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摘 要：本文分析了《材料表面工程》课程教学现状及存在问题，针对金属材料工程专业特点提出教学内容、教学模式和考核方法等方面的教学思考，结合课程教学过程中的具体教学改革措施进行总结和探索，重点增加以实践和创新教育为目的的教学内容和方法，为不断提高本专业课程教学质量、扎实培养学生应用和创新能力提供参考。
关键词：金属材料工程;材料表面工程;教学改革;实践和创新能力
Teaching Thinking and Reform of Material Surface Engineering Course
for Metal Material Engineering Major
Wei Lili Huang Hongfeng Qi Haiquan Liu Chongyu Qin Fangcheng Jiang Hongjie
College of Materials Science and Engineering Guilin University of Technology GuangxiGuilin 541004
Abstract：This paper analyzed the present teaching situation and existing questions of the material surface engineering course，proposed teaching thinking about teaching content，teaching mode and evaluation index according to the characteristics of the metal material engineering major.The specific teaching reform measures in the course were summarized and explored.In particular，the content and methods of teaching for the purpose of practical and innovation education were increased，to provide references for improving the teaching quality of the course and cultivating application and innovation ability of the students.
Keywords：Metal material engineering;Material surface engineering;Teaching reform;Practice and innovation ability
表面工程學基于自然界普遍存在的表面现象或过程而具有基础应用性，又由于近几十年表面技术的迅速发展而具有先进性和前沿性。目前，《材料表面工程》课程已成为许多高校的材料、化工和机械类专业课程之一[12]，我校也面向金属材料工程专业学生开设了该课程，旨在培养具备表面基础理论和实际应用能力的金属行业产品开发和技术研究人才[3]。但在实际教学过程中，容易存在教学效果不理想的问题，我们也发现该课程具有内容复杂、更新发展快、技术应用性强等特点，使得实际教学质量和所要达成的教学目标存在差距[45]。并且，随着“一带一路”等国家倡议的进行，对工程科技人才的知识和能力需求围绕新技术、新业态、新模式等新经济迅速增长。在目前的新工科建设对实践和创新人才需求背景下，培养学生的创新思维、创新能力和创业精神已经成为人才培养的根本[67]。而本课程具有的涉及面广、更新快的特点非常适合培养学生创新思维和创新能力，基于这些理念对该课程教学内容、教学方法和手段进行优化改革十分必要，也能达到培养学生创新能力的目的。为此，我们结合本专业的培养目标，针对该课程的特色和特点进行教学反思，并采取了相应的改革措施，以提高课程的教学质量和教学效果。
一、教学现状与存在问题
