“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革與探索

王宇飛, 朱宏喜, 李紅霞

(河南科技大學(xué) 工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 河南 洛陽 471023)

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革與探索

王宇飛, 朱宏喜, 李紅霞

(河南科技大學(xué) 工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 河南 洛陽 471023)

針對(duì) “材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，除保留并改進(jìn)少量經(jīng)典的驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)外，將多數(shù)驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了整合并擴(kuò)充，增設(shè)了綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐證明，增設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)提高了設(shè)備的利用率，有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及分析和解決問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。

材料科學(xué)基礎(chǔ)； 綜合性實(shí)驗(yàn)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是面向材料類專業(yè)所開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程從各種材料的共性基礎(chǔ)出發(fā)，闡明了材料的成分—結(jié)構(gòu)—工藝—性能之間的關(guān)系，對(duì)材料的生產(chǎn)、使用和發(fā)展具有指導(dǎo)意義[1]。該課程理論性較強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)繁多且內(nèi)容抽象。通過開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，在驗(yàn)證理論教學(xué)的同時(shí)，還可提高學(xué)生的素質(zhì)和能力[2]。為進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，我校即將實(shí)施的新版教學(xué)大綱將該課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)由原先的18 h增至24 h。新增的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)該如何設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可否進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如何確保在完成新增實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，又提高學(xué)生的動(dòng)手能力，成為擺在實(shí)驗(yàn)教師面前的幾個(gè)需要解決的問題。

1 原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上存在的問題

原教學(xué)大綱設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共9個(gè)，均為2 h的驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)。隨著高等教育課程體系改革的深化，其不足之處也日漸凸顯。

表1 原大綱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1.1 驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一且分散

表1中所列的小實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容上較為單一，一般僅針對(duì)某個(gè)特定的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，且安排上較分散，都是學(xué)生在學(xué)完相應(yīng)章節(jié)后隨即通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，以此鞏固所學(xué)的理論知識(shí)。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)置割裂了原有的知識(shí)體系，學(xué)生對(duì)前后所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)難以融會(huì)貫通，不利于對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)掌握[3]。

1.2 教學(xué)模式固定且陳舊

多年來，該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式固定，實(shí)驗(yàn)教師首先講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并給出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前基本不用預(yù)習(xí)，僅需按部就班完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、對(duì)已知的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證即可。這種教學(xué)模式缺乏互動(dòng)性，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)技能，制約了學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展[4]。

1.3 設(shè)備利用率低

我校工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心每年承擔(dān)全校18個(gè)專業(yè)、近200個(gè)班次的35個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，時(shí)間緊、任務(wù)量大。若某一時(shí)段需要做同一個(gè)小實(shí)驗(yàn)的班次較多，則實(shí)驗(yàn)課只能分散插空安排(要避免與學(xué)生理論課時(shí)間發(fā)生沖突)，使得同一個(gè)小實(shí)驗(yàn)用時(shí)較長(zhǎng)，不同的實(shí)驗(yàn)可能交錯(cuò)在一起，這期間需進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率較低。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革與探索

針對(duì)上述問題，并結(jié)合我實(shí)驗(yàn)中心以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，借大綱修訂之際，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革。整合后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見表2。通過整合和增設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，努力為學(xué)生創(chuàng)造更多的獨(dú)立動(dòng)手機(jī)會(huì)，以期通過新設(shè)的實(shí)驗(yàn)來提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)[5-6]。

表2 新大綱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

2.1 保留并改進(jìn)經(jīng)典的驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)

對(duì)比表1和表2可知，調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容保留了一些必要且經(jīng)典的驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)，但對(duì)其實(shí)驗(yàn)方法也做了相應(yīng)改進(jìn)。以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室為依托，增加互動(dòng)環(huán)節(jié)，由傳統(tǒng)的以“教”為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴白灾鲗W(xué)、互動(dòng)學(xué)”為主的過程教學(xué)；由單純地強(qiáng)調(diào)學(xué)生知識(shí)的積累轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；由單純地為了完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)而轉(zhuǎn)變?yōu)榻o學(xué)生畢業(yè)后的發(fā)展搭建素質(zhì)平臺(tái)[7-10]。

2.2 整合并擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)

通過近幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，綜合性實(shí)驗(yàn)普遍得到了廣大學(xué)生的認(rèn)可，從我?！皩W(xué)生實(shí)驗(yàn)調(diào)查表”中反饋的信息可知，綜合性實(shí)驗(yàn)應(yīng)該多開，不僅可使實(shí)驗(yàn)時(shí)間相對(duì)集中(更利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)掌握)，學(xué)生的動(dòng)手能力以及分析、解決問題的能力也有明顯提高[11]。通過整合并擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增設(shè)了3個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，具體方案如下：

