金屬材料工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討

左敏　王艷　滕新營　耿浩然

摘 要 作為應(yīng)用型專業(yè)，金屬材料工程專業(yè)的特點(diǎn)在于理工結(jié)合、強(qiáng)理論性、重實(shí)踐性。針對(duì)該方向的專業(yè)特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，本文從專業(yè)發(fā)展方向、專業(yè)課程群構(gòu)建、綜合實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)構(gòu)建等方面，注重理論知識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建的設(shè)想，即在專業(yè)課程設(shè)置和專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程基礎(chǔ)上，增設(shè)金屬材料工程的綜合性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)合研究課題開展研究性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而提高學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力、分析和解決問題能力。

關(guān)鍵詞 金屬材料工程 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 創(chuàng)新改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.12.049

Discussion on Metal Material Engineering Experiment Teaching

ZUO Min， WANG Yan， TENG Xinying， GENG Haoran

（School of Material Science and Engineering， University of Jinan， Ji'nan， Shandong 250022）

Abstract As an application-based professional and professional characteristics of metal materials engineering Polytechnic that combine strong theoretical and practical weight. Professional characteristics and training objectives for the direction of this article from a professional development， curriculum group construction， integrated experimental and design experiments to build and so on， pay attention to the combination of theoretical knowledge and practical ability training， put forward the idea of Experimental Teaching System that in the professional curriculum and professional curriculum based on experimental basis， an additional comprehensive experiment and designing experiment metal materials engineering， combined with research innovation research experiments， and to improve students' independent thinking， innovation， analysis and resolution solving skills.

Key words metal material engineering； experimental teaching； innovation reform

國家“十二五”科技規(guī)劃中提出了“科技與經(jīng)濟(jì)緊密結(jié)合，將促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力作為主攻方向”的戰(zhàn)略方針。①濟(jì)南大學(xué)設(shè)立了材料物理專業(yè)合金方向，旨在培養(yǎng)掌握材料制備（或合成）、材料加工、材料的結(jié)構(gòu)與性能測(cè)定及應(yīng)用等方面的基本原理和實(shí)驗(yàn)技能的高素質(zhì)人才。

作為應(yīng)用型專業(yè)，金屬材料工程專業(yè)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐、開發(fā)與應(yīng)用相結(jié)合。在專業(yè)教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)體系的重要組成部分，其對(duì)于提高學(xué)生的專業(yè)綜合素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與思維、鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力及分析與解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力均具有不可或缺的作用。②③為進(jìn)一步順應(yīng)社會(huì)的發(fā)展與人才的需求，經(jīng)過多年的積累與努力，我校（濟(jì)南大學(xué)）對(duì)本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了相應(yīng)修訂，對(duì)專業(yè)課程教學(xué)體系進(jìn)行了調(diào)整與完善，提出了培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力的目標(biāo)，從專業(yè)課程設(shè)置、課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性試驗(yàn)設(shè)置、研究性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)置等四個(gè)方面，拓寬了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，豐富了專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。金屬材料工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開設(shè)與建立，將有利于培養(yǎng)學(xué)生將理論與實(shí)際相結(jié)合的能力，針對(duì)實(shí)際情況利用理論分析、解決實(shí)際問題的能力，其對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能的提高、理論知識(shí)的理解、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)均具有良好的促成作用。

1 結(jié)合專業(yè)發(fā)展，專業(yè)課程設(shè)置支撐實(shí)驗(yàn)教學(xué)

材料物理專業(yè)合金方向的專業(yè)必修課程包括“金屬工藝學(xué)”、“金屬學(xué)與熱處理”、“金屬材料成型技術(shù)”、“金屬材料性能與測(cè)試”、“合金材料基礎(chǔ)”等等。基于金屬材料工程專業(yè)的發(fā)展，我校本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案做了相應(yīng)調(diào)整，增設(shè)了“金屬功能材料”、“金屬基復(fù)合材料”等專業(yè)方向選修課程，并設(shè)置了“先進(jìn)材料科技進(jìn)展”、“材料腐蝕與防護(hù)”等專業(yè)任選課。