表面工程是金属材料专业的重要研究方向之一，对学生理论知识和实践创新能力都提出较高要求，是一门综合性较强的学科。《材料表面工程》课程在以往教学工作中也存在一些不利于学生基础理论学习与综合能力培养的问题，主要表现为： （1）课程包含的内容非常丰富，涉及物理学、化学、材料科学、冶金学、电子学等学科范围，讲授的内容有些可以结合学生前期所学专业知识简化讲解，有些需要重点详细扩展分析。另外，该课程涉及的表面技术方法从大方向就可以分为电镀、热喷涂、气相沉积等十几个类别，而且会随科学技术的发展而不断更新。目前我院安排的教学课时为32学时，如果将课程内容完全讲授或者平均分配会导致重点不突出以及学生认识不足等问题，因此针对本专业特点进行课程教学内容的筛选和设计尤为重要。
（2）由于该课程兼具理论复杂性和实践应用性，传统课堂教学手段与教学方法在理论教学上虽然基本能达到预期目标，但对于实践应用和创新能力的培养较缺乏。受课程学时的限制，如果只通过教师在课堂上讲授，即使讲解很详细具体，学生也不容易对学习内容产生兴趣，并且创新思维和应用能力得不到训练和提高，因此需要采用更多新的教学手段和方法，激发学生的创新潜能。近年来也涌现出许多新的教学手段和模式，但如何合理選择和应用需要紧扣本课程的培养目标和专业特点。
（3）课程考核方法是促进学生学习、提高课堂教学与自主学习效果的有力途径，但单一的考核可能会造成学生死记硬背的错误学习方式，不利于毕业后将所学知识应用于实际工作。从实践和创新能力培养角度出发，由于表面工程技术的应用性很强和更新速度非常快，该课程更应该采取一些新的方法、多种途径来综合考核学生的学习方法、学习能力和学习效果，并且引入创新和应用能力考核因素，刺激学生产生主动学习的动力。
二、教学改革具体措施
（一）教学内容改革与实践
表面工程学的内容涉及较宽广的知识面，需要讲授理论和技术工艺知识。基于学时考虑，针对金属材料工程专业方向的学生，我们选用了哈尔滨工业大学出版社的《材料表面工程技术》一书作为教材，前两章主要讲授表面工程学概况和基本理论，后六章内容讲授热喷涂、电镀化学镀、气相沉积、形变强化、表面热处理和表面转化膜等技术以及表面性能测试方法。这些表面工艺和应用的学习内容更侧重于金属材料的表面处理技术、表面分析和检测方法，但是需要选择适用于无机材料和高分子材料的表面技术适当加入实例。例如铝合金材料的表面预处理以平整为指标，而塑料则需要粗化以增加表面接触面积，通过对比突出金属材料和其他非金属材料的表面区别，加深学生对该技术在金属材料上应用要求的理解。
在讲授理论部分时，由于材料科学基础、物理化学、材料热处理等相关课程内容都将在本课程中得到综合应用，需要对课程教学内容进行精简、调整和优化，合理安排课程顺序、学时和教学重点。例如基础理论讲授内容中关于材料表面失效主要有“表面腐蚀”和“表面磨损”两种形式，其中“表面腐蚀失效与防护”已有专门的金属腐蚀理论课程，并且在培养方案中较本课程而言为先讲授课程，因此这一节教学内容以简单回顾和复习为主，重点突出另外一种失效形式即“表面磨损”。
在讲授应用性更强的“表面处理技术”“表面分析与测试”等教学内容时，要加强设备结构、操作流程和成果应用等内容的讲解。例如针对“表面淬火”内容，由于学生已经在金属热处理课程学习了淬火的原理和组织性能影响，本节课程则应该侧重表面淬火的技术手段，重点讲授感应加热、火焰加热、激光淬火等工艺方法和设备特点。另外，该课程包含的技术方法会随科学技术的发展而不断更新，因此除了教材内容外，该课程的教学内容要补充前沿科技动态，重点阐述新观念和新成果。例如增加离子束加工、光刻等表面加工制造内容，把最新的创新成果及时转化为知识体系和教学内容，让学生时时处处能够学习和了解材料表面科学研究的最前沿。
（二）教学方法改革与实践
教学过程除了采用教师讲授方式之外，根据课程章节内容合理增加互动启发式、分组讨论式、项目研究式、模拟实验等多种教学手段进行课程改革和探索。具体措施主要包括：
（1）充分利用现代教育技术手段，通过多媒体展示图片、视频和纪录片等让学生更生动形象体会到所授知识点的意义，启发思考和兴趣。例如展示我国自主研发的航空发动机涡轮叶片上采用喷丸进行表面强化的例子，让学生认识到表面工程对航空工业发展的重要性，并且能体会到表面工程技术的进步需要材料、机械和电子等领域共同发展，提升学生的专业自豪感。