(1) 將原有的“金相試樣的制備、金相顯微鏡的構(gòu)造與使用、金相顯微數(shù)碼攝影技術(shù)”3個(gè)小實(shí)驗(yàn)(2 h / 個(gè)，共6 h)進(jìn)行整合，增設(shè)“金相實(shí)驗(yàn)技術(shù)”綜合性實(shí)驗(yàn)(8 h)。實(shí)驗(yàn)流程包括：樣品制備—顯微鏡使用—數(shù)碼拍照—定量金相分析。該綜合實(shí)驗(yàn)更偏重于增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，其中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均為學(xué)生首次接觸，他們興趣十足但經(jīng)驗(yàn)不足。采用最簡(jiǎn)單的45號(hào)鋼退火試樣，以點(diǎn)帶面，使學(xué)生在對(duì)金相分析的基本方法有所了解的同時(shí)，達(dá)到了練手的目的。同時(shí)學(xué)生還學(xué)習(xí)了常見實(shí)驗(yàn)設(shè)備(砂輪機(jī)、拋光機(jī)、金相顯微鏡、數(shù)碼采集裝置等)的使用方法，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。

(2) 將原有的“二元合金顯微組織分析、鐵碳合金相圖及平衡組織分析、三元合金顯微組織分析”3個(gè)小實(shí)驗(yàn)(2 h / 個(gè)，共6 h)進(jìn)行整合，增設(shè)“典型金屬的顯微組織觀察與分析”綜合性實(shí)驗(yàn)(6 h)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋二元合金、三元合金、鐵碳合金平衡組織及非平衡組織，實(shí)驗(yàn)時(shí)借助顯微互動(dòng)裝置，通過實(shí)物和虛擬2種方式，對(duì)各種金屬的典型組織形貌特征進(jìn)行觀察比對(duì)，加深理解。

(3) 將原有的“金屬的塑性變形與再結(jié)晶”小實(shí)驗(yàn)(2 h)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充，改為綜合性實(shí)驗(yàn)(6 h)，著重增加學(xué)生親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。實(shí)驗(yàn)時(shí)給每個(gè)學(xué)生發(fā)一鋁片(150 mm×20 mm×0.8 mm)，讓其自己將鋁片置于小型拉伸機(jī)上進(jìn)行不同變形量的拉伸，然后入爐加熱保溫后，出爐空冷，最后浸蝕表面，直至顯示出清晰的晶粒，觀察并分析不同變形量對(duì)再結(jié)晶晶粒大小的影響，并畫出示意圖。使枯燥無味的理論知識(shí)，通過學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手操作，變得生動(dòng)而印象深刻。

3 綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果

增設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、學(xué)生人數(shù)多、用到的設(shè)備種類多，所以在安排這些實(shí)驗(yàn)時(shí)做了周密計(jì)劃。實(shí)驗(yàn)集中安排在連續(xù)數(shù)周的周末進(jìn)行，每天實(shí)驗(yàn)時(shí)間約12 h，各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備全部啟動(dòng)，學(xué)生每間隔2 h來一個(gè)班，采用流水作業(yè)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教師每人負(fù)責(zé)一個(gè)房間(定期輪換)，對(duì)分管環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。增設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)充了學(xué)生自由發(fā)揮的空間，有助于學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的融會(huì)貫通，有利于學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，在營(yíng)造創(chuàng)新氛圍的同時(shí)，既方便了排課，又提高了設(shè)備的利用率[12]。

4 結(jié)束語

隨著“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的增加，除保留并改進(jìn)一些經(jīng)典的驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)外，主要通過整合并擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增設(shè)了綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固了所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力以及分析、解決問題的能力，激發(fā)了學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造力，在方便排課的同時(shí)又提高了設(shè)備的利用率。

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Reform and exploration of experimental teaching contentsof Material Science Foundation course

Wang Yufei, Zhu Hongxi, Li Hongxia

(Experimental Teaching Center of Engineering Materials, Henan Universityof Science and Technology, Luoyang 471023, China)

Aiming at the problems of experimental teaching in Materials Science Foundation course, the content of the original experimental teaching is reformed, in addition to a few classic verified experiments, which are retained and improved, the majority small verified experiments are integrated and expanded, comprehensive experiments are added. Practice has proved, adding comprehensive experiments improving equipment utilization rate, could be helpful for students to integrate knowledge, and cultivating students’ hands-on ability, analysing and solving problem ability, and laying practical foundation for subsequent courses study.

material science foundation; comprehensive experiment; experimental teaching

2014- 10- 17

河南科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)開發(fā)基金項(xiàng)目(SY1213058)

王宇飛(1977-)，男，河南開封，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理.

E-mail：hkdwyf@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)5- 0242- 03