關(guān)于材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與思考

馬瑞，張小燕，衛(wèi)廣智，萬明攀，梁宇，李遠(yuǎn)會(huì)

摘要：介紹了材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的主要內(nèi)容及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體方法和措施，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；預(yù)期效果

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）08-0036-02

材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料科學(xué)方法與工程專業(yè)一級(jí)學(xué)科公共主干課，是介于一般基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中占有極其重要的地位，是學(xué)習(xí)其他相關(guān)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是與材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)配套的實(shí)踐性課程，該課程的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐能力，能應(yīng)用所學(xué)的基本知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。能根據(jù)要求查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力以及創(chuàng)新精神。

隨著國家高教改革的實(shí)施，實(shí)驗(yàn)課在教學(xué)中越來越受重視，很多高校以把實(shí)驗(yàn)課作為一門獨(dú)立的課程來計(jì)算學(xué)分，為提高學(xué)生的動(dòng)手能力，使實(shí)驗(yàn)與教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來，讓學(xué)生在以后的工作中能學(xué)以致用，我們進(jìn)行了一些探索和討論，希望目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一些不合理、不適合的方面能得以改進(jìn)，充分發(fā)揮發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在專業(yè)教學(xué)中的作用。

一、課程的主要內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

本課程將系統(tǒng)全面介紹材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，諸如固體材料的結(jié)合鍵，材料的結(jié)構(gòu)與性能，材料中的擴(kuò)散，材料的相變，材料的塑性變形與強(qiáng)化，以及材料科學(xué)研究方法等，將金屬材料、無機(jī)非金屬材料、聚合物材料緊密地結(jié)合在一起。通過學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握材料組織結(jié)構(gòu)—成分—工藝—性能相互關(guān)系的基本規(guī)律和基本理論，深入理解他們之間的相互關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，分析、解決材料研究、開發(fā)和使用中實(shí)際問題的能力。初步掌握材料科學(xué)研究的思路和方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步深造奠定理論基礎(chǔ)。

目前，我院材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程存在著一個(gè)全國高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在的問題——實(shí)驗(yàn)與專業(yè)課之間為隸屬關(guān)系。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容往往各自獨(dú)立，實(shí)驗(yàn)之間缺乏連貫性，由于實(shí)驗(yàn)主要以分析材料的組織為主，因此常常出現(xiàn)重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作的現(xiàn)象，往往造成實(shí)驗(yàn)室效益低下，教師、設(shè)備、房屋等的極大浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)的模式，往往是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，大多是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，在實(shí)驗(yàn)室人員的指導(dǎo)下按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后常常不知道做此實(shí)驗(yàn)的目的、意義是什么，使學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的理解及相關(guān)理論知識(shí)的融會(huì)貫通，不能充分掌握和利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新。同時(shí)，目前實(shí)驗(yàn)主要以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，大大阻礙了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。有的實(shí)驗(yàn)操作具有重復(fù)性，學(xué)生常常由于重復(fù)相似的實(shí)驗(yàn)，而失去對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)抱著敷衍的態(tài)度。如，鋼鐵平衡組織及鑄鐵組織的觀察、馬氏體形態(tài)觀察、金屬的低倍組織缺陷觀察等，目前主要是學(xué)生用金相顯微鏡對(duì)各種組織的標(biāo)樣進(jìn)行觀察，實(shí)驗(yàn)具有相似性，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)興趣逐漸減退，往往做完實(shí)驗(yàn)很快就忘了。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的內(nèi)容

1.驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)基本理論的理解。由于材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生首次進(jìn)入專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，因此他們對(duì)實(shí)驗(yàn)室的基本情況都不了解?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)，主要使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度、注意事項(xiàng)及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的相關(guān)知識(shí)，掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能，及其操作方法。本部分的實(shí)驗(yàn)包括金相顯微鏡結(jié)構(gòu)與使用、金相試樣的制備、金相顯微攝影技術(shù)，要求學(xué)生能按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，聯(lián)系課堂所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，使學(xué)生掌握金相試樣的制備方法，金相顯微鏡的使用方法和金相顯微鏡的數(shù)碼照相法。

