摘要：基于應(yīng)用型本科大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，對焊接技術(shù)與工程專業(yè)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的案例教學(xué)進(jìn)行了探索。通過設(shè)計更貼近專業(yè)貼近生活的案例，加深學(xué)生對課程和專業(yè)的體會，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和主動性，培養(yǎng)解決實際問題能力和創(chuàng)新能力，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ)；應(yīng)用型本科；教學(xué)研究；思政教學(xué)

材料科學(xué)基礎(chǔ)是本校焊接技術(shù)與工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，主要包括四個方面：材料各種性能及應(yīng)用意義、材料結(jié)構(gòu)基本理論、材料組織結(jié)構(gòu)與性能控制技術(shù)基礎(chǔ)、工程材料及應(yīng)用。通過該課程的學(xué)習(xí)，掌握各種材料的共性基本理論知識和性能特點，理解材料的成分、加工、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和使用性能間關(guān)系及規(guī)律，初步具備開發(fā)應(yīng)用材料，合理選擇材料和使用材料，正確加工材料及安排制訂加工工藝路線的能力[1]。材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的理論性和實踐應(yīng)用性很強(qiáng)，以物理、化學(xué)、材料熱力學(xué)、材料力學(xué)及金工實習(xí)等學(xué)科為基礎(chǔ)，并與其它應(yīng)用科學(xué)有著交叉和聯(lián)系，知識點較多，知識點和知識點之間的聯(lián)系較為復(fù)雜和抽象，學(xué)生對課程的興趣和學(xué)習(xí)主動性普遍不高，對后繼專業(yè)課的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了不利影響[2-4]。基于應(yīng)用型本科大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)，對焊接技術(shù)與工程專業(yè)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的案例教學(xué)進(jìn)行了探索。通過設(shè)計更貼近專業(yè)貼近生活的案例，加深學(xué)生對課程和專業(yè)的體會，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。

一、增強(qiáng)民族自豪感

焊接技術(shù)與工程專業(yè)的材料科學(xué)基礎(chǔ)課程開設(shè)在大二上學(xué)期，理論學(xué)時數(shù)為88，實驗學(xué)時數(shù)為8，是學(xué)生最早接觸材料學(xué)科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。在此之前，絕大部分學(xué)生不清楚材料學(xué)科研究的內(nèi)容。因此，在講授過程中應(yīng)適時的插入能讓學(xué)生理解學(xué)科理解專業(yè)并提升學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)案例。尤其在緒論課的講授時，設(shè)計既符合材料學(xué)科又能引起學(xué)生興趣的案例，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性和主動性。例如，緒論課上介紹材料發(fā)展史的青銅器時代時，通過詢問學(xué)生是否了解古代武俠小說中那些“寶劍”的特性，它們是否真實存在，又是如何制造出來，引起共鳴后可以引入越王勾踐青銅劍的案例。在介紹的時候不時提出問題引發(fā)思考，如該劍經(jīng)歷數(shù)千年后在1965年12月出土?xí)r為什么劍身沒有銹跡，劍身的黑色菱形暗格紋是經(jīng)過了怎樣的加工和處理；該劍刃薄鋒利，出土?xí)r“二十余層紙一劃而破”是怎樣的一種精磨技術(shù)。講解過程中通過結(jié)合現(xiàn)代材料分析方法，將這把中國古代青銅劍從原材料成分、鑄造、加工制備到使用性能詳細(xì)地介紹給學(xué)生。一方面，在引發(fā)共鳴提升學(xué)生興趣的基礎(chǔ)上引出材料科學(xué)就是研究各種固體材料的成分、組織、性能和應(yīng)用之間的關(guān)系及其規(guī)律的一門科學(xué)；另一方面，提升了學(xué)生的民族自豪感，尊重并弘揚中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)科技文化[5-7]。

二、增強(qiáng)解決工程問題能力

摘要：針對“新基建”背景下納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿課程的教學(xué)實際，分析其多學(xué)科交叉的特點，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、拓展教學(xué)資源、完善評價體系等方面，探索跨學(xué)科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，探討符合“新基建”需求的新型人才培養(yǎng)理念和實踐教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：新基建；納米材料科學(xué)與技術(shù)；教學(xué)改革

隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，以“新基建”多學(xué)科交叉為特征的人才培養(yǎng)目標(biāo)對教學(xué)工作提出了新的要求。近年來，納米材料科學(xué)與技術(shù)是世界上爆炸式發(fā)展的最廣闊和多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，在信息、材料、能源、環(huán)境、微電子、生物、醫(yī)學(xué)和國防等方面顯示了廣泛的應(yīng)用前景。因此，立足于“新基建”建設(shè)理念和人才培養(yǎng)總體方向，納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)資源和評價體系等方面進(jìn)行了探索，提出了全方位優(yōu)化方案，努力培養(yǎng)適應(yīng)國家“新基建”要求的創(chuàng)新人才。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

納米材料科學(xué)與技術(shù)是了解納米材料理論前沿、應(yīng)用前景和最新發(fā)展動態(tài)及納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r的學(xué)科。該課程以納米材料發(fā)展為主線，了解納米材料發(fā)展的重大事件，討論納米材料和技術(shù)的最新動態(tài)和發(fā)展趨勢。納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿課程對實施材料通才教育，開闊學(xué)生視野起到重要的作用。為使學(xué)生了解各領(lǐng)域納米材料的研究方法、應(yīng)用前景和最新發(fā)展動態(tài)，教學(xué)內(nèi)容選擇方面考慮到更多方面的應(yīng)用需求。講授納米半導(dǎo)體材料及器件研究前沿、納米功能材料在環(huán)境和能源領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景；介紹納米生物技術(shù)研究前沿，了解納米生物材料及納米生物技術(shù)研究前沿、應(yīng)用及發(fā)展前景；介紹新概念納米構(gòu)造及功能化，了解新概念微納加工方法、納米器件構(gòu)造及功能化前沿研究等。通過在教學(xué)內(nèi)容上精心選擇納米材料與技術(shù)領(lǐng)域的最新科技進(jìn)展，注重與生活實踐緊密聯(lián)系，重視理論聯(lián)系實際。把最新科研成果與問題引入課堂教學(xué)，設(shè)問留疑，組織課堂討論，使學(xué)生對國內(nèi)外納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿現(xiàn)狀與趨勢有較為全面的了解。例如，在向未來社會發(fā)展的進(jìn)程中，人類活動對于智能化的需求，使得智能傳感器成為研究熱點。目前智能傳感器技術(shù)發(fā)展有三種趨勢。一是新材料應(yīng)用。傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)是敏感材料的不斷發(fā)展，如低維納米材料等。隨著科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，將會有更多適用于傳感器的新型材料誕生。新材料的開發(fā)利用使得傳感器高性能化、微型化、集成化、多功能化、低成本化。二是新工藝采用。隨著微納技術(shù)、三維技術(shù)等的不斷開發(fā)，對于新型傳感器未來的產(chǎn)業(yè)化、商品化將會有很大的促進(jìn)作用。三是新型傳感器設(shè)計。這種新型傳感器主要具備柔性、透明、多功能、小型化和高性能等特點，需要在新原理、新材料和新技術(shù)等諸多方面進(jìn)行不斷創(chuàng)新[1]?；谝陨纤悸?，在課堂教學(xué)中以石墨烯基應(yīng)力、應(yīng)變傳感器為例，闡述納米傳感器的設(shè)計、組裝、原理及其性能調(diào)控，并介紹柔性應(yīng)力、應(yīng)變傳感器在健康監(jiān)控、柔性觸摸屏、柔性電子皮膚等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過上述教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在掌握基本概念和基本理論的基礎(chǔ)上，獲得更多新材料、新技術(shù)及材料研究新進(jìn)展等知識內(nèi)容和研究方法。

二、創(chuàng)新教學(xué)方法

材料科學(xué)與工程學(xué)院作為西部地區(qū)材料科學(xué)與工程人才的培養(yǎng)基地和科學(xué)研究基地，長期以來緊密結(jié)合西部，特別是甘肅省區(qū)域經(jīng)濟(jì)和地方資源特色，立足有色金屬新材料及其加工成型的新技術(shù)、新工藝的開發(fā)研究，形成了健全的本科、碩士、博士的多層次材料、冶金學(xué)科高級專業(yè)人才培養(yǎng)體系。多年來，學(xué)院依據(jù)國家、地方、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，形成了自己獨特的科研特色，培養(yǎng)出了一支具有較強(qiáng)科研實力的研究隊伍，在基礎(chǔ)理論研究，應(yīng)用開發(fā)研究，新產(chǎn)品開發(fā)方面做出了一定成績，取得了一系列研究成果，培養(yǎng)出了一批優(yōu)秀的高級專門人才，為國家尤其是西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。