在新增設(shè)的課程中，選用了“十二五”國家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目之材料科學(xué)研究與工程技術(shù)系列圖書，針對(duì)磁性材料、導(dǎo)電功能材料、形狀記憶合金、儲(chǔ)氫材料、光學(xué)功能材料、非晶態(tài)合金、超導(dǎo)材料及生物醫(yī)學(xué)功能材料進(jìn)行了闡述。功能材料對(duì)電子信息、生物技術(shù)、航空、航天等一大批高科技產(chǎn)業(yè)起著支撐和先導(dǎo)作用。除此之外，有目的地增設(shè)了“材料腐蝕與防護(hù)”課程。該門課程以物理化學(xué)為基礎(chǔ)，涉及材料電化學(xué)、金屬學(xué)、表面科學(xué)、工程力學(xué)等多門學(xué)科。通過該門課程的講解，可引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，開闊學(xué)術(shù)視野，為學(xué)生將來從事有關(guān)金屬腐蝕與防護(hù)方面的工作或研究奠定基礎(chǔ)。endprint

專業(yè)課程的設(shè)置，是整個(gè)教學(xué)體系的重要組成部分。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，真正實(shí)現(xiàn)活學(xué)活用，對(duì)啟迪與培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與思維具有重要的作用。

2 促進(jìn)專業(yè)學(xué)習(xí)，課程實(shí)驗(yàn)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在專業(yè)課程合理配置基礎(chǔ)上，針對(duì)部分課程的特點(diǎn)，設(shè)立相應(yīng)的課程實(shí)驗(yàn)，其可對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到一定的輔助作用。比如，在“金屬學(xué)與熱處理”授課過程中，設(shè)立了觀察金屬金相組織的課程實(shí)驗(yàn)；針對(duì)“現(xiàn)代材料測(cè)試技術(shù)”課程內(nèi)容，設(shè)立了試樣掃描電鏡觀察、X射線衍射分析以及晶體光學(xué)性能觀察等相應(yīng)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；針對(duì)“材料物理”課程內(nèi)容，設(shè)立了測(cè)定試樣霧度、測(cè)量溫度對(duì)材料超導(dǎo)性影響的課程實(shí)驗(yàn)；針對(duì)“金屬材料性能與測(cè)試”課程內(nèi)容，設(shè)立了測(cè)定不同組織鑄鐵強(qiáng)度與硬度的課程實(shí)驗(yàn)。

在課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，不僅深化了學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容的理解，更是鍛煉了學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能。同時(shí)，課程實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，也可系統(tǒng)整合金屬材料工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，為合理配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提供了途徑。

3 加深專業(yè)素養(yǎng)，開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性試驗(yàn)

在金屬材料工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，除增設(shè)相應(yīng)課程實(shí)驗(yàn)以外，需進(jìn)一步整合實(shí)驗(yàn)資源、改進(jìn)教學(xué)的內(nèi)容和教學(xué)手段，開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的積極性，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。金屬材料工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重于學(xué)生對(duì)于材料內(nèi)基本結(jié)構(gòu)、工藝、性能及其相互間關(guān)系的研究，要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)獲得基本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)，能夠結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。綜合性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的掌握與理解、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要的作用。

綜合性實(shí)驗(yàn)指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及相應(yīng)課程的綜合知識(shí)或運(yùn)用綜合的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)手段培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)、能力、素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)。在前期專業(yè)課程基礎(chǔ)知識(shí)鋪墊的基礎(chǔ)上，綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生具備一定的基本操作技能，并可在實(shí)驗(yàn)過程中運(yùn)用課程的綜合知識(shí)，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合技能培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。④⑤我校材料物理專業(yè)合金方向已設(shè)立題為“合金配制、微觀組織與性能表征”的綜合性試驗(yàn)，針對(duì)諸如亞共晶、共晶、過共晶Al-Si合金等合金體系進(jìn)行不同熔體處理，要求學(xué)生從合金配制、微觀組織觀察、力學(xué)性能方面綜合表征熔體處理對(duì)合金的影響。學(xué)生通過閱讀實(shí)驗(yàn)講義的指導(dǎo)內(nèi)容，制定出合理實(shí)驗(yàn)方案，確立一系列實(shí)驗(yàn)過程并完成合金材料的配制與性能測(cè)試。在此過程中，學(xué)生需認(rèn)真處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行畫圖和列表，在此基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗蛯?shí)驗(yàn)條件，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確定實(shí)驗(yàn)方法，選定試驗(yàn)所用設(shè)備，并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)過程并學(xué)會(huì)對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析的實(shí)驗(yàn)。⑥設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是材料類專業(yè)的一個(gè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，特別是對(duì)于金屬材料工程專業(yè)。針對(duì)材料物理專業(yè)合金方向，我校設(shè)立了“Fe-C合金化學(xué)成分、處理工藝對(duì)其組織和性能的影響”設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，其旨在培養(yǎng)考察材料專業(yè)本科學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能的掌握和運(yùn)用。通過合金鋼的鑄造、熱處理工藝，以及熱處理之后對(duì)材料性能、組織成分的檢測(cè)等材料制備整個(gè)流程的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程操作、對(duì)實(shí)驗(yàn)制備得到的試樣進(jìn)行性能檢測(cè)和成分分析，掌握材料的化學(xué)成分、顯微組織分析、建立熱處理工藝與性能之間的聯(lián)系，加深學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)及專業(yè)課的理解，為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 構(gòu)建開放式實(shí)驗(yàn)室，設(shè)立研究性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，教學(xué)相長

