决新问题、创造新事物的能力1。创新是社会发展的根本保证，国家需要大量的创新人才。高等教育是培养创新人才

2、的基地和摇篮，培养学生的创新精神和创新能力是一个系统工程，是时代赋予高等教育的重任。创新能力的培养体现在高等教育教学的各个环节。材料科学基础是材料成型及控制工程专业的一门重要专业技术基础课程，在学生专业知识的学习中起着承上启下的作用，并在学生知识体系的构建中占有重要地位。如何在材料科学基础课程的教学中培养学生的创新能力，成了教学改革的重要课题。一、教学体系和课程内容选择教学体系和课程内容的改革是当前高等教育改革的重要方向。教学内容能否适应当前知识的不断增长、社会对人才知识结构的需求不断发展变化的实际需求，直接取决于教材的选取与建设2。与重点大学定位于研究型教学，培养研究性人才不同，我校是一所具

3、有冶金行业特色的省属一本高校，定位为教学研究型大学。我校的材料成型及控制工程专业以轧制为主，培养的是工程技术型创新人才，大部分学生毕业后，服务于冶金行业。因此，需要在夯实基础、拓宽口径的前提下，结合我校人才培养目标重组教学内容。我们选用的教材是由张代东、吴润主编，北京大学出版社出版的材料科学基础。这本教材的主要内容包括金属材料的晶体结构、晶体缺陷、金属和合金的凝固、二元及三元相图、扩散、固态相变、塑性变形和再结晶、金属的强化机制等。该教材符合宽口径专业教学的要求，并考虑到我校的冶金背景，在教材的编写中融入了冶金行业的相关知识。如在介绍金属铸锭组织的基础上，引入了钢材的初级产品-连铸坯的相关知识

4、；又如在介绍含碳量对铁碳合金力学性能的影响时强调了冶金行业的新发展，即采用控制轧制和控制冷却技术，可将含碳量很低的钢的强度提高到1000mpa。该教材内容既适合社会对创新人才培养的要求，又强化了我校的行业特色，已被两届学生使用，效果良好。二、教学内容的组织形式材料科学基础是将材料的微观特性和宏观规律建立在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。其中心是研究材料的成分、组织结构和性能之间的关系。在教学内容上，注重突出中心以材料的成分、组织结构、性能之间的内在关系和变化规律为主线，贯穿于教学始终。比如，在讲绪论时，学生已经进行了认识实习，对钢厂现场情况有了一定了解。我们以钢铁是怎样

5、炼成的为切入点，对这门课程进行了介绍。步骤如下：钢的冶炼一般是在铁中加入一定量的碳形成学习铁碳合金一章是极其重要的了解铁碳合金应进行二元合金的学习现场实际钢中都含有杂质元素或专门添加的第三、第四种元素必须利用三元相图等来解决相关问题钢厂生产的合金一般都是通过熔炼的方法得到的要了解熔炼过程必须学习结晶的知识熔炼好的成品分别在不同场合采用，其性能由晶体结构与缺陷决定金属的晶体结构部分极其重要成品铸锭一般应加工为型材后才可使用要对加工过程进行控制须学习塑性变形的知识型材的深加工由于加工硬化而变得困难应当进行回复与再结晶处理金属的结晶、塑性变形以及后续热处理都要通过物质间相互扩散实现。通过这样的介绍，

6、学生的注意力迅速集中到所要学习的内容上，并且明白了课程的结构脉络，对课程的实际应用有了系统的了解。又如在学习金属的晶体结构和合金的相结构时，主线为材料的化学成分与其内部结构的关系。在学习二元和三元合金相图时，主线为材料的化学成分与其组织之间的关系及其对性能的影响。三、改革教学方法和教学手段课堂教学作为教学工作的中心环节，是实现人才培养目标的主渠道，直接影响到人才培养的质量。在课堂教学中，积极探索教学方法和教学手段的改革，摈弃过去满堂灌的教学思想，采用启发式、提问式、讨论式、研究式的教学方法引导学生学习，使学生作为教学工作的主体，使其对专业知识感兴趣，积极主动地学习。在讲授新内容之前，根据所讲内

7、容列举相关的生产实例，提出需要解决的实际问题，然后指出解决问题所需要的理论知识，进而道出要讲课的内容。这样既可以培养学生的学习兴趣和积极性，又可以启发学生理论联系实际的思维方式，还可以培养学生分析解决问题的能力。如在讲授回复和再结晶这一章之前，给出几张冷轧生产线图片，结合已经学习过的塑性变形的知识，引导学生思考：随着塑性变形的进行，金属内部的位错密度不断增加，材料的强度不断上升，塑性变形会难于进行，但是实际生产中又需要继续形变，这时候怎么办呢，就需要引入新的章节-回复和再结晶。如，在每一章的内容讲完之后，都给学生总结这一章的主要内容和重要的知识点，同时注意各个知识点之间的联系和区别。经过这样的

8、总结，可以使课本知识系统化、条理化，从而加深学生对所学知识的理解和记忆。习题作为一种重要的教学手段，在调动学生的积极性、加深学生所学知识、检查教学效果等方面起重要的作用。为了巩固所学知识，在教学各环节安排课后习题。根据学生作业反馈信息，教师再进行有针对性的讲解。此外，在教学过程中要重视科研促进教学的环节。在课堂教学中，教师要注意更新课程内容，并将材料科学的最新发展和科研成果融入到教学内容中，使课程内容兼具基础性和先进性。例如在讲授hall-petch关系（）时，可以引入纳米晶材料的屈服强度与晶粒尺寸的关系有三种不同的规律，即正的hal-petch关系（k0）、负的hall-petch关系（k0

9、）和正-反混合的hall-petch关系，让学生知道任何规律都有它特定的使用条件。并且要强调，并不是所有的金属材料都希望晶粒越细越小，如耐热钢、硅钢和抗震钢，是不希望晶粒细小的。在课堂教学手段采用方面，我们坚持以多媒体教学为主，黑板板书为辅。多媒体教学能把教材的内容形象生动地反映出来，使学生获得真实的、具体的感性认识，从而观察更清楚，并有助于创新意识的培养。例如，三元合金相图是复杂的三维空间图形，其空间概念难于建立，各相区的形状、各相区的接续关系等难于用语言准确、生动、形象地描述，即使采用模型也无法完整、直观地表达清楚。而利用计算机技术，可以将三元合金相图进行拆分和重组，并将拆分的各个相区进行旋转，这样相图中的单相区、两相区、三相区及四相区反应平面都可以清楚地表示出其在相图中具体的位置及形态。很多学生学习完三元相图后，在计算机上拆分和重组三元合金相图，甚至有的同学用计算机汇编语言编写程序，实现三元合金相图。通过以上教学改革探索，激发了学生学习材料科学基础的兴趣，培养了学生的创新能力，加深了学生对材料科学基础这门课的理解。需要指出的是，创新能力的培养是一项长期的工作，需要我们在今后的实践中不断探索、提高和完善。参考文献：1秦春波.大学生创新能力培养研究j.长春理工大学学报（综合版），2006，2（3）：189