郭 帥 趙性川* 王長征

（聊城大學 山東·聊城 252000）

0 引言

能源是經(jīng)濟發(fā)展的基石，是我國實現(xiàn)偉大復興的重要動力，也是未來科學發(fā)展的重點領(lǐng)域和面臨的重大挑戰(zhàn)之一。最近，“碳達峰-碳中和”已經(jīng)被列為國家戰(zhàn)略，如何能夠在2030年實現(xiàn)碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和是我國目前工作的重中之重[1，2]。材料是人類生存與發(fā)展的基本物質(zhì)，其中又以金屬材料的應用范圍最廣。雖然我國近幾十年在金屬材料領(lǐng)域已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但是在生產(chǎn)或制備金屬材料及金屬零部件時，仍然存在能源利用率不高，產(chǎn)生大量的污染物等問題[3]。因此，引導學生熟悉理解傳統(tǒng)工藝在環(huán)境保護方面的缺點以及治理方式，并向?qū)W生介紹當前最先進的綠色生產(chǎn)工藝是非常必要的。在這種背景下，聊城大學金屬材料工程系開設了材料工程與安全這門課。

1 材料工程與安全授課方式探索

1.1 課程導入

不同于專業(yè)性很強的課程，比如材料測試研究方法，僅通過材料工程與安全的課程名稱很難了解這門課的授課內(nèi)容。因此有效的課程介紹，不僅可以幫助學生盡快了解課程內(nèi)容，還有助于提高授課效率。因為這門課主要面向金屬材料工程專業(yè)的學生授課，所以材料工程更多的是指金屬材料工程，而安全則是指環(huán)境安全以及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。因此材料工程與安全這門課講授的是金屬材料工程領(lǐng)域在快速發(fā)展的同時，如何能夠保證環(huán)境的安全以及可持續(xù)發(fā)展。

1.2 課程內(nèi)容安排

作為一門專業(yè)選修課，該課程并沒有安排固定課本。那么，在授課過程中，對內(nèi)容的合理安排是十分有必要的。金屬類制品在廢棄甚至投放市場之前，需要經(jīng)過非常多的工序，包括采礦、選礦、冶煉、加工及制備等[4，5]。因此可以按照上述工序，依次介紹各生產(chǎn)工序可能產(chǎn)生污染物的種類以及特征，并給出合理的治理方案。另外，在課程的最后一部分，可以向?qū)W生介紹目前國內(nèi)外前沿的合金成分設計方法，先進的采選礦技術(shù)以及成形方法等綠色生產(chǎn)工藝，這在一定程度上可以幫助學生選擇未來的研究方向或者就業(yè)方向。

除了授課部分外，為了加深學生對課程內(nèi)容的理解以及鍛煉學生學習的主動性，可以將學生進行分組，并以先進材料及技術(shù)為主題，討論目前國內(nèi)外的新型合金以及先進的生產(chǎn)技術(shù)，并讓學生制作出相應的PPT在課堂上進行講解。

1.3 案例式教學

材料工程與安全這門課的教學目標是指導學生了解在采礦、選礦、冶煉、加工制備及材料廢棄過程中對環(huán)境及資源可能產(chǎn)生的負面影響，掌握對高污染、高消耗等傳統(tǒng)技術(shù)的改進方案以及對廢氣、廢水、廢渣等污染物的治理方案，理解實現(xiàn)金屬材料清潔生產(chǎn)的基本原則和方法。由于該課程涉及到的理論內(nèi)容較少，實際操作內(nèi)容較多，因此更適合采用案例式教學。

我國力求在2030年達到碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和。那么，在這種背景下，金屬材料領(lǐng)域可以為碳達峰和碳中和的實現(xiàn)做出哪些工作呢？零部件從開始使用到廢棄的時間長短是影響資源利用率和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的一個重要因素。如果零部件的有效使用壽命可以明顯延長，那么意味著能源和原料的利用率也將大大提高[6]。例如，對于轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)件來說，如果比剛度、比強度、耐疲勞度、耐高溫、抗腐蝕等性能可以明顯提高，那么轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)件的使用壽命也會大大提高，進而可以提高發(fā)電裝置的效率。為實現(xiàn)這一目標，未來可以大力開發(fā)綜合性能更加優(yōu)異的新型材料，例如高溫合金、耐熱鋼、高熵合金等。

