工程認(rèn)證背景下金屬材料熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索*

楊琳　李黎忱　鄧世岐（太原理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024）

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工程認(rèn)證背景下金屬材料熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索*

楊琳李黎忱鄧世岐
（太原理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024）

摘要：文章從工程認(rèn)證提出的新型教育理念出發(fā)，分析了金屬材料熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題。在工程認(rèn)證評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向下，從加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)及大力培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的角度，合理設(shè)置兼具創(chuàng)新性和開放性的《金屬材料熱處理》實(shí)驗(yàn)，為材料學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一種可資借鑒的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：金屬熱處理；開放性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)工程認(rèn)證

一、現(xiàn)狀分析及存在的問題

（一）忽視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力得不到重視，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容沒有緊密結(jié)合起來，也必然無法達(dá)到工程教育認(rèn)證的要求。過去的金屬材料熱處理課程實(shí)驗(yàn)課程得不到足夠的重視，課時(shí)數(shù)較少。在較短的熱處理實(shí)驗(yàn)課時(shí)下，學(xué)生沒有時(shí)間對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行顯微分析，無法將熱處理原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合起來，使得學(xué)生對試樣在熱處理實(shí)驗(yàn)前后的組織改變?nèi)狈χ庇^對比，妨礙了教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（二）實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)相脫節(jié)

當(dāng)前金屬熱處理在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上普遍缺乏對理論課程操作的靈活度。 熱處理專業(yè)教學(xué)的主要內(nèi)容，偏重于固態(tài)相變原理的傳授，而對于根據(jù)具體設(shè)備條件選擇合適的熱處理工藝方法方面的培訓(xùn)基本上缺失，這對于培養(yǎng)材料機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)生而言是個(gè)瑕疵。這使得學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性受到挫傷，難以正確掌握運(yùn)用實(shí)驗(yàn)分析方法的掌握，影響了應(yīng)用型、技能型人才的培養(yǎng)。

（三）學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中缺乏自主性

教育“單向化”明顯，教學(xué)效果不佳。在熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生積極性不高，只是機(jī)械性的隨著教師的講解完成實(shí)驗(yàn)過程，缺乏主動思考的能力和習(xí)慣，不會自學(xué)、不愿深究。這種“單向化”的教學(xué)手段難以提高學(xué)生的動手能力和實(shí)驗(yàn)分析能力，影響教學(xué)目標(biāo)的完成。這門課程帶給學(xué)生的感覺是理論性強(qiáng)，知識點(diǎn)繁雜，學(xué)習(xí)起來枯燥，知識點(diǎn)的連貫性和整體性差，因而學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，進(jìn)而會影響到材料及機(jī)械專業(yè)的人才培養(yǎng)的質(zhì)量［1］。

從根本上說，工科高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程應(yīng)該成為一種有創(chuàng)造性的活動。主動性、能動性、研究性和創(chuàng)造性，應(yīng)該成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的關(guān)鍵性要素。如果教師不能激發(fā)出學(xué)生的主動性和能動性，不能培養(yǎng)其研究性和創(chuàng)造性，最終學(xué)生的創(chuàng)新思維能力會被扼殺在“照葫蘆畫瓢”的練習(xí)中［2］。

綜上所述，目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題是：本課程實(shí)驗(yàn)對許多學(xué)生缺乏吸引力，具體表現(xiàn)為不進(jìn)行課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備；實(shí)驗(yàn)中操作“依葫蘆畫瓢”，實(shí)驗(yàn)報(bào)告雷同等。因此為了修正以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，我們考慮對《金屬材料及其熱處理》進(jìn)行新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索，摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)模式，提高學(xué)生能動性和自主創(chuàng)新能力并提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力［3］。

我們進(jìn)行《金屬材料及其熱處理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本思路是：增加可以發(fā)揮學(xué)生自主性和能動性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，給學(xué)生提供自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立動手和獨(dú)立分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的機(jī)會；增加實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間、提供豐富的實(shí)驗(yàn)材料；在教學(xué)生了解材料分析的基本方法和相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的使用常識后，放手讓學(xué)生自己制定實(shí)驗(yàn)方案并動手操作；充分調(diào)動學(xué)生的積極性，發(fā)揮自主性和創(chuàng)新性，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充。

