摘要：“固态相变”是材料科学与工程专业的主干课程，集原理、工艺和实践三位为一体，与材料专业创新型人才培养紧密相关。针对课时减少而课程相关理论技术不断发展等矛盾，课程建设从实践研究角度，对教学内容和教学方法等改革展开了探讨。将教学与科研实践联系，将课堂与网络联系，培养了学生的主动学习能力，也改善了教师的教学效果。
关键词：固态相变；实践研究型课程；建设与改革
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1004-8154(2011)06-0097-03
一、前言
“固态相变”是在原“金属热处理原理及工艺”课程的基础上，为适应新形势、结合中国矿业大学2008版培养方案发展起来的新课程，是材料科学与工程专业的主干课程，是国内众多高校材料专业研究生入学的必考课，同时也是学生学习后续专业课程的基础，历来受到重视。“固态相变”是一门理论和实践相统一的课程，既讲授金属及其合金的相变理论，又密切联系实际。注重热处理工艺路线的合理制定，同时还辅助有专门的实验课。因此，“固态相变”是材料的原理、工艺和实践三位一体的课程，与材料专业创新型人才培养紧密相关［1］。但“固态相变”课程内容枯燥、抽象，经常使教师感到难教，学生感到难学，并且随着科学技术的进步，有关金属及合金的科学理论，金属材料及相关技术的应用等问题已经取得了长足进步，但是教学课时却有所减少。如何与时俱进，解决好金属材料固态相变经典理论和技术进步的问题，提高课堂的教学效果、培养创新型人才就成为本课程教学面临的重要问题。为此，在国家大力推进教育体制改革，积极培养卓越工程师，学校着力实现研究型大学的背景下，提出将“固态相变”建设成为实践研究型课程，同时创建精品课程。
二、课程建设内容与思路
1. 教学内容改革
探索以理论（金属固态相变原理）为基础，以方法（金属热处理工艺）为手段，以实践（材料改性实验）为目的的教学内容改革。其主要培养学生运用理论知识发现、分析、解决实际问题的能力，培养学生独立思考的能力，实现“知识－能力－素质”同步提高，具体包括：
（1） 增加前沿内容，反映最新科研方向。例如在表面热处理方面，增加激光束、电子束和离子束等高能束处理方法。
（2） 结合产业形势，反映当前市场需求。例如在芯片的加工制造过程中，为了减少微缺陷，需要对硅片进行一种快速热处理的工艺，在中芯国际等著名芯片企业存在大量快速热处理设备，但是所有设备都从日本进口，我国还不能生产，由此借以激发学生为祖国富强而认真学习的兴趣。
（3） 将科研成果引入教学中，实行产学结合。例如，讲到热处理工艺的时候，我们把最近分析的T91钢、吊具失效等的结果结合起来，把实际科研成果转变成生动的教学案例。
（4）注重共性的同时，强调个性。既要注重理论的共性，又要强调不同钢材热处理工艺的个性；既要有一个基本知识的共性要求，又要针对不同学生采取个性的要求。
2. 教学方法改革
对传统的重分析、演绎、推理，轻综合、归纳、渗透的“灌输式”教学方法进行改革。其主要针对工艺方面，进行创新性教学方法改革，让学生主动参与教学过程，让学生从被动的接受知识转入主动的思考过程。针对讲授的原理和工艺，在每一部分专门针对典型案例进行分析，然后再提出相关案例让学生进行分析、归纳、总结，为此完善了热处理案例库。
3. 实践环节改革
“材料改性实验”是在原“材料实验技术II”的基础上，根据2008版培养方案新设置实验，其主题内容是固态相变课程的配套实验，安排了32学时，1个学分。在进一步完善课程内容和方法的同时，进行实验教学内容和方法的改革，让学生更独立的参与到实验方案的设计和执行过程中，深化学生对理论知识的理解，培养动手能力，锻炼基本实验技能，在提高实践能力的基础上培养学生运用已有理论和工艺的的创新能力。
4. 考核方式改革
（1）建立热处理原理与工艺的试题库，避免试题份量轻重、难易程度、内容分布等不易掌握的�弊病。�
（2）增加综合性、实践性强的试题，让学生能够根据零件的服役条件和对性能的要求，正确的选择材料并制定出合理的工艺路线。
（3）尝试采取多种形式的考试方式，既可以闭卷，也可以开卷；既可以统一考试，也可以把原理与工艺分开考试，对原理部分进行理论考试，而工艺部分进行实践考试。这样可以综合考核学生对基本理论和实践应用的掌握程度。
5. 课程CAI课件建设
CAI课件主要侧重于用动态画面直观地演示课程涉及的原理与工艺，使材料学中的抽象问题具体化，微观问题宏观化，动态过程直观化，为材料科学基础的教学提供有效的教学辅助，帮助学生加深对理论的理解和课后进行复习或自学。
课件设计针对教与学分别开发了“助教版”和“助学版”。“助教版”以Powerpoint为开发平台，便于教师组织课堂教学和进行二次开发，不同教师可添加个性化教学内容；“助学版”是以网络版呈现给学生，以方便学生在远程浏览和师生之间进行课后交流。
（1）课件的总体结构设计。根据“固态相变”理论联系实践的课程特点，课件从内容上分成“原理篇”、“应用篇”和“案例库”三个主要部分，课件集成了习题库、各章重难点、动画视频库等学习资料。整个课件采用模块化设计，不同功能以不同的模块形式组合成系统，不仅结构清晰，便于编辑、调试，也便于二次开发时的调整、变更和扩充、删减。
助教版课件分成原理篇和应用篇两大模块，原理篇包含八个章节，应用篇包括六个章节，每个章节中都包括课件、案例库、习题库和动画视频库四个子模块。在每章课件中都可通过链接打开，便于教师操作。
助学版课件（网络）结构见图1所示，包括了课程介绍、课程负责人、课程特色、教学大纲、教学课件、立体化资源、互动教学和教学档案等模块。学生可以从网上全面了解“固态相变”课程信息。
（2）课件教学设计。本课件通过各种按钮、热区、条件等方式，保证课件具有高度的交互性，为用户进行内容浏览、章节切换、功能选择上带来便捷与灵活，可实现丰富的教学设计。