2.綜合型實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力。在這一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，正確進(jìn)行實(shí)際操作，應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)分析問題實(shí)驗(yàn)結(jié)果，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。如鐵碳合金平衡組織的觀察與分析等。這些實(shí)驗(yàn)可與材料熱處理、材料工藝學(xué)課程的學(xué)習(xí)一起進(jìn)行。將一個(gè)班的學(xué)生分成若干個(gè)組，每組4～6名學(xué)生，由學(xué)生根據(jù)材料熱處理、材料工藝學(xué)課程所學(xué)知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生從原料的選擇、加工開始，進(jìn)行配料、成型、熱處理、制備金相試樣，進(jìn)而進(jìn)行金相實(shí)驗(yàn)，分析各組間觀察到的金相圖像不同的原因。

3.設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生創(chuàng)新能力。在有關(guān)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生應(yīng)用所學(xué)本課程的理論知識(shí)，在本學(xué)科的前沿進(jìn)行一些探索性的實(shí)踐，可以在本課程時(shí)間內(nèi)提出有創(chuàng)新性的設(shè)想和研究方案，而后在開放實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，也可以是教師科研工作中與本課程內(nèi)容有關(guān)的小課題，鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)提出創(chuàng)新性的設(shè)想。如：“高強(qiáng)鋁合金組織與性能研究”的實(shí)驗(yàn)。首先，學(xué)生在研究生的指導(dǎo)下完成相關(guān)文獻(xiàn)的查閱，通過查閱文獻(xiàn)，擬定出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。提高鋁合金強(qiáng)度的方法很多，如添加合金元素、制定合理的熱處理工藝、采用最佳的制備工藝等，本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康募催x取適當(dāng)?shù)姆椒ㄒ蕴岣咪X合金的強(qiáng)度。其次，學(xué)生在結(jié)合文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件，選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)備。如，我院實(shí)驗(yàn)室可選相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有：電阻熔煉爐、金相顯微鏡、硬度計(jì)、力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)機(jī)、掃描電子顯微鏡等。學(xué)生可通過所選實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行合金熔鑄、合金熱處理、力學(xué)性能分析、顯微結(jié)構(gòu)分析等實(shí)驗(yàn)。然后，學(xué)生結(jié)合文獻(xiàn)在老師的指導(dǎo)下擬定切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)步驟。在研究生的參與下完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，可以幾個(gè)同學(xué)一起完成，這樣又可培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力。

4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。目前，大多數(shù)學(xué)生在撰寫專業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，仍按照大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告的模式來撰寫，包括實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及問題的分析討論幾個(gè)主要部分。但綜合型實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按正規(guī)期刊上發(fā)表的小論文的格式進(jìn)行撰寫。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、文字表達(dá)能力。較好的小論文還可以進(jìn)行發(fā)表，以此來提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、學(xué)習(xí)自信，及學(xué)院的教學(xué)影響力。

三、教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的預(yù)期效果

材料科學(xué)基礎(chǔ)通常開設(shè)在第五學(xué)期，是我院材料類本科生接觸的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，課時(shí)多，課程難度也比較大，其實(shí)驗(yàn)課主要圍繞組織的金相分析為主，有一定的操作重復(fù)性，學(xué)生實(shí)驗(yàn)后往往記不住實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，缺乏實(shí)驗(yàn)興趣。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，開設(shè)綜合型實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)后，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生都是實(shí)驗(yàn)的主體，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室老師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成，綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、靈活運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)及創(chuàng)新的能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生解決分析問題的能力，都具有一定的效果。

四、結(jié)束語

以上是本人在材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一些思索。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是工科學(xué)生學(xué)習(xí)期間的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的好壞，直接影響到學(xué)生專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革是一項(xiàng)勢(shì)在必行的艱巨任務(wù)，如何開展材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革是值得進(jìn)一步深思和探討的。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡庚祥.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2000.

[2]那順桑.金屬材料工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[3]楊中喜，陶文宏，邱學(xué)農(nóng)，等.現(xiàn)代材料測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)課程的改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006，23（6）：94-95.

[4]蔣建清，梅建平，睢良兵，等.金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2004，21（1）：23-27.