（2）在课堂气氛调动上，通过讨论式、分享式的教学方法引导学生参与到课堂。例如通过“雨课堂”等平台实施分组，设置与本章节相关的小问题，选择多种技术进行表面处理会有技术设备和经济成本的哪些不同等等。指导学生收集资料、讨论分析后陈述展示，引导启发学生积极思维和课堂讨论，逐渐培养学生主动发现问题、解决问题的能力。
（3）利用本院已有的喷丸、渗硫、电解槽等设备开展实践演示或操作实验，通过设计、参与实验任务的形式让学生积极思考和动手实践。实践过程中可首先采用常见金属材料进行实验，例如日常所见铝合金手机壳的表面着色处理，利用学生的熟悉感增加学习的积极性，再鼓励学生思考镁、铜等其他金属材料进行表面处理方式的选择和设计思路，激发学生学习的趣味性。
（4）结合科研和竞赛项目培养学生研究与改进材料表面处理技术的创新能力，实现科研和教学一体化模式，使科研与教学相互促进[8]。例如鼓励和调动学生在教师科研、大学生创新创业和学科竞赛等项目活动中参与研究和学习，通过分享总结项目研究中的心得体会，并且启发其他学生思考项目改进的可行性，引起创新的兴趣。
（5）增加课程教学方法评价和改进监督方法。例如利用学校的“教学质量管理平台”发布教学评教问卷，可以设置教学重难点的掌握情况、感兴趣教学内容或者课堂学习的感受等选项，通过学生对教学内容和方法的评教，了解学生掌握重难点的学习情况，有针对性地拓展教学内容和改善教学方法。
（三）考试评价方式改革与实践
材料表面工程是一门综合应用和实践性很强的课程，如果采用单一的传统考试教学手段很难实现全面和有效的教学效果评价，因此该课程进行了多种考核方式相结合的综合考核办法，重点增加与实践和创新能力有关的考核手段。考核方式主要可分平时和期末两部分： （1）每章节课前和课后通过“雨课堂”平台进行作业形式的小测验，课前测验以主观论述和思考题为主，注重帮助学生预习、引发思考和引起兴趣，课后测试注重结合课程内容重点对不同表面技术工艺进行对比，促进学生主动归纳知识点，以考核学生的综合应用能力。
（2）期末采取考试和考查相结合的形式综合考核。通过考试重点考核学生理论掌握程度，理论考试占期末最终成绩的60%，设置分值为10%～20%的论述题考核学生的综合能力和创新思路。通过小组学习完成学术小论文或者实验报告的考查形式考核学生寻找问题、资料收集和分析解决问题的自主学习能力。
以上考核方式的改革目的是通过增加实践内容或者创新理念的成绩权重鼓励学生开拓创新思维，因此对立意新颖、关注表面工程前沿领域或者结合课程内容提出新创意的论文设置加分值。
三、结语
《材料表面工程》课程具有内容丰富和实用性强的特点，并且涉及学科及技术的发展非常迅速，学好这门课程对切实提高金属材料工程专业学生的基本素质、专业技能以及后续发展关系重大。针对该课程存在的教学内容、教学环节、考核方式等方面的问题有必要进行教学探索和改革，这将有利于培养学生综合应用、实践和创新能力，进一步提高本专业学生就业竞争力。在本课程改革过程中，应该把握两个关键原则，一是针对金属材料专业的特点，二是以实践和创新能力为培养目标，这样才能够贴近学生的就业方向，能够引起学生的兴趣和积极参与，这对其他课程教学改革及建设也能提供积极的指导作用。
参考文献：
[1]燕峰，解志文，陈永君，等.“三融合”模式在表面工程技術课程教学中的应用[J].中国冶金教育，2019（05）：4042.
[2]丁坤英，孙宇博，程涛涛.《表面工程技术》在民航院校课程体系中的建设[J].教育教学论坛，2019（51）：222223.
[3]秦芳诚，亓海全，韦莉莉，等.地方高校金属材料加工学科发展思考与改革模式探索[J].高教学刊，2021（08）：129132.
[4]董志红，冯威，朱晓东.“表面工程技术”的教学改革初探[J].科教导刊（下旬），2016（06）：8586.
[5]崔龙辰.基于“以学生为中心”理念的材料表面工程课程教学改革探索[J].广东化工，2020，47（08）：184192.
[6]黄宏锋，韦莉莉，亓海全，等.基于实践和创新能力培养的金属材料工程专业课程教学改革[J].科技视界，2019（34）：6364.
[7]秦芳诚，刘崇宇，李义兵，等.面向新工科建设的有色金属加工课程混合式教学改革[J].中国金属通报，2020（7）：223224.
[8]刘崇宇，李义兵.科研及教学一体化培养模式研究[J].广东化工，2018，45（10）：253.