另外，傳統(tǒng)的合金成分設計方法往往以實驗和理論相結(jié)合為主，采用試錯的方式進行成分篩選，這種方法效率低，且容易造成材料浪費。二十世紀中葉，世界上第一臺計算機在美國賓夕法尼亞大學誕生。隨后，以計算機作為工具的各類材料科學模擬方法也開始快速發(fā)展。因此，未來在新材料研發(fā)方面，可以借助高性能計算機，利用宏微觀模擬技術(shù)實現(xiàn)對新型材料的設計以及性能預測，這些技術(shù)的綜合應用既可以節(jié)約資源，又高效可控[7]。

1.4 課程思政在課堂上的應用

課堂思政是指在授課過程中，將思想政治知識，正確的價值理念及精神追求融入到課堂中去，潛移默化的引導學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。當前的中國正處于百年未有之大變局，也正處于實現(xiàn)中華民族偉大復興的關(guān)鍵時期。在這個關(guān)鍵時刻，確保我們國家的學生不被境外敵對勢力灌輸錯誤的理念和信息是我們作為教師的重要責任。

當前我國正處于實現(xiàn)中華民族偉大復興的關(guān)鍵時刻，雖然我們已經(jīng)在中低端產(chǎn)業(yè)牢牢站住了腳，但這并不足以支撐我們重新站上世界民族之巔，這部分產(chǎn)業(yè)的利潤并也不足以讓中國人民過上發(fā)達國家的生活。因此，未來我國勢必會大力發(fā)展高端產(chǎn)業(yè)，而新型金屬材料的設計、研發(fā)與制造正是高端制造業(yè)的重要組成部分[8，9]。目前我國使用的許多性能優(yōu)異的合金都是由國外設計研發(fā)的，例如，Ti-6Al-4V等[10]。未來，隨著我國國力的逐漸強盛，研發(fā)投入也會逐漸加大，我們國家也將會設計出越來越多性能優(yōu)異，并被世界其它國家廣泛應用的新型合金。因此，有效的課堂思政不僅可以培養(yǎng)學生的愛國情懷，還可以幫助學生在自己的專業(yè)領(lǐng)域為自己設置奮斗目標，增強學習動力。

1.5 教學過程反思

第一，在進行案例講解時，與學生的互動度不夠，后續(xù)有待加強，例如，在講到冶煉過程會產(chǎn)生三廢時，可以讓同學們分享自己家鄉(xiāng)周邊可能存在的工業(yè)污染現(xiàn)象，并讓他們以工程師的角度設計工藝改進方案或者三廢治理方案；第二，在科普目前最前沿的制備工藝或者新型材料時，應該與學生的專業(yè)課相結(jié)合，將工藝原理以及新型材料設計方法講清楚，這樣可以幫助學生加深對自己專業(yè)課內(nèi)容的理解；第三，雖然授課過程中給出了大量的數(shù)據(jù)和原理圖幫助學生理解污染的具體狀況以及工藝技術(shù)，但仍然不夠直觀，因此后續(xù)可以加入視頻幫助學生理解。第四，授課過程中沒有注重與學生之間的溝通交流，在課堂上不應該采取滿堂灌的方式進行授課，每節(jié)課應該留出少部分時間與同學們交流，讓同學們分享本節(jié)課的學習心得和體會。

2 結(jié)語

通過簡單的課程導入和邏輯性的課程內(nèi)容安排，可以幫助學生快速了解課程的基本內(nèi)容，加強對課程內(nèi)容的理解；案例式教學是提高材料工程與安全授課效率的有效方式，在課堂上給出相關(guān)案例，通過分組的方式讓同學們討論并給出小組的綜合看法，有助于活躍課堂氣氛，提高學生學習的積極性；將授課內(nèi)容與思政教育有機結(jié)合，可以在幫助學生開闊視野的同時，培養(yǎng)學生的愛國情懷，引導學生樹立正確的價值觀、人生觀和世界觀。