材料表面处理技术本科教学改革中的探讨*

黄红键 饶 丽 向 军

（西华大学 四川成都 610039）

引言

表面技术能改变固体材料表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能，其具有学科的综合性、手段的多样性、广泛的功能性、潜在的创新性、环境的保护性、很强的实用性和巨大的增效性，因而，受到各行各业的高度重视。

材料表面处理技术作为西华大学材料成型及控制工程专业的一门专业选修课，承担着培育服务制造业发展的具有较高综合素质的应用型人才的目标与使命，着重培养学生全面理解和掌握各种表面技术的基本概念和表面防护理论，并用于制造业领域。从理论层面上，掌握目前国内外常用的各种表面处理的基本原理和基本工艺；从应用层面上，掌握表面工程中各种强化技术的基本方法和主要途径；在实践层面上，熟练掌握并学会正确地选用材料和合理地进行工艺设计，具备识别、表达，并通过文献研究分析材料科学与工程领域的复杂工程问题。因此，该课程的建设是提高材料成型及控制工程专业教学质量的重要支撑[1]。当前材料表面处理技术作为一门专业选修课，如何引起学生的重视、调动学习积极性是教学改革面临的主要问题。

现阶段材料表面处理技术课程应顺应时代发展趋势，通过课程思政引领学生的价值理念，采用虚拟仿真等先进教学手段调动学生的学习积极性，坚持理论与实际相结合培育学生解决复杂工程问题的能力。

一、材料表面处理技术课程的现状

表面处理技术已经发展成为横跨金属学与热处理、摩擦学、物理学、化学、电化学、界面力学和表面力学、焊接学、腐蚀与防护学、陶瓷、高分子等学科的边缘性、综合性、复合型学科。材料表面处理技术作为材料成型及控制工程的一门专业选修课，同时也是金属材料工程从业工作人员需要掌握的知识。该课程主要对固体材料表面处理技术的相关概念、原理等进行了详细阐述，并结合实际生产过程及材料服役过程中所面临的一系列表面相关的问题，对材料表面处理技术的技术路线，失效及防护原理等一系列知识点进行了有效说明。由于课程属于专业选修课，学生对其重视程度不高。并且，在以往的课堂教学中，由于受到教学设备与师资力量的约束，即教师先讲解原理，进行操作示范，之后让学生模仿操作教师负责辅导。这种由教师一人操作，多名学生围观的教学模式，通常会因为学生专注程度与理解能力的区别，使得部分学生无法对操作流程予以充分掌握，难以实现教学目的[2]。

材料表面处理技术这门课程普遍会与微观知识中的晶体学、表面扩散与表面缺陷现象、电化学现象等知识点有着密切的联系，其涉及的知识范围大且十分抽象，学生理解起来比较困难。在实验中，如气相沉积、高能束表面改性技术、离子注入技术等诸多实验，会遭受到实验设备操作安全与实验成本的严重影响，令教学实验的开展有所局限，以至于无法得到理想的教学效果与实验结果。再加上实验设备的价格相对较为高昂，难以实现人手一机的独立操作实训，往往会让学生以小组的方式学习知识，一人操作且多人观看，造成每位学生自身实际操作实践比较少，其实践教学结果不尽如人意。不仅如此，在实训过程中，极易出现工件耗材、器材损耗与各项生产操作安全隐患，其教学实训的成本比较大。在实训课堂中，学生过度追求实验结果，并不重视实验过程与规范性操作，对于操作流程通常是随性而为，再加上学生人数比较多，教师无法顾及每一位学生，进而留下诸多的教学隐患和危险。

