基于任务驱动与案例库建设相融合的专业学位研究生课程教学方法探索——以《金属热处理原理》为例

潘尧坤，崔红卫，冯锐，宫本奎，崔晓丽，杜庆洋

(山东理工大学 材料科学与工程学院 材料工程系，山东 淄博)

航空钢材、高端轴承钢、高强度不锈钢、铣刀用超硬合金等仍然是非常关键的技术，而这些关键技术的攻关离不开金属相变等基础理论知识。金属材料工程专业的学生在本科阶段已经学习了《金属学与热处理》和《金属热处理原理与工艺》等有关金属相变基础理论知识的课程。学生已经对金属固态相变基本理论、奥氏体转变、珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变和钢的回火转变等有了较为清晰的认知，但是毕业学生普遍反映对于建立和理解金属相变基本概念与实际微观组织结构之间的深入联系仍然存在较大的困难，在新合金研发方面欠缺理论联系实际的能力[1]。因此，我校在材料工程领域的专业学位硕士培养方案中将《金属热处理原理》作为专业选修课程。为了补足学生在理论知识和创新实践中的短板，同时激发学生的学习和研究兴趣，我们探索了基于案例库建设的《金属热处理原理》教学方法，通过“任务驱动+案例库建设”的教学方式，将理论知识点蕴含在实际案例之中，而实际案例来源于研究生的研究兴趣，通过师生、生生之间的多向互动、平等对话和积极研讨等形式，逐渐完善案例并逐步建立案例库，形成的案例库反哺学生的学习和科研工作，让学生在整个过程中不断提高自身发现问题、分析问题并解决问题的科学素养，为研究生阶段的科学研究提供多方位的思路，培养学生文献调研、学习借鉴与创新的能力。

一 专业学位研究生课程案例库建设的重要意义

材料学科全日制专业学位硕士研究生教育是国家为了适应社会以及经济发展的需要而大力支持的培养高素质、高层次、应用型人才的教育[2]。材料专业学位研究生的培养目标要求专业学位毕业生既要掌握材料领域的知识与技能，还要具备解决复杂实际问题的能力。我国材料硕士专业学位教育历史比较短，人们对材料硕士专业学位的定位认识不准确，缺乏特色化的有效指导。但是目前全日制材料硕士专业学位培养课程体系与学术型硕士课程区分度不高，基础性、理论性课程较多，且多侧重于理论讲授；学生的参与度、积极性、主动性未被调动起来；课程评价体系单一，多以终结性评价为主[4-6]。而课程教学作为专业学位研究生知识构建及能力培养中最重要的基础环节，其理论与实践的结合性必须提高。案例教学是材料硕士专业学位研究生课程改革的一项重要内容和手段。1986年5月，美国卡耐基教学专业工作组在《国家为二十一世纪准备教师》报告中提出案例应作为教学的主要关注点[3]。2009年3月19日，教育部在《关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的若干意见》(教研〔2009〕1号)中有关教学要求部分明确指出“教学内容要强调理论性与应用性课程的有机结合，突出案例分析和实践研究；教学过程要重视运用团队学习、案例分析、现场研究、模拟训练等方法；要注重培养学生研究实践问题的意识和能力”。2013年3月29日，教育部、国家发改委、财政部在《关于深化研究生教育改革的意见》(教研〔2013〕1号)中有关创新人才培养模式部分再次强调要“构建符合专业学位特点的课程体系，改革教学内容和方式，加强案例教学，探究不同形式的实践教学”。2015年5月7日，教育部在《关于加强专业学位研究生案例教学和联合培养基地建设的意见》(教研〔2015〕1号)中明确指出加强专业学位研究生案例教学的重要意义，并强调要把案例教学作为专业学位授权点合格评估的重要内容。由此可见，案例教学已经成为材料硕士专业学位研究生培养改革的重点工作。

在材料工程学科领域，一个案例就是一个带着复杂工程问题的实际情境，这个情境中包含一种独特用途的材料，而在这种材料背后隐含着一些问题和方法，而这些问题及方法又可以为另一种材料的研发提供思路。这些案例都是理论与实践紧密结合的结晶，可以引导学生发现问题、分析问题、解决问题，从而掌握理论、形成观点、最终提高创造和创新能力[7]。在这个过程中，学生不断探索，不断激发兴趣和潜力，最终使所学理论在实践与讨论中变得根深蒂固。在未来新材料研发过程中，又可以借鉴这种案例形成过程中所采用的思路和方法，得出新材料的研发方法，从而真正地做到学以致用。

二 《金属热处理原理》案例库建设的内容

《金属热处理原理》课程中涉及多种有色金属，而每种有色金属的性质和热处理原理又存在诸多差别。利用《金属热处理原理》的相关理论知识分析和解决实际生产和科研中遇到的问题仍是本课程教学过程中一个较为薄弱的环节。然而，目前涉及《金属热处理原理》课程教学案例的文献和参考资料还很少。因此，本课程教学团队成员拟按照构思-设计-实现-运作的思路开展案例库建设。每个案例包括案例问题、案例引入、案例涉及的课程内容、案例分析四部分。通过呈现案例情境，以学生为中心，以案例为基础，建立如下10个有色合金案例：铝的合金化案例、Al-Cu合金热处理原理案例、铝合金多级时效处理案例、铝合金深冷处理案例、变形铝合金热处理案例、铸造镁合金热处理原理案例、变形镁合金热处理原理案例、镁合金热处理缺陷及预防案例、青铜合金热处理案例、钛合金组织和性能案例。

三 《金属热处理原理》案例库建设的方法

通过“任务驱动+案例库建设”的教学方式，以上述10个案例为主要情境，结合研究生本人研究兴趣及科研方向，选择一种具体材料或实际应用的零部件为研究对象，分析特定材料的服役环境、在服役环境下需要具有的性能、如何获得这样的性能（即采用怎样的热处理或加工工艺）、性能与组织结构的联系。分析过程可以让学生通过文献调研的方法，也可以通过实验探索的方式，或者两种方式并用。学生根据调研分析获得的资料或数据按照案例问题、案例引入、案例涉及的理论内容、案例分析四部分作汇报，在汇报过程中，鼓励其他学生积极提问题、提建议并互相吸取经验教训，然后教师进行提问并点评。通过师生、生生之间的多向互动、平等对话和积极研讨等形式，逐渐完善案例，并逐渐建立案例库。

四 总结与展望

案例教学是强化专业学位研究生实践能力培养，推进研究生教学改革，促进教学与实践有机融合的重要途径。基于案例库建设的任务驱动可以激发学生的学习兴趣，提高将理论知识应用到科研实践中并解决实际复杂问题的能力，通过师生互动讨论，分析案例，得出解决实际问题的思路，为提高创新能力打下坚实基础。任务驱动和案例库建设的有机结合成为学生提升理论与实践结合能力的有效载体。未来，随着课程案例资源的进一步丰富，案例资源整合及案例库共享机制探索具有重要意义，以互联网等信息化手段为媒介，结合虚拟仿真技术，各课程、各单位之间可以积极开展案例研究、开发和使用等方面的线上及线下交流与合作，建立案例研究、开发、使用和共享的公共平台，同时也可以将更多处于研发阶段的先进材料引入到案例库中，让科研更好的服务于教学，让学生在学习中培养起科研习惯、思路和创新思维，真正使教学与科研融为一体。