為進(jìn)一步豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，做到因材施教，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，較優(yōu)秀的學(xué)生可以參與到專業(yè)教師的相關(guān)科研活動(dòng)中。通過研究性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，可將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究活動(dòng)相結(jié)合，增加了實(shí)驗(yàn)的研究性與應(yīng)用性。同時(shí)，由于研究內(nèi)容的前沿性，給了學(xué)生耳目一新的感覺，學(xué)生可針對(duì)課題進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，調(diào)動(dòng)學(xué)生的研究與學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生擴(kuò)大了視野、開拓了思維，還可以促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研的高效結(jié)合。⑦

此外，研究性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的確立，也可促進(jìn)開放性實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建。在此過程中，可改變?cè)瓉矸忾]的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，確立自主、開放型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。首先，在實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間上，不僅僅限定在特定授課時(shí)間開放，可在實(shí)驗(yàn)室人員有效監(jiān)管條件下，學(xué)生提前預(yù)約，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間。這在一定程度上，可有效促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開放力度，提升實(shí)驗(yàn)室儀器、設(shè)備利用率，盡量實(shí)現(xiàn)每位學(xué)生都有實(shí)際操作與動(dòng)手的機(jī)會(huì)。其次，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生會(huì)遇到各種理論與實(shí)際問題，有些問題甚至專業(yè)指導(dǎo)教師一時(shí)無法作答。在此情況下，學(xué)生可根據(jù)需要查閱相關(guān)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合檢索情況與指導(dǎo)教師相互討論，從而將教學(xué)、實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。此外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展過程中，要時(shí)刻注意對(duì)學(xué)生安全意識(shí)的培養(yǎng)，確保實(shí)驗(yàn)過程中每位學(xué)生的人身安全，避免出現(xiàn)安全事故。⑧

金屬材料工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，需要通過實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的表現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等信息不斷反饋，并結(jié)合反饋信息來逐步完善與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與方法。由于金屬材料工程是理工結(jié)合、強(qiáng)理論性、重實(shí)踐性的綜合性學(xué)科，本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)具有重要的作用。如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生探求知識(shí)的欲望，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與能力，還需不斷加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革力度，不斷探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新模式。

基金項(xiàng)目：“多維互動(dòng)技術(shù)在金屬專業(yè)課堂教學(xué)中的探索與應(yīng)用”，濟(jì)南大學(xué)校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：J1403

注釋

① 趙杰，鄒龍江，程從前，戚琳.金屬材料工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)想及實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2014.21：1-2，5.

② 王勇，畢鳳琴，張旭昀，王力霞，方華，孫麗麗，趙曉京.金屬材料工程專業(yè)綜合開放型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系探索[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2009.1-2：137-138.

③ 吳海江，劉龍飛，唐果寧，顏建輝，郭世柏，李會(huì)強(qiáng)，吳玉蓉.金屬材料工程專業(yè)綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2013.5（7）：109-111.

④ 鄒祖莉.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào)，1997.15（2）：299-301.

⑤ 汪冬梅，尤顯卿，劉寧，鳳儀，鄭玉春，劉玉.關(guān)于金屬材料工程專業(yè)開設(shè)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的探討[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007.21（4）：68-71.

⑥ 張可方.水處理技術(shù)綜合性實(shí)驗(yàn)的組合和開設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006.25（8）：966-968.

⑦ ?，|瑋，王鑫.淺析金屬材料專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2012.24：119-120.

⑧ 王建華，蘇旭平，王鑫銘，石英.“金屬材料工程”專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007.26（3）：81-82，150.endprint