基金项目：桂林理工大学教学改革工程项目（编号：2020B57、2019B07）
作者简介：韦莉莉（1985— ），女，汉族，广西北海人，博士，讲师，研究方向：金属材料工程。
关键词：金属材料工程;材料表面工程;教学改革;实践和创新能力
Teaching Thinking and Reform of Material Surface Engineering Course
for Metal Material Engineering Major
Wei Lili Huang Hongfeng Qi Haiquan Liu Chongyu Qin Fangcheng Jiang Hongjie
College of Materials Science and Engineering Guilin University of Technology GuangxiGuilin 541004
Abstract：This paper analyzed the present teaching situation and existing questions of the material surface engineering course，proposed teaching thinking about teaching content，teaching mode and evaluation index according to the characteristics of the metal material engineering major.The specific teaching reform measures in the course were summarized and explored.In particular，the content and methods of teaching for the purpose of practical and innovation education were increased，to provide references for improving the teaching quality of the course and cultivating application and innovation ability of the students.
Keywords：Metal material engineering;Material surface engineering;Teaching reform;Practice and innovation ability
表面工程學基于自然界普遍存在的表面现象或过程而具有基础应用性，又由于近几十年表面技术的迅速发展而具有先进性和前沿性。目前，《材料表面工程》课程已成为许多高校的材料、化工和机械类专业课程之一[12]，我校也面向金属材料工程专业学生开设了该课程，旨在培养具备表面基础理论和实际应用能力的金属行业产品开发和技术研究人才[3]。但在实际教学过程中，容易存在教学效果不理想的问题，我们也发现该课程具有内容复杂、更新发展快、技术应用性强等特点，使得实际教学质量和所要达成的教学目标存在差距[45]。并且，随着“一带一路”等国家倡议的进行，对工程科技人才的知识和能力需求围绕新技术、新业态、新模式等新经济迅速增长。在目前的新工科建设对实践和创新人才需求背景下，培养学生的创新思维、创新能力和创业精神已经成为人才培养的根本[67]。而本课程具有的涉及面广、更新快的特点非常适合培养学生创新思维和创新能力，基于这些理念对该课程教学内容、教学方法和手段进行优化改革十分必要，也能达到培养学生创新能力的目的。为此，我们结合本专业的培养目标，针对该课程的特色和特点进行教学反思，并采取了相应的改革措施，以提高课程的教学质量和教学效果。
一、教学现状与存在问题
