學(xué)科競賽與材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

陳煒曄　張樹玲　蔣亮　耿桂宏

摘要：本文對(duì)我?！安牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題進(jìn)行分析，引入學(xué)科競賽激勵(lì)機(jī)制，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革。改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，能較好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，提高了實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；學(xué)科競賽

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）28-0108-02

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容涉及材料的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷、形變和再結(jié)晶、相圖等知識(shí)，具有概念多、內(nèi)容抽象、學(xué)科知識(shí)面寬等特點(diǎn)。該課程的教學(xué)內(nèi)容包括理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)科結(jié)構(gòu)、課程體系和教學(xué)改革等都有著非常密切的關(guān)系，是課程教學(xué)工作的重要組成部分[1-3]。

材料成型及控制專業(yè)屬于工程性、實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)，培養(yǎng)的是具有一定材料科學(xué)、材料加工理論知識(shí)和應(yīng)用能力，并能在材料加工領(lǐng)域從事工藝設(shè)計(jì)和技術(shù)開發(fā)的高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才。因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)、掌握實(shí)驗(yàn)研究的基本技能、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法開發(fā)高性能新材料、改善和提高傳統(tǒng)材料組織性能、解決實(shí)際工程問題等方面具有非常重要的作用[4，5]。

近期，我校全面制訂并開始實(shí)施了2014版本科人才培養(yǎng)方案，根據(jù)新版培養(yǎng)方案要求，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》成為材料成型及控制工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，學(xué)時(shí)由64增加至88，授課學(xué)期也從原來的第三學(xué)期轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌⑺膬蓚€(gè)學(xué)期，也相應(yīng)地設(shè)置了兩個(gè)學(xué)期的材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及分布在不同學(xué)期的材料學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)，且均為必修課，強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐教學(xué)在這門專業(yè)核心課中的作用。

一、現(xiàn)狀與問題

目前，我院材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課依附于理論課程，并受到實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)以及條件的限制，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在一些問題：①學(xué)時(shí)少、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少；②以驗(yàn)證性為主，缺少綜合性、開放性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；③指導(dǎo)書編寫較為簡單；④教學(xué)方法與手段相對(duì)落后。而且隨著新版培養(yǎng)方案的實(shí)施，材料科學(xué)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)課程也需要做出相應(yīng)調(diào)整。

黨的十八大報(bào)告提出“把立德樹人作為教育的根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人”，狠抓教育教學(xué)質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興培養(yǎng)有能力、有本事的接班人。作為實(shí)驗(yàn)性較強(qiáng)的一個(gè)學(xué)科，學(xué)科競賽可以引導(dǎo)學(xué)校在教學(xué)中強(qiáng)化材料類專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、注重培養(yǎng)大學(xué)生的材料專業(yè)基本技能的實(shí)踐動(dòng)手能力，激發(fā)材料類專業(yè)大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握材料專業(yè)基本技能的積極性，促進(jìn)對(duì)材料類專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和科學(xué)內(nèi)涵的掌握，落實(shí)十八大的要求，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

目前，全國范圍內(nèi)的金相大賽包括“全國大學(xué)生金相技能大賽”、“全國高校大學(xué)生金相大賽”和“全國高校大學(xué)生材料綜合技能大賽”。將大賽與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革相結(jié)合，更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)理論教學(xué)與實(shí)踐能力培養(yǎng)的作用，落實(shí)新版培養(yǎng)方案精神，以賽促改，以賽促學(xué)，探索出培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)人才的有效途徑，具有重要意義。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容

課題組圍繞培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力這個(gè)重要目標(biāo)，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行改革，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，將材料科學(xué)基礎(chǔ)主干專業(yè)知識(shí)點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置配套，并進(jìn)行分層設(shè)計(jì)。