學(xué)院現(xiàn)從事科研工作教師及技術(shù)服務(wù)人員92人。其中正高級職稱27人，副高級職稱31人。具有博士學(xué)位36人，碩士學(xué)位41人。入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才計劃”1人，甘肅省特聘科技專家2人，國家級專家及國務(wù)院特殊津貼獲得者12人，省部級專家13人。

近年來，在學(xué)校黨委、行政的正確領(lǐng)導(dǎo)下，在各職能部門的具體指導(dǎo)下，在兄弟院系的大力支持下，學(xué)院全體教師的共同努力，我院科研工作取得了很大成績。

一、學(xué)科建設(shè)成績斐然

根據(jù)學(xué)校學(xué)科建設(shè)與發(fā)展總體要求和學(xué)院學(xué)科建設(shè)的實際，學(xué)院認(rèn)真落實學(xué)科建設(shè)與發(fā)展規(guī)劃，實現(xiàn)了學(xué)院材料與冶金學(xué)科發(fā)展并舉，并突出學(xué)科特色的目標(biāo)。

2005年，學(xué)院成功獲得了材料科學(xué)與工程一級學(xué)科博士學(xué)位授權(quán)點，突破了我校無一級學(xué)科博士點的歷史，提高了學(xué)校與學(xué)院的辦學(xué)層次。同時，材料科學(xué)與工程一級學(xué)科碩士授權(quán)點也獲得認(rèn)定。目前學(xué)院已擁有材料科學(xué)與工程一級學(xué)科博士授權(quán)點及材料科學(xué)與工程一級學(xué)科博士后科研流動站，材料科學(xué)與工程一級學(xué)科碩士授權(quán)點、冶金物理化學(xué)與有色金屬冶金2個二級學(xué)科碩士授權(quán)點、材料工程領(lǐng)域工程碩士授權(quán)點、材料加工工程高校教師攻讀碩士學(xué)位授權(quán)點，從而形成了學(xué)士、碩士、博士及博士后培養(yǎng)的完備的人才培養(yǎng)體系。

為社會培養(yǎng)合格的“高級材料化學(xué)專業(yè)人才”是材料化學(xué)專業(yè)教育的本質(zhì)［1］。目前，各高等院校不斷優(yōu)化材料化學(xué)課程體系，使其更加科學(xué)化和合理化。科學(xué)完備的課程體系是知識結(jié)構(gòu)和能力培養(yǎng)的優(yōu)化組合，材料化學(xué)專業(yè)課程體系是材料化學(xué)人才培養(yǎng)方案的核心，對材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。材料化學(xué)專業(yè)課程體系的優(yōu)化首先是課程體系和教學(xué)內(nèi)容的整體優(yōu)化。

一、優(yōu)化材料化學(xué)專業(yè)課程體系的必要性

1．高等教育改革的需要。目前，優(yōu)化課程體系，改革教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建合理的知識結(jié)構(gòu)，注重理論聯(lián)系實際，更新教學(xué)手段是高等教育改革的需求。優(yōu)化課程體系不僅要使它所包含的專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、實踐課等形成相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體，而且要充分體現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格。

2．現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要。近年來，隨著材料化學(xué)專業(yè)教育課程論及教育理念的發(fā)展，我們根據(jù)材料科學(xué)發(fā)展規(guī)律，對材料化學(xué)專業(yè)課程體系進(jìn)行了兩次優(yōu)化調(diào)整（分別為2008年下半年和2012年上半年）。我們優(yōu)化的材料化學(xué)專業(yè)課程體系能夠體現(xiàn)材料化學(xué)專業(yè)教育特色，完善材料化學(xué)專業(yè)課程體系，加強(qiáng)材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)科方法論教育。