二、教学方式改革

1.融入课程思政，激发学生的民族使命感

在材料表面处理技术的本科专业课程教育中，教师要根据社会主义核心价值观为学员做好理论知识的讲授与技能的训练。在实践授课的期间，教师们可以穿插我国表面工程科技的发展历史，以启迪学生的爱国热情，并激励学子的民族使命感。例如，教师们可以在教学的绪论中介绍我国航空发动机工业的百年发展简史，从我国航空发动机工业历史的初级阶段讲到过渡阶段，再到突飞猛进期，到现在的多元化、现代化发展时期。我国航空发动机工业的发展历史，集中体现了表面工程科技及其在世界先进工业中重要的意义，同时也显示出了我国层面的技术实力，以及在全球历史舞台上的重要作用。教师必须在材料表面处理技术的课堂教学中建立良好的师生关系，通过常识、道德等内容指导学生的思维活动，使学生在心中获得认识，从而给学生提供榜样。教师如果要使自己的水平提高，还需仔细地进行课前准备工作和课堂设计工作，可以通过新的方式进行课堂，如利用网络平台的优点，始终把学生看作是教学主体，以进一步调动了学生的学习激情，并给学生创造了更加广阔的思维空间。教师们还能够将教学内容进一步丰富，通过深入介绍教学内容，引导学生对科研的实质和价值进行理解，并在科研过程中积极地引导学生敢于提出疑问，但不能接受传统权威的束缚。而大学生们目前也面临着新生命价值观建立的重要阶段，学生的社会经验也相对浅薄，其思维方式较为单一。对此，就需要教师充分发挥自身的引领作用，通过准确定位学生的具体需求，科学运用材料表面处理技术课程教学中的思政教育资源，并将社会主义核心价值观融入课程教学中。这样不仅可以充分彰显课程的育人功能，提高学生自身的综合能力，而且还能让学生的思想道德水平有所提高，全方位地促进课程综合教育的落实和贯彻。另外，对于材料表面处理技术课程思政的建设效果主要体现在以下三个方面，具体来看：首先，材料表面处理技术的课程较为单纯，教学方法也较为简单，要想更高效进行教学思政工作，就要求教师必须具备相当丰富的知识、极强的思想教育能力，在课程教学上将思政教育理论与知识、价值导向和知识的运用充分融合，进而将课程进行更加丰富，同时对传统教学模式加以革新，促进了思政教育课程体系的长远发展。第二，通过进一步研究材料表面处理技术的育人功能，突显其具备的育人功能，同时，教师还应该与该课程的专业特点、职业素养等方面相结合，充分地发挥出参与思政教育的积极主动性，从而形成一种全员育人氛围。第三，材料表面处理技术的学科思政建设工作必须以教学的全面开展作为切入点，明确关键性问题，从而制定科学合理的相应举措，从根本上达到了全方位协同育人的教育目的。

2.探索虚拟仿真实验教学模式，提高学生的学习积极性

基于新工科背景，对本科生有着很高的要求，尤其强调本科生自己的实践操作能力、把知识运用到实践中的能力、对问题进行研究和解决问题的能力和组织与相互合作的意识。因为实验中学生只能对表面的宏观实验现象加以探索，而无法呈现出相对微观的实验现象与实验过程，这将使得学生对实验主要知识点的了解存在着极大的障碍，而这也就是实验教学中所必须克服的问题。在当今社会，虚拟现实设备已经能够针对不同类型的实验环境与特点，合理地运用人体多维结构的视、听、触的感知功能，并采用了较为专业的技术设备，让学习者可以一直触碰仿真的虚拟环境。而通过触碰虚拟环境，就能够让教师和学习者在数字化的虚拟环境中直接感受到实验主角的感受，从而共同感受真实的氛围与交互过程。而VR技术、AR技术、MR技术等，目前也已对以往的教学方法和学校全部面貌都进行了改造和完善，特别是VR技术的最大优势则是有助于学习者更好进入到高效能、互动、高效的教学状态中。在材料表面处理技术的专业课与实验教学流程中，通常都会出现呈现困难大、重现难度高和因多次重复操作而造成的时间与成本等问题，而这些都可以利用VR技术模式对应场景进行实现。

学生借助显示设备能够“看见”较为抽象的理论知识，或者利用简单的操作对实际的生产操作进行模拟。由于学习成绩偏低的学生自身难以对抽象的知识加以理解，学生创造力还较弱，在将教学视频与VR技术充分融合时，可以利用三维仿真展现许多繁杂而抽象的知识点，从而提高了学生对知识学习的积极性。材料表面处理技术教学过程中，主要采用了理论课程模块，包括在文本、视频、图像与Flash等多种教学资源中的模拟动画的表现，同时对于实训的内容也通过虚拟仿真对材料表面处理技术的过程进行了仿真，如电镀流程中槽液的选择、对槽液温度、试剂含量等工艺参数的选择是否恰当。通过实训报告，可以对每个学员的作业长度、正确的作业行走步数和不正确的作业步数加以统计分析，归纳收集操作资料，并对教师们进行了相应的操作提示，对学生自身的薄弱环节进行了详细分析。工艺数据能够完整地反映出设计、厚度测量、孔隙度等一系列信息，通过VR设备展示实际的技术成果。学习者在进行实验课程之前，必须进行相应的预习，及时地发现在实际生产环境中所存在的各种情况，同时也必须详细分析模拟实施后的具体结论，提供解决的合理途径，同时对理论性的知识点进行巩固。