二、改進(jìn)的措施及方案

（一）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的原則

我們改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式依據(jù)遵循的是互動性、開放性、綜合性和實(shí)用性。互動性原則是指在將學(xué)生置于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體位置中，老師作為輔助的角色。在學(xué)生觀察和思考的基礎(chǔ)上，老師引導(dǎo)學(xué)生制定出合理是實(shí)驗(yàn)方案，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中保持與學(xué)生積極互動，幫助學(xué)生全面理解實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，順利完成實(shí)驗(yàn)；開放性是指在實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只規(guī)定基本要求，其實(shí)驗(yàn)步驟由學(xué)生自行設(shè)計(jì)。綜合性是指將簡單的實(shí)驗(yàn)操作過程擴(kuò)容為集設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立動手和獨(dú)立分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果為一體的綜合性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在獨(dú)立制定方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和分析數(shù)據(jù)的過程中深入地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，為專業(yè)理論的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；實(shí)用性就是使實(shí)驗(yàn)設(shè)置盡可能貼近生產(chǎn)實(shí)際，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中加深對材料的成分、組織和性能之間的關(guān)系的理解，為日后學(xué)習(xí)和實(shí)際工作中打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）實(shí)施方案

1.第一階段：課題準(zhǔn)備階段——進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

教師選擇提出便于學(xué)生探究的實(shí)驗(yàn)題目，讓學(xué)生能夠在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的前提下自行查找資料，確立實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟并完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。教師在此階段只提供合適的問題而并不進(jìn)行方法上的指導(dǎo)。在工程認(rèn)證原則的指導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)由被動的知識傳輸過程轉(zhuǎn)變成由學(xué)生獨(dú)立探索和主動學(xué)習(xí)的過程。在這一階段中教師提出的題目最好有一定工程背景，給學(xué)生以學(xué)以致用的積極性。在學(xué)生主動探究的過程中，不但提高了學(xué)生的動手能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)方案和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的能力。

2.第二階段：課題實(shí)施階段——學(xué)生自主選擇研究課題

全班學(xué)生分成若干課題研究小組，設(shè)計(jì)研究方案，完成預(yù)習(xí)報(bào)告。經(jīng)歷資料收集、實(shí)驗(yàn)探究、分析檢測、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等學(xué)習(xí)過程。

受傳統(tǒng)教學(xué)的影響，學(xué)生善于被動接受知識，很多學(xué)生拿到實(shí)驗(yàn)題目后不知該如何下手。 因此，在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)前，教師需要講解如何運(yùn)用基本原理去制定熱處理的工藝參數(shù)。在學(xué)生拿到實(shí)驗(yàn)題目后教師要明確提出實(shí)驗(yàn)要求，幫助學(xué)生回顧理論課上學(xué)習(xí)到的相關(guān)知識，并通過引導(dǎo)和提示使學(xué)生打開思路保證項(xiàng)目的可實(shí)施性。同時(shí)，在課題的實(shí)施階段要引導(dǎo)學(xué)生思考，及時(shí)糾正、總結(jié)出現(xiàn)的問題，增強(qiáng)項(xiàng)目的可實(shí)施性。

在教師給出實(shí)驗(yàn)題目和注意事項(xiàng)后，組織學(xué)生分小組選題，以小組為單位實(shí)施完成熱處理實(shí)驗(yàn)并檢查熱處理后的組織、性能變化情況。

3.第三階段：課題總結(jié)階段——以班級為單位進(jìn)行課題交流小結(jié)

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)做完之后，以小組為單位在全班進(jìn)行交流活動。交流活動中，教師鼓勵(lì)學(xué)生提出不同的想法、新的實(shí)驗(yàn)方案，激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)新意識。實(shí)驗(yàn)課題的及時(shí)總結(jié)不但使教學(xué)任務(wù)完成的更為完整，而且提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，更重要的是培養(yǎng)了創(chuàng)新精神。

4.第四階段：實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)