3．市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。優(yōu)化材料化學(xué)專業(yè)課程體系能夠反映社會和市場經(jīng)濟(jì)對綜合性專業(yè)人才的要求。優(yōu)化的材料化學(xué)專業(yè)課程體系應(yīng)該充分體現(xiàn)以就業(yè)為導(dǎo)向的思想。我們倡導(dǎo)與專業(yè)相關(guān)的知名企業(yè)家走進(jìn)課堂開展必修課教學(xué)，實現(xiàn)在校內(nèi)與企業(yè)的對接，強(qiáng)化學(xué)生的就業(yè)意識，提高學(xué)生的專業(yè)技能。

二、現(xiàn)行課程體系存在的問題及其成因

1機(jī)械傳動技術(shù)的萌芽

因為傳動系統(tǒng)是機(jī)械不可缺少的組成部分，所以傳動系統(tǒng)與機(jī)械是同時產(chǎn)生的，甚至可以說，因為有了傳運裝置，機(jī)械才得以產(chǎn)生。比如，我國春秋時期即已經(jīng)廣泛使用的桔槔，便可以視為簡單的機(jī)械，其中，最為智慧的，就是杠桿原理的運用，而這里的杠桿，恰恰就是傳動系統(tǒng)，可見傳動系統(tǒng)在機(jī)械中的重要作用，同時也說明，對于機(jī)械的不自覺使用，早在春秋時期，智慧的先人就已經(jīng)開始了。另外，指南車是展示我國先人智慧的又一發(fā)明，這是利用齒輪傳動系統(tǒng)和離合裝置來指示方向的車輛。關(guān)于指南車的記載，雖有神話成分，或存在史實上的矛盾，但《宋史•輿服志》記載的指南車結(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)范，尤其是齒輪大小和齒數(shù)的詳細(xì)記載，不僅證明指南車在我國古代確實存在，也顯示了我國古代機(jī)械制造的高超水平。另據(jù)考證，早在戰(zhàn)國到西漢之間，機(jī)械傳動的重要標(biāo)志——齒輪，就已經(jīng)誕生了，另參酌其他古籍，當(dāng)可推知，指南車的發(fā)明，肯定早于宋代，中國古代科技史學(xué)家王振鐸認(rèn)為，三國時[期的馬鈞發(fā)明了指南車，頗為可信。放眼國外，關(guān)于機(jī)械的記載與使用也比較早。早在古希臘時期，就有機(jī)械傳動的記載。羅馬時代，則發(fā)明了水力驅(qū)動，木制齒輪傳動的“谷物碾磨機(jī)”，后來，瑞典人在谷物磨中率先采用了斜齒輪傳動，在傳動技術(shù)史上稱得上是突破，只不過，這種斜齒輪是由石頭制成的，在材料上顯得過于原始。進(jìn)入14世紀(jì)，以時鐘的發(fā)明為標(biāo)志，齒輪傳動系統(tǒng)產(chǎn)生了一個飛躍。因為時鐘比較精細(xì)，傳動齒輪自然也需要精密化、小巧化，于是，人們開始研究金屬齒輪。先人的智慧值得景仰，但在工業(yè)革命之前，各類傳動系統(tǒng)也和機(jī)械本身一樣，處于原始階段。直到18世紀(jì)初，蒸汽機(jī)進(jìn)入實用，相續(xù)在礦井排水、鐵路機(jī)車、加工制造等領(lǐng)域大顯身手，現(xiàn)代意義的機(jī)械才得以產(chǎn)生。從本質(zhì)上來說，蒸汽機(jī)是機(jī)械的動力系統(tǒng)，它的飛躍對于傳動系統(tǒng)自然提出了更高的需求，從那以后，高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的金屬齒輪傳動得到了極大應(yīng)用。