表面工程是金属材料专业的重要研究方向之一，对学生理论知识和实践创新能力都提出较高要求，是一门综合性较强的学科。《材料表面工程》课程在以往教学工作中也存在一些不利于学生基础理论学习与综合能力培养的问题，主要表现为： （1）课程包含的内容非常丰富，涉及物理学、化学、材料科学、冶金学、电子学等学科范围，讲授的内容有些可以结合学生前期所学专业知识简化讲解，有些需要重点详细扩展分析。另外，该课程涉及的表面技术方法从大方向就可以分为电镀、热喷涂、气相沉积等十几个类别，而且会随科学技术的发展而不断更新。目前我院安排的教学课时为32学时，如果将课程内容完全讲授或者平均分配会导致重点不突出以及学生认识不足等问题，因此针对本专业特点进行课程教学内容的筛选和设计尤为重要。
（2）由于该课程兼具理论复杂性和实践应用性，传统课堂教学手段与教学方法在理论教学上虽然基本能达到预期目标，但对于实践应用和创新能力的培养较缺乏。受课程学时的限制，如果只通过教师在课堂上讲授，即使讲解很详细具体，学生也不容易对学习内容产生兴趣，并且创新思维和应用能力得不到训练和提高，因此需要采用更多新的教学手段和方法，激发学生的创新潜能。近年来也涌现出许多新的教学手段和模式，但如何合理選择和应用需要紧扣本课程的培养目标和专业特点。
（3）课程考核方法是促进学生学习、提高课堂教学与自主学习效果的有力途径，但单一的考核可能会造成学生死记硬背的错误学习方式，不利于毕业后将所学知识应用于实际工作。从实践和创新能力培养角度出发，由于表面工程技术的应用性很强和更新速度非常快，该课程更应该采取一些新的方法、多种途径来综合考核学生的学习方法、学习能力和学习效果，并且引入创新和应用能力考核因素，刺激学生产生主动学习的动力。
二、教学改革具体措施
（一）教学内容改革与实践
表面工程学的内容涉及较宽广的知识面，需要讲授理论和技术工艺知识。基于学时考虑，针对金属材料工程专业方向的学生，我们选用了哈尔滨工业大学出版社的《材料表面工程技术》一书作为教材，前两章主要讲授表面工程学概况和基本理论，后六章内容讲授热喷涂、电镀化学镀、气相沉积、形变强化、表面热处理和表面转化膜等技术以及表面性能测试方法。这些表面工艺和应用的学习内容更侧重于金属材料的表面处理技术、表面分析和检测方法，但是需要选择适用于无机材料和高分子材料的表面技术适当加入实例。例如铝合金材料的表面预处理以平整为指标，而塑料则需要粗化以增加表面接触面积，通过对比突出金属材料和其他非金属材料的表面区别，加深学生对该技术在金属材料上应用要求的理解。
在讲授理论部分时，由于材料科学基础、物理化学、材料热处理等相关课程内容都将在本课程中得到综合应用，需要对课程教学内容进行精简、调整和优化，合理安排课程顺序、学时和教学重点。例如基础理论讲授内容中关于材料表面失效主要有“表面腐蚀”和“表面磨损”两种形式，其中“表面腐蚀失效与防护”已有专门的金属腐蚀理论课程，并且在培养方案中较本课程而言为先讲授课程，因此这一节教学内容以简单回顾和复习为主，重点突出另外一种失效形式即“表面磨损”。
在讲授应用性更强的“表面处理技术”“表面分析与测试”等教学内容时，要加强设备结构、操作流程和成果应用等内容的讲解。例如针对“表面淬火”内容，由于学生已经在金属热处理课程学习了淬火的原理和组织性能影响，本节课程则应该侧重表面淬火的技术手段，重点讲授感应加热、火焰加热、激光淬火等工艺方法和设备特点。另外，该课程包含的技术方法会随科学技术的发展而不断更新，因此除了教材内容外，该课程的教学内容要补充前沿科技动态，重点阐述新观念和新成果。例如增加离子束加工、光刻等表面加工制造内容，把最新的创新成果及时转化为知识体系和教学内容，让学生时时处处能够学习和了解材料表面科学研究的最前沿。
（二）教学方法改革与实践
教学过程除了采用教师讲授方式之外，根据课程章节内容合理增加互动启发式、分组讨论式、项目研究式、模拟实验等多种教学手段进行课程改革和探索。具体措施主要包括：
（1）充分利用现代教育技术手段，通过多媒体展示图片、视频和纪录片等让学生更生动形象体会到所授知识点的意义，启发思考和兴趣。例如展示我国自主研发的航空发动机涡轮叶片上采用喷丸进行表面强化的例子，让学生认识到表面工程对航空工业发展的重要性，并且能体会到表面工程技术的进步需要材料、机械和电子等领域共同发展，提升学生的专业自豪感。
（2）在课堂气氛调动上，通过讨论式、分享式的教学方法引导学生参与到课堂。例如通过“雨课堂”等平台实施分组，设置与本章节相关的小问题，选择多种技术进行表面处理会有技术设备和经济成本的哪些不同等等。指导学生收集资料、讨论分析后陈述展示，引导启发学生积极思维和课堂讨论，逐渐培养学生主动发现问题、解决问题的能力。
