三、基于专业课程教学的大学生创新训练模式的实施案例

案例1：2004年，本文作者在开展“弹塑性力学”课程教学过程中，当讲授到“孔边应力集中”问题时，有位学生对此问题提出了疑义，他认为并非所有材料都会因“孔边应力集中”而提前失效。老师对他的质疑非常支持，并提供给他四种具有不同性能的金属材料（304不锈钢、紫铜、硬铝、软铝）去开展实验验证。通过系统的实验探究，这位大三本科生发现了一系列有趣的规律，有效实证了塑性变形引起孔边应力钝化的机理，由此建立了孔边应力集中系数随孔洞大小和载荷变化的关联模型，并采用数值计算方法建立了孔边应力集中引起的塑性区边界方程。以此为主题，该学生于2005年成功申请到中南大学第一届“米塔尔创新”项目，且该项目研究成果后续被整理发表了1篇学术论文。这一案例不仅使承担这项创新项目的学生对“孔边应力集中”问题有了非常深刻的理解，也带动全班同学加深了对课程难点的认识，同时有效推进了任课老师的教学改革。

案例2：“加工硬化”和“退火软化”是一般金属材料的基本特性，在“材料科学基础”“金属塑性加工原理”“金属材料及热处理”“金属塑性加工技术”等专业课程中均涉及这部分知识，也是经常考试的重点内容。但是，并非所有金属材料都会呈现出这种规律，例如，Zn-Cu合金就展示出非常显著的“加工软化”（室温冷变形）和“退火硬化”的异常行为。那么如何理解这种异常现象？如何从微观结构角度去解释这种现象背后的机理？由此，我们专门设计了1个创新训练项目，并于2014年指导学生成功申请到中南大学自由探索创新训练项目。通过系统的组织与性能分析实验，成功揭示了该合金产生“加工软化”和“退火硬化”异常行为的微观机理，公开发表了学术论文2篇，并建立了该合金的一种组织调控工艺方案。2015年，在项目结题验收时，该项目获得“优秀论文奖”和“优秀成果展示奖”。其后，在指导老师与一家企业的产学研合作项目实施过程中，该项目研究成果发挥了主要作用。

该案例涉及的Zn-Cu合金虽然展示出异常力学行为，但是，却可以采用已有的材料科学理论进行正常的解释。通过该案例及其延伸的创新训练项目研究，引导学生结合多门专业课程的相关理论知识，深刻理解了金属材料的多种强化和软化机理，尤其是有效培养了大学生大胆怀疑，勇于探索的精神和品质。

2016年，由该项目的课堂展示，后续又延伸出另一个有趣的创新训练项目。任课老师在开展“金属塑性加工技术”课程教学时，向学生展示了一些Zn-Cu合金挤压型材，其中一名学生出于好奇，对一个型材试样进行了用力弯折，使其产生了明显弯曲。因为破坏了试样，该学生吓得满面通红。但老师并没有批评他，而是问他听到了什么声音。在课堂安静下来后，让这名学生再弯折一件，结果听到“嘶”的一声响，但材料并没有开裂，只是有点弯曲。经多名学生体验后，老师要求大家认真思考这种声音的来源。随后该班组建了一个创新训练小组，专门针对该问题开展实验研究，终于揭示了“孪生”切变引发声响的机理。通过该案例，这个班的学生对于金属材料的“孪生”与“孪晶”现象形成了非常深刻的印象，从晶体学机理、组织判别、工程应用等方面都获得深刻理解。

案例3：2017年，本专业大三的一名本科生在开展“金属塑性加工技术”课程设计时，通过查阅铝加工手册发现，大部分2xxx、5xxx和7xxx系铝合金不能实现空心制品的分流焊合挤压成形，但其后在生产实习过程中，他在国内某企业却分明看到了采用分流挤压模制备的一种5052铝合金空心型材，由此怀疑手册信息的真实性。为此我们设计了一个题为“传统技术是如何突破的？”这样一个创新训练项目，由指导老师带领这名学生和他的部分同学，深入铝型材加工企业，重点进行铝合金分流挤压和在线淬火技术的调查与分析，结果发现，加工手册和教材中记载的多种传统认识上不能实现分流挤压和在线淬火的铝合金，现在在工业化生产中均已实现分流挤压和在线淬火。通过这次调研，大家深刻认识到，并不是加工手册和教材的信息有误，而是在这种科技迅猛发展的时代，传统材料加工技术发展速度太快，以至于手册和教材的编写未能跟上时代发展的步伐。

硬铝分流挤压和在线淬火只是铝型材挤压行业的两项典型的突破传统认识的新技术，其实还有大批传统技术已经或正在被突破，包括硬铝和超硬铝连续挤压技术、紫铜管铸轧技术、铜合金管盘拉伸技术等。通过这个创新训练项目，不仅有效引导学生开展专业技术课程的学习和思考，同时也实现了一次对学生的思政教育。研究过程中我们发现，在突破传统认识，开发创新技术，赶超发达国家先进水平的过程中，我国大批工程技术人员为此付出了艰苦的努力，为我国有色金属产业和国民经济建设做出了巨大贡献，由此激发学生的爱国情操和对专业、对工程技术的兴趣，培养学生敢于挑战传统、勇于实践探索的精神，并引导学生未来投身工程技术领域，努力将自己打造出“卓越工程师”。

文章来源：《材料科学与工程学报》 网址: http://www.clkxygcxb.cn/qikandaodu/2021/0714/623.html

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