工程材料課程實(shí)驗(yàn)改革與實(shí)踐

張先菊 楊眉 王斌

[摘 要]開放實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作和步驟充分熟悉，清楚地知道實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，即做到心中有數(shù)，增加了他們做實(shí)驗(yàn)的信心。通過導(dǎo)生制讓組長(zhǎng)帶動(dòng)小組成員實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了這部分學(xué)生的責(zé)任感，同時(shí)也降低了教師的工作量，有利于實(shí)驗(yàn)室的管理。讓學(xué)生獨(dú)立查閱資料并自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案直至完成實(shí)驗(yàn)和寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，綜合訓(xùn)練了他們的自學(xué)能力和動(dòng)手能力，同時(shí)也開闊了他們的專業(yè)視野，極大地激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)各個(gè)小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的展示和評(píng)比，增強(qiáng)了他們的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神，提高了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)教學(xué) 改革與實(shí)踐 工程材料

[中圖分類號(hào)] G642.423[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 2095-3437（2015）07-0153-02

工程材料課程是高等學(xué)校機(jī)械類和近機(jī)類專業(yè)的一門主要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。該門課程的任務(wù)是從工程材料應(yīng)用角度出發(fā)，闡明工程材料的基本理論;使學(xué)生了解材料的化學(xué)成分、加工工藝、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，介紹常用工程材料及應(yīng)用等基本知識(shí)，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)，在掌握工程材料的基本理論知識(shí)基礎(chǔ)上，具備根據(jù)機(jī)械零件的服役條件和性能要求，進(jìn)行合理選材、正確制訂零件加工工藝路線及工藝規(guī)范的初步能力。因此要求學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，需要與實(shí)際工程相結(jié)合，但是對(duì)于只進(jìn)行過金工實(shí)習(xí)的他們來說有一定的難度。工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論聯(lián)系實(shí)際的紐帶和橋梁，是培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、動(dòng)手能力和實(shí)踐能力不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)。因此如何改進(jìn)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，一直是講授工程材料課程的教師普遍關(guān)心的問題。[1] [2] [3] 本文針對(duì)該門課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，就教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面進(jìn)行了教學(xué)改革探討與實(shí)踐。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

一直以來，我校的工程材料實(shí)驗(yàn)課都是根據(jù)教學(xué)計(jì)劃的要求開出“鐵碳合金的平衡組織觀察”和“碳鋼熱處理及力學(xué)性能的測(cè)定”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)為4學(xué)時(shí)，均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。通常做法是：學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前不預(yù)習(xí)，也不進(jìn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有所了解，實(shí)驗(yàn)前教師提前將實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)試樣準(zhǔn)備好，然后學(xué)生再按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書規(guī)定的內(nèi)容、操作方法、實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)完成之后學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可。由于是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都一樣，導(dǎo)致部分學(xué)生不做實(shí)驗(yàn)或者抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。再加上學(xué)生人數(shù)多學(xué)時(shí)少，實(shí)驗(yàn)設(shè)備老舊，臺(tái)套數(shù)少，使得學(xué)校、教師、學(xué)生均對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視，把實(shí)驗(yàn)課當(dāng)成理論課的附屬。這種教師為主學(xué)生為輔的做法，給學(xué)生在自主學(xué)習(xí)方面的機(jī)會(huì)和空間很少，沒有激發(fā)起學(xué)生創(chuàng)新的欲望，他們只是被動(dòng)的接受老師設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，難以達(dá)到良好的教學(xué)效果，不僅不能適應(yīng)現(xiàn)代化的人才培養(yǎng)模式，在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)方面也無法起到積極的作用。因此，進(jìn)行工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革勢(shì)在必行。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革措施