1.開設(shè)基本技能實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生材料學(xué)科實(shí)驗(yàn)基本技能。開設(shè)金相顯微技術(shù)基本技能綜合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包含：①不同金屬材料金相顯微樣品的制備；②光學(xué)金相顯微鏡的成像原理及使用；③偏光顯微鏡原理及其在非金屬夾雜物鑒別中的應(yīng)用；④金相顯微鏡幾種常用觀察方法；⑤金相顯微鏡數(shù)字圖像采集系統(tǒng)應(yīng)用。金相制備技能是材料學(xué)科實(shí)驗(yàn)的基本技能，也是其他實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。因此，課題組重點(diǎn)強(qiáng)化了學(xué)生金相制備技能的培養(yǎng)，以學(xué)科競賽為激勵(lì)方法，考核金相基本技能。課題組以校級(jí)金相大賽的形式對(duì)學(xué)生金相基本技能進(jìn)行考核，設(shè)置初賽和復(fù)賽，要求學(xué)生在40分鐘內(nèi)完成金相樣品的磨制、拋光、腐蝕和觀察過程，根據(jù)金相樣品組織形貌進(jìn)行打分，確定比賽成績。比賽全部過程完全按照全國大學(xué)生金相大賽要求，考察學(xué)生金相基本技能的掌握情況。決賽前十名同學(xué)進(jìn)入?yún)⒓尤珖髮W(xué)生金相大賽名單，進(jìn)行練習(xí)，最終確定七名同學(xué)參加全國大賽。

2.優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開設(shè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。在原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及其內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充，補(bǔ)充以下內(nèi)容：晶體結(jié)晶過程及凝固條件對(duì)金屬鑄錠組織影響、金屬的塑性變形及再結(jié)晶、金屬平均晶粒度的測定方法、常用金屬材料微觀組織觀察與分析、鹽類結(jié)晶過程及晶體生長形態(tài)的觀察、二元錫鉍合金相圖的繪制、陽極極化曲線的繪制。學(xué)生在掌握金相技能后，獨(dú)立制備金屬鑄錠、形變和再結(jié)晶、常見金屬的金相樣品，進(jìn)行組織觀察及硬度測定。通過基本技能培訓(xùn)，學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握材料微觀組織分析觀察基本實(shí)驗(yàn)方法以及常用儀器設(shè)備的操作和維護(hù)，夯實(shí)實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)。

3.提高“綜合性實(shí)驗(yàn)”比例，加強(qiáng)學(xué)生綜合研究素質(zhì)培養(yǎng)。開設(shè)與該課程知識(shí)緊密相關(guān)的若干大型綜合開放性實(shí)驗(yàn)，如“普通碳鋼的制備方法與組織表征”、“金屬材料中微觀缺陷組織分析”、“典型零件熱處理工藝與組織能的研究”等。學(xué)生需獨(dú)立完成選題、收集資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料，完成熱處理操作、金相樣品制備、硬度測試，根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

根據(jù)上述基礎(chǔ)性和綜合性實(shí)驗(yàn)成績，推薦優(yōu)秀學(xué)生參加“全國高校大學(xué)生材料綜合技能大賽”。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的預(yù)期效果

通過上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革，重點(diǎn)培養(yǎng)了基本實(shí)驗(yàn)技能，訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開展實(shí)驗(yàn)撰寫報(bào)告，體現(xiàn)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)主體地位，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。同時(shí)，引入學(xué)科競賽的激勵(lì)機(jī)制，設(shè)置校級(jí)和國家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中主動(dòng)嘗試，不僅是材料成型及控制工程本專業(yè)，也吸引了材料科學(xué)與工程、新能源材料與器件專業(yè)的學(xué)生積極參加比賽。課程改革一年多來，已有7名學(xué)生獲得了國家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，受到了學(xué)生的普遍好評(píng)。

四、結(jié)束語

“材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”是“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程建設(shè)的有機(jī)組成部分，兩者相輔相成，實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是直接影響到學(xué)生專業(yè)實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。經(jīng)過各實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和鍛煉后，學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，通過參加校級(jí)和國家級(jí)金相大賽，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的理解和掌握，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。同時(shí)，通過比賽的鍛煉，也提高了學(xué)生的臨場發(fā)揮能力和心理素質(zhì)；感受不同高校同學(xué)的精神狀態(tài)，對(duì)我們學(xué)生綜合素質(zhì)的提高也有極大的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

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Abstract：This paper analyzes the problems in the practical teaching of foundation of materials science experimental course. The content has been reformed，which introduced the incentive mechanisms of academic competition. The reformed experimental system fitted well with the feature of course，which will train comprehensive ability of students，and thus improve the teaching quality of experimental course.

Key words：foundation of material science；experimental teaching；academic competition