《金屬材料及其熱處理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革需要改變僅以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)的評價(jià)方式，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價(jià)滲透到以上所述的各個(gè)環(huán)節(jié)中?？梢詫⒆罱K的實(shí)驗(yàn)成績劃分為三個(gè)部分：課題準(zhǔn)備階段占30%，以預(yù)習(xí)報(bào)告為評價(jià)依據(jù)；課題實(shí)施階段占30%，以實(shí)驗(yàn)操作效果和學(xué)習(xí)態(tài)度為評價(jià)依據(jù)；課題總結(jié)階段占40%，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為評價(jià)依據(jù)。改革評價(jià)方式的核心在于既評價(jià)學(xué)習(xí)過程也評價(jià)學(xué)習(xí)結(jié)果，將評價(jià)貫穿于整個(gè)課程的教學(xué)過程之中［4］。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價(jià)和實(shí)驗(yàn)過程性評價(jià)結(jié)合起來，可以全面地反映學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)成長的軌跡，記錄下學(xué)生學(xué)生能力發(fā)展的過程。同時(shí)，在教學(xué)評價(jià)中可以嘗試改變單一由教師作為評價(jià)主體的模式，鼓勵(lì)學(xué)生自評及互評，這樣可以使學(xué)生在更大限度地認(rèn)同評價(jià)結(jié)果。

（三）實(shí)施案例

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目：T10鋼熱處理工藝實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簯?yīng)用所學(xué)到的知識，理論聯(lián)系實(shí)際，設(shè)計(jì)合理的熱處理工藝，將T10鋼的硬度分別調(diào)整至50～60HRC，60～65 HRC，40～50HRC，30～40HRC。研究熱處理工藝對T10鋼組織性能的影響。

實(shí)驗(yàn)要求：測定加熱時(shí)間，加熱溫度和冷卻速度對T10鋼組織和性能的影響。

實(shí)驗(yàn)任務(wù)：

（1）選用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，將T10鋼的硬度調(diào)整至以下范圍內(nèi)：50～60HRC，60～65HRC，40～50HRC，30～40HRC。

（2）制定實(shí)驗(yàn)方案，完成工藝操作，測定試樣硬度，制備顯微觀察樣品并分析，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)日程安排：（1）選擇題目；（2）制定實(shí)驗(yàn)方案，填寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告；（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作并測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（4）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；（5）課題交流小結(jié)。

三、改進(jìn)后的效果

1.激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所表現(xiàn)出的高漲熱情和積極參與。學(xué)生在這個(gè)過程中學(xué)會提出方案、討論可行性、確定操作步驟、檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和進(jìn)行理論解釋。

2.引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮自動性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立制定方案的能力，使學(xué)生深刻掌握基本原理，達(dá)到靈活運(yùn)用專業(yè)理論知識來分析、解決實(shí)際問題的目的。

3.以實(shí)用化為目的改革《金屬材料及其熱處理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的意識，為學(xué)生可持續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ)。

4.改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變了教學(xué)方式，提升了教師的研究意識，提高了教學(xué)質(zhì)量。

四、結(jié)束語

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革研究，合理設(shè)置兼具創(chuàng)新性和開放性的《金屬材料及其熱處理》實(shí)驗(yàn)，有效提升師生研究意識，發(fā)揮學(xué)生自動性和創(chuàng)新性，達(dá)到靈活運(yùn)用專業(yè)理論知識來分析、解決實(shí)際問題的目的，引導(dǎo)學(xué)生深入理解熱處理學(xué)科內(nèi)容、強(qiáng)化研究意識，在此基礎(chǔ)上提升創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。

參考文獻(xiàn)

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［3］陳淑花，甘江明.行動導(dǎo)向教學(xué)法在高職金屬材料與熱處理課程教學(xué)中的應(yīng)用［J］.新課程研究，2002（246）：98-100.

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李黎忱（1959-），男，山西省太原市人，碩士，太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)員，學(xué)士，研究方向：材料成型及控制工程。

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）13-0071-02

*基金項(xiàng)目：2014年度太原理工大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目：《金屬材料及其熱處理》的開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索（主持人：楊琳）。

作者簡介：楊琳（1983，1-），女，山西省忻州市人，博士，太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，研究方向：材料成型機(jī)控制工程。

Abstract：Based on educational idea of engineering authentication，the present status and problems of experimental teaching of metal materials in heat treating were analyzed.Under the guidance of the authentication standard for engineering，experimental teaching of metal materials in heat treating was reasonably designed to develop the engineering capacity and provide a teaching model.

Keywords：heat treating；opening experiments；experimental teaching；engineering authentication