（3）利用本院已有的喷丸、渗硫、电解槽等设备开展实践演示或操作实验，通过设计、参与实验任务的形式让学生积极思考和动手实践。实践过程中可首先采用常见金属材料进行实验，例如日常所见铝合金手机壳的表面着色处理，利用学生的熟悉感增加学习的积极性，再鼓励学生思考镁、铜等其他金属材料进行表面处理方式的选择和设计思路，激发学生学习的趣味性。
（4）结合科研和竞赛项目培养学生研究与改进材料表面处理技术的创新能力，实现科研和教学一体化模式，使科研与教学相互促进[8]。例如鼓励和调动学生在教师科研、大学生创新创业和学科竞赛等项目活动中参与研究和学习，通过分享总结项目研究中的心得体会，并且启发其他学生思考项目改进的可行性，引起创新的兴趣。
（5）增加课程教学方法评价和改进监督方法。例如利用学校的“教学质量管理平台”发布教学评教问卷，可以设置教学重难点的掌握情况、感兴趣教学内容或者课堂学习的感受等选项，通过学生对教学内容和方法的评教，了解学生掌握重难点的学习情况，有针对性地拓展教学内容和改善教学方法。
（三）考试评价方式改革与实践
材料表面工程是一门综合应用和实践性很强的课程，如果采用单一的传统考试教学手段很难实现全面和有效的教学效果评价，因此该课程进行了多种考核方式相结合的综合考核办法，重点增加与实践和创新能力有关的考核手段。考核方式主要可分平时和期末两部分： （1）每章节课前和课后通过“雨课堂”平台进行作业形式的小测验，课前测验以主观论述和思考题为主，注重帮助学生预习、引发思考和引起兴趣，课后测试注重结合课程内容重点对不同表面技术工艺进行对比，促进学生主动归纳知识点，以考核学生的综合应用能力。
（2）期末采取考试和考查相结合的形式综合考核。通过考试重点考核学生理论掌握程度，理论考试占期末最终成绩的60%，设置分值为10%～20%的论述题考核学生的综合能力和创新思路。通过小组学习完成学术小论文或者实验报告的考查形式考核学生寻找问题、资料收集和分析解决问题的自主学习能力。
以上考核方式的改革目的是通过增加实践内容或者创新理念的成绩权重鼓励学生开拓创新思维，因此对立意新颖、关注表面工程前沿领域或者结合课程内容提出新创意的论文设置加分值。
三、结语
《材料表面工程》课程具有内容丰富和实用性强的特点，并且涉及学科及技术的发展非常迅速，学好这门课程对切实提高金属材料工程专业学生的基本素质、专业技能以及后续发展关系重大。针对该课程存在的教学内容、教学环节、考核方式等方面的问题有必要进行教学探索和改革，这将有利于培养学生综合应用、实践和创新能力，进一步提高本专业学生就业竞争力。在本课程改革过程中，应该把握两个关键原则，一是针对金属材料专业的特点，二是以实践和创新能力为培养目标，这样才能够贴近学生的就业方向，能够引起学生的兴趣和积极参与，这对其他课程教学改革及建设也能提供积极的指导作用。
参考文献：
[1]燕峰，解志文，陈永君，等.“三融合”模式在表面工程技術课程教学中的应用[J].中国冶金教育，2019（05）：4042.
[2]丁坤英，孙宇博，程涛涛.《表面工程技术》在民航院校课程体系中的建设[J].教育教学论坛，2019（51）：222223.
[3]秦芳诚，亓海全，韦莉莉，等.地方高校金属材料加工学科发展思考与改革模式探索[J].高教学刊，2021（08）：129132.
[4]董志红，冯威，朱晓东.“表面工程技术”的教学改革初探[J].科教导刊（下旬），2016（06）：8586.
[5]崔龙辰.基于“以学生为中心”理念的材料表面工程课程教学改革探索[J].广东化工，2020，47（08）：184192.
[6]黄宏锋，韦莉莉，亓海全，等.基于实践和创新能力培养的金属材料工程专业课程教学改革[J].科技视界，2019（34）：6364.
[7]秦芳诚，刘崇宇，李义兵，等.面向新工科建设的有色金属加工课程混合式教学改革[J].中国金属通报，2020（7）：223224.
[8]刘崇宇，李义兵.科研及教学一体化培养模式研究[J].广东化工，2018，45（10）：253.
基金项目：桂林理工大学教学改革工程项目（编号：2020B57、2019B07）
作者简介：韦莉莉（1985— ），女，汉族，广西北海人，博士，讲师，研究方向：金属材料工程。