2機(jī)械傳動技術(shù)的發(fā)展

19世紀(jì)末，電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)獲得廣泛使用，對機(jī)械傳動技術(shù)提出了更高要求，到20世紀(jì)初期，機(jī)械傳動技術(shù)有了很大發(fā)展，直齒輪、斜齒輪、錐齒輪和蝸桿傳動相繼問世，性能、精度及耐久性方面都有了很大發(fā)展，基本上可以滿足機(jī)械工業(yè)的需要。20世紀(jì)40年代后，齒輪幾何學(xué)逐漸發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科，齒形、嚙合及齒輪之間的展成關(guān)系，可以通過數(shù)學(xué)計算實現(xiàn)精確化，這使得機(jī)械傳動真正成為一門科學(xué)。在精確計算的支撐下，研究人員逐步掌握了齒輪傳動的表面接觸強(qiáng)度及輪齒彎曲強(qiáng)度，基于動載荷的機(jī)械傳動設(shè)計也初步成型，并應(yīng)用于高速重載的汽輪發(fā)電機(jī)傳動系統(tǒng)。這期間，研究人員還提出了齒輪齒廓和齒向修形設(shè)計的方法，以提高承載能力。進(jìn)入20世紀(jì)60年代，肇端于美國的宇航技術(shù)取得突破性進(jìn)展，導(dǎo)航系統(tǒng)、火箭助推器對傳動系統(tǒng)的要求非常高，不僅要求傳動系統(tǒng)體積小、承載能力強(qiáng)，可靠性更成為首要的考量標(biāo)準(zhǔn)。為此，研究人員不遺余力，對直齒、斜齒、錐齒的表面疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了深入研究，并進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目煽啃栽鲩L試驗，通過研究，發(fā)現(xiàn)傳動系統(tǒng)的原材料和齒輪的嚙合性不僅關(guān)乎其承載能力，也與其可靠性密切相關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)促成了非金屬材料（如高強(qiáng)度塑料）齒輪的產(chǎn)生。進(jìn)入70年代后，機(jī)械傳動技術(shù)更有了飛躍式的發(fā)展，空間嚙合理論成為這一時期的亮點，研究人員相繼推出曲線錐齒輪、環(huán)面蝸桿、點接觸蝸桿及圓弧齒輪等新式傳動系統(tǒng)，極大推動了機(jī)械傳動技術(shù)的發(fā)展。值得一提的是，我國正是在這一時期，在機(jī)械傳動技術(shù)領(lǐng)域，迎頭趕上發(fā)達(dá)國家，達(dá)到了世界先進(jìn)國家的水平。20世紀(jì)80年代以后，隨著知識經(jīng)濟(jì)的到來，機(jī)械傳動技術(shù)更是突飛猛進(jìn)，在空間嚙合理論的推動下，少齒差行星傳動、變型伺服傳動、新型蝸桿傳動等新型傳動系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，彈性變形理論、制造誤差的嚙合理論、局部共軛理論及失配嚙合理論，都達(dá)到很高水平，齒間載荷分配和應(yīng)力分析也得到廣泛應(yīng)用。這期間，傳動系統(tǒng)減振降噪研究，也成為一個熱點，并獲得諸多成果，輪齒三維任意可控修形設(shè)計便是其中最為重要的創(chuàng)舉，根據(jù)輪齒修形的要求，多自由度數(shù)控齒輪加工機(jī)床紛紛問世。傳動系統(tǒng)動力學(xué)研究更為深入，研究人員提出了齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷、狀態(tài)監(jiān)控和失效預(yù)警的思路，并開發(fā)出相應(yīng)的監(jiān)控與診斷軟件，用于冶金、船舶、電廠等大型關(guān)鍵設(shè)備的傳動系統(tǒng)，使之走上了智能化的臺階，取得了較好的效果。同時，傳動系統(tǒng)的研究由微觀返向宏觀，即傳動系統(tǒng)的研究并不單純以傳動系統(tǒng)為對象，而是把機(jī)械作為一個整體來研究，傳動系統(tǒng)與整機(jī)的匹配、協(xié)調(diào)，越來越受到重視。

3機(jī)械傳動技術(shù)的展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械傳動的模式早已不再局限于齒輪、鏈條等接觸式傳動，通過電磁感應(yīng)原理來傳遞動力的非接觸傳動（如電磁軸承、電磁傳動等）已進(jìn)入實用，與傳統(tǒng)的接觸式傳動相比，非接觸傳動具有無磨損、壽命長、效率高等優(yōu)點。當(dāng)然，傳統(tǒng)的軸承等接觸式傳動，仍大有用武之地。今后，機(jī)械傳動技術(shù)領(lǐng)域的研究，應(yīng)在優(yōu)化改進(jìn)傳統(tǒng)傳動技術(shù)的基礎(chǔ)上，探尋創(chuàng)新型傳動模式，在一段時間內(nèi)，研究重點仍然是前者。大體來說，機(jī)械傳動的研究方向主要有以下幾點：