课件教学设计的主要思想是，实现相变原�理――�应用工艺――实际案例三者的有机结合，利用多媒体的超链接功能，将上述三者结合成系统整体，充分体现本课程理论密切联系实践的特点，同时各部分内容又独立成章、层次分明，便于教师按内容特点组织教学和学生进行系统性学习。例如，马氏体相变（原理）――淬火（工艺）――齿轮和轴的淬火（实际案例）三者密切相关，但是在教学内容中又是相互分开的独立部分，通过设计，在讲解任何一个内容的过程中都可以通过链接分别查看另外两部分内容，同时在“学习指南”页面中，还可以链接到习题库和动画视频库，每章都进行了相同的设计。
课件教学设计的另一个要点，是界面主题内容的讲解过程尽量模拟教师讲课的逻辑性和循序渐进性。通过有序地显示文字、曲线、图片等主题要点，随之同步地进行讲解，容易为学生所接受。例如，图形要逐条逐线地“画”，文字要逐行逐字地“写”，显示一点讲解一点，随时擦除不必要保留的信息，对于“大块”的内容，或设置适当的热字按钮，或采用多层显示再逐层“揭开”的手段。并减少文字数量，而且不是一次性满屏显示主题内容，不让学生感觉信息量太大，无从下手，产生疲倦甚至厌烦的感觉，干扰学生对所学知识的感知和理解。
第6期 王晓虹，沈承金，冯培忠，等／“固态相变”实践研究型课程建设与改革思路 在每章的开始有章目录，可超链接到每一小节；在每章的末尾设有学习指南超链接，可链接各章的学习资料库；在每一页的下方设有“上一页”，“下一页”，“本章首页”，“返回”“学习指南”；等，方便用户在不同内容间进行切换。
（3）课件画面框架设计。合理安排好课件的画面框架是课件设计质量的重要因素。我们采用了以下方法：1）相同章节的画面前后设计相同标识，学生一目了然。多页显示时，每页加标题以表明其相互关系。2）不同级别文字选用不同颜色和字体，重点概念用加重背景色彩来突出。3）颜色的使用简洁明快，文字和图表与背景对比鲜明，放映效果非常清晰。
（4）课件中动画的设计与制作。固态相变课程中，奥氏体、马氏体等合金相的晶体结构，显微组织转变的动态过程等许多重要的内容都是教师教学和学生学习的难点，这是因为课本或挂图和教师的抽象讲解难以反映三维空间的情况，使学生想象和理解发生在微观世界三维空间中的运动变化是非常困难的。我们采用功能强大的Macromedia flash、PowerPoint和AutoCAD等软件，实现了形象生动的动画演示功能，将难以讲清的教学内容生动、立体地表现出来，达到传统的教学方法难以取得理想的教学效果。
（5）图形、图片和视频的制作。“固态相变”涉及大量宏观、微观结构，需要用大量的照片、图片、录像来说明这些概念。对于图片，在课件的制作过程中，经过挑选扫描了大量显微组织照片，使用Photoshop进行诸如颜色、亮度、对比度、清晰度、幅面大小等方面的调整，以弥补扫描时留下的缺陷，经图像调整、修饰后，课件中展示的金相组织照片、图像都具有很高的清晰度。对于各种图形、曲线，为了保证其清晰和精确，如奥氏体相变碳浓度变化曲线等，采用了专业制图软件AutoCAD和数据处理软件Origin来进行绘制，然后导入PowerPoint中，再拆分成线条，进行动画设置。对于视频，利用Adobe Premiere将教学录像片和现场视频中与教学内容密切相关的画面剪辑成独立短片，内容短小精练，重点突出。
参考文献：
［1］ 吴志方.在“金属热处理”课程教学中培养学生创新能力［J］.中国冶金教育, 2010,(4):42-44.
Practice Research-based Curriculum Construction
and Reform Thinking of “Solid-state Phase Transition”WANG Xiao-hong,SHEN Chen-jin,FENG Pei-zhong,SUN Zhi
(College of Materials Science and Engineering, China University
of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China)
Abstract：“solid-state phase transition” is the main course of the major of the materials science and engineering that set the three of the theory, craft and practice to one, and are closely related to the innovative talent training of materials major. Aiming at the conflicts of the reduced hours and the continuous development of the theoretical and technical courses, the article discussed the reform of the teaching content and teaching methods of the curriculum construction from a practical research perspective. Contacting the teaching and research practice, the classroom and networking, we can cultivate the student"s active learning capacity, also improve the teaching effectiveness of teachers.
Key words：solid-state phase transition; practice research-based curriculum; construction and reform
(责任编辑 周红)