3.结合理论教学与工程实际，加深学生对所学知识的感性认识

基于新工科背景之下，为了可以充分地满足产业转型提出的各项需求，有关企业对人才培养的要求逐步向具备综合实际技能的创新型人才培养要求转化。因此，这对高等技术本科学校学生来说，加强理论与工艺实践相结合，并训练其本身的实践技能，以及提高其对所学理论知识的感性认识势在必行。而目前，金属表面处理工艺多面向于制造业，不但具备一定理论性，而且其实践性和专业性也尤其突出。面对这些与工程领域有着紧密联系的工艺方面，如果单纯通过理论知识的介绍，并不能使同学们对其形成直接的了解，或者也并没有帮助其在处理具体问题过程中正确地运用所学理论知识，更别说训练其创造力了，进而也就无法实现企业对人才综合实践能力需求的满足。为此，将材料表面处理技术与工程实际情况予以充分结合，大力开展实践教学环节刻不容缓。对于较为齐全的表面处理技术硬件设施，如阳极氧化、物理气相沉积、等离子喷涂等一系列新型实验设备，高等本科院校为该课程的实践学习提供了诸多可以操作的平台，如开设选修实验、本科创新计划等。高等本科学院也为该学科的实际教学创造了许多可使用的平台，如开放选修实验、研究生创新计划等。针对研究生创新计划项目而言，是材料表面处理技术教学中首要的工程实践性平台，学院可以在年初及时地组织面向本科生的创新计划项目申请，积极地引导学生根据自己的兴趣爱好组成创新队伍，并承担指导青年教师的科研课题工作。学校在开展重大科技计划项目研究时，应与学校工程实践情况相结合，并始终把学校看成是项目主持和执行的主体，通过开展查阅有关资料、编写试验方法、检测试样、撰写研究论文等方法，进行结题的检查验收。在此过程中，教师只要求学生做到提出具体的科研目标，引导其研究方向，并对研究进展加以追踪。我们把基础教育和工作实践相结合，实施研究生创新工程课题，既能够从一定意义上使学生对科研的基础工作更加了解，又能够使学生自己进行科研的意识提升，最重要的是增强了学生的创造力。

三、教学评价体系改革

为了可以让学生拥有良好的学习能力、自主思考能力与创新能力，就应该对材料表面处理技术的教学评价体系予以改革，使用“日常+论文+考试”三种融为一体的教学评价方式。所谓的日常成绩主要包括课堂出勤和作业的完成情况，该成绩占据总成绩的百分之二十，这样既能让学生的到课率有所提高，还能让学生认真完成教师所布置的作业，使得学生对知识学习的积极性有所提高。其论文考试成绩也应占据总成绩的百分之二十，让学生撰写有关材料表面处理技术的论文，对学生的文献检索能力、合理应用所学知识解决问题的能力进行考查，并拓宽学生的知识视野。对于试卷考试的成绩应占据总成绩的百分之六十，重点对学生关于基础知识掌握情况进行考查。不仅如此，可以采用多元化的评价方式，如实验操作、实验分析、专题报告等方式，对学生获取知识的学习能力与应用所学知识解决问题的能力进行评价，目前已经得到较为理想的效果。改革后，教师主要以创新考核的方式进行课程考核，从而达到人才培育与价值观传递的目标。基于多种目标构建综合性的考核评价机制，这样不仅可对学生所学的知识进行考查，而且还有助于推动团队合作能力提升以及实现课程的育人功能。

结语

总而言之，材料表面处理技术作为一项有着极强使用价值基础性技术，同时也是一门新兴学科。近些年来，人们对于材料表面处理技术进行大力改进与创新，不断涌现出诸多的现代表面处理技术，并应用于我国的工业、农业、医药、生物与现实生活中。对于材料表面处理技术的教学改革是一项需要经过多次探索、总结、改进的过程，其改革目标是对学生的学习能力加以培养，实现教学效果的提高。