（一）實(shí)驗(yàn)前開放實(shí)驗(yàn)室。以往實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生拿到實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書到實(shí)驗(yàn)室來，聽老師介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟，再按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用什么設(shè)備和怎么操作設(shè)備完全由老師講解，導(dǎo)致學(xué)生有依賴心理，實(shí)驗(yàn)前不預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)了也只是照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書學(xué)習(xí)，甚至操作完了很快就忘了，沒有激發(fā)他們的興趣和主動(dòng)性。本次改革在實(shí)驗(yàn)之前提前開放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可根據(jù)自己的時(shí)間安排到實(shí)驗(yàn)室預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，了解與掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理及構(gòu)造，初步掌握設(shè)備的操作步驟，查閱資料，制訂出實(shí)驗(yàn)方案并寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，由實(shí)驗(yàn)教師簽字通過后方能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（二）導(dǎo)生制。工程材料實(shí)驗(yàn)相對(duì)集中，平常實(shí)驗(yàn)設(shè)備閑置，到用時(shí)往往又不夠用。由于學(xué)生人數(shù)多，集中實(shí)驗(yàn)時(shí)教師指導(dǎo)不過來，導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少，或者對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮O(shè)備的操作掌握不夠。再加上實(shí)驗(yàn)前開放實(shí)驗(yàn)室，需要足夠的時(shí)間讓學(xué)生預(yù)習(xí)，使得教師的工作量極大地增加。針對(duì)這種情況，在實(shí)驗(yàn)過程中采用導(dǎo)生制，解決指導(dǎo)教師少的問題。具體做法是：在班級(jí)中，先把學(xué)生分成若干個(gè)小組，每個(gè)小組中選一個(gè)思想進(jìn)步、樂于奉獻(xiàn)的同學(xué)作為組長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)之前教師先把教學(xué)的內(nèi)容傳授給這部分學(xué)生，包括實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)的步驟和設(shè)備的操作，再由各組組長(zhǎng)帶領(lǐng)該小組成員進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室預(yù)習(xí)，制訂合理可行的實(shí)驗(yàn)步驟完成預(yù)習(xí)報(bào)告。到做實(shí)驗(yàn)時(shí)各個(gè)小組分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，組長(zhǎng)與指導(dǎo)教師一起指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，使每個(gè)學(xué)生的動(dòng)手能力得到充分的鍛煉。

（三）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)。目前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有金相實(shí)驗(yàn)室（30臺(tái)金相顯微鏡）、熱處理實(shí)驗(yàn)室（10臺(tái)熱處理爐）、金相試樣制備實(shí)驗(yàn)室（拋光機(jī)10臺(tái)）和硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)室（數(shù)顯顯微硬度計(jì)2臺(tái)、洛氏硬度計(jì)2臺(tái)、布氏硬度機(jī)2臺(tái)）。為了增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣，擴(kuò)充學(xué)生的專業(yè)視野，建立實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站，通過網(wǎng)絡(luò)課件展示工程材料的發(fā)展，典型材料的制備、組織及熱處理工藝，材料分析和測(cè)試儀器的原理及其使用方法等。除此之外，精心布置實(shí)驗(yàn)室的陳列展品，比如增加一些實(shí)際檢測(cè)過硬度的齒輪、工具，不同熱處理工藝的軸承，典型材料的金相組織掛圖，各種失效形式的工程實(shí)物等。建立多種形式教學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)材料的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，針對(duì)在顯微鏡上進(jìn)行金相組織觀察時(shí)只能一個(gè)人觀察，不便于演示、講解與分析的難題，實(shí)驗(yàn)室建成了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室。教師機(jī)（配有帶攝像頭的顯微鏡）控制著教室內(nèi)的20臺(tái)電腦（均配備顯微鏡和攝像頭），教師可以在教師端操作顯微鏡，將所觀察到的組織通過大屏幕顯示出來，可在學(xué)生端直接演示，使學(xué)生很容易理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這就避免了原始的教學(xué)方法上的不利之處。通過教師機(jī)還可以監(jiān)控整個(gè)教室中學(xué)生的電腦操作，或者直接操作某一個(gè)學(xué)生機(jī)。另外，教師端還具備作業(yè)分發(fā)、監(jiān)控轉(zhuǎn)播、學(xué)生演示、教學(xué)錄音等重要功能。在學(xué)生端，學(xué)生可以將觀察到的金相組織進(jìn)行拍照，并保存在電腦中，還可與存放在電腦里的標(biāo)準(zhǔn)金相圖片進(jìn)行對(duì)比分析。在電腦上可以進(jìn)行分組討論，展示自己的金相照片，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（四）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革。通常，實(shí)驗(yàn)安排是按照理論講課進(jìn)度逐個(gè)進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是對(duì)這部分理論知識(shí)的驗(yàn)證，學(xué)生只能對(duì)局部?jī)?nèi)容有所理解，并沒有對(duì)整門課程形成一個(gè)完整的體系。特別是工程材料強(qiáng)調(diào)材料—工藝—組織—性能之間的關(guān)系，單個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)把組織、工藝和性能分開，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)很茫然，不知道這樣做的原因，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析也不盡如人意。針對(duì)這種情況，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了改革和擴(kuò)充，把原來的單個(gè)實(shí)驗(yàn)串起來形成一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，具體做法是：教師先設(shè)計(jì)一系列不同的任務(wù)，如將退火態(tài)的45鋼或T12鋼分別在不同的環(huán)境下使用并要求獲得某一類型的組織，要求學(xué)生自己選材，進(jìn)行熱處理工藝、硬度檢驗(yàn)及金相試樣的制備及觀察。6-8個(gè)學(xué)生為一組，拿到任務(wù)后在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下進(jìn)實(shí)驗(yàn)室預(yù)習(xí)，熟悉實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并查閱資料，制訂實(shí)驗(yàn)方案，完成預(yù)習(xí)報(bào)告交教師檢查是否合理，若方案合理則準(zhǔn)許這個(gè)組進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開始實(shí)驗(yàn)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，熱處理操作，硬度檢測(cè)，金相試樣的制備（包括磨制、拋光、浸蝕），金相組織觀察與拍照均由學(xué)生自己動(dòng)手完成，最后的金相結(jié)果還需與標(biāo)準(zhǔn)組織照片對(duì)比，并對(duì)組織缺陷進(jìn)行分析，最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。接下來要求每個(gè)組把自己拍攝最好的一張金相組織照片在全班展示出來，并配以相應(yīng)的圖片說明，讓全班同學(xué)投票進(jìn)行評(píng)比，選出最佳組織照片，這類似于一場(chǎng)小型的金相大賽，增強(qiáng)了他們的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)并且讓他們熟悉了材料在其他熱處理?xiàng)l件下的組織，進(jìn)一步加深了工藝、組織、性能之間關(guān)系的印象。通過在少部分班級(jí)中的實(shí)施發(fā)現(xiàn)：學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出空前高漲的熱情，比平常多花幾倍的時(shí)間來準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中也非常認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)。為了獲得最佳組織照片獎(jiǎng)，小組成員之間相互幫助，相互監(jiān)督，團(tuán)結(jié)一致。他們的實(shí)驗(yàn)報(bào)告幾乎在沒有要求的情況下都采用了電子版本，精心進(jìn)行了書寫、排版和圖片處理。

三、成效與不足

這次工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施，在老師和同學(xué)們的共同努力下，取得了較好的成效。開放實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作和步驟充分熟悉，清楚地知道實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，即做到心中有數(shù)，增加了他們做實(shí)驗(yàn)的信心。通過導(dǎo)生制讓組長(zhǎng)帶動(dòng)小組成員實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了這部分學(xué)生的責(zé)任感，同時(shí)也降低了教師的工作量，有利于實(shí)驗(yàn)室的管理。讓學(xué)生獨(dú)立查閱資料并自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案直至完成實(shí)驗(yàn)并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，綜合訓(xùn)練了他們的自學(xué)能力和動(dòng)手能力，同時(shí)也開闊了他們的專業(yè)視野，極大地激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)各個(gè)小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的展示和評(píng)比，增強(qiáng)了他們的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神。在實(shí)驗(yàn)過程中，難免會(huì)遇到各種問題，學(xué)生學(xué)會(huì)了耐心的反復(fù)試驗(yàn)或者重新查閱資料來解決，與以往試驗(yàn)中遇到不會(huì)就找老師截然不同，獨(dú)立分析問題和解決問題的能力得到很大的提升。當(dāng)然，目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革仍存在較多的不足，比如學(xué)生學(xué)習(xí)能力及動(dòng)手能力參差不齊，要完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)有的小組需要教師更多指導(dǎo);學(xué)生的預(yù)實(shí)驗(yàn)和分散綜合實(shí)驗(yàn)，增加了實(shí)驗(yàn)室的管理難度，任課教師和實(shí)驗(yàn)室人員也需投入更多的時(shí)間和精力。學(xué)?？煽紤]增加研究生參與指導(dǎo)，或者增加教師工作量等激勵(lì)措施來改善不足，以進(jìn)一步提升我院的辦學(xué)質(zhì)量。

[ 注 釋 ]

[1] 謝飛，潘建偉.“工程材料”課綜合型實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（2）：79-81.

[2] 徐小明，張湘?zhèn)?，丁政，?開放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007（8）：81-82.

[3] 林峰.《工程材料》綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2009（2）：80-82.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]