“金屬學(xué)及熱處理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

摘 要 基于本課程的性質(zhì)和特點(diǎn)， 在以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)， 通過鞏固、完善驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及開設(shè)綜合性設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)等對實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革。教學(xué)實(shí)踐表明，這樣做很大程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并鍛煉了學(xué)生的動手操作能力和提高創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型人才 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新意識

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.10.053

Experimental Teaching Reform of “Metallography and Heat-treatment”

LIU Huihui

（Wenhua College， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract Under the reform guideline of training application oriented students as the prime objective， and according to the natures and characteristics of the course， the paper reforms for experimental teaching link through consolidating and improving the verification experiment and setting up a comprehensive design experiment .The practical results indicate that the teaching reform of experimental courses can raise teaching quality， stimulate the interests of the students， cultivate students' practical DIY abilities， as well as innovative consciousness.

Keywords applied talents； design experiment； innovation ability

金屬學(xué)及熱處理課程是機(jī)械類各專業(yè)的必修課，更是一門為后續(xù)專業(yè)課程服務(wù)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程最大特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、內(nèi)容多而概念又比較抽象， 但它卻與我們的生產(chǎn)實(shí)踐聯(lián)系又最為緊密。[1]以往我院教學(xué)存在的問題是，只側(cè)重理論講授而忽略了該課程的實(shí)踐性，導(dǎo)致學(xué)生“珠光體”是什么都不太清楚。作為多年從事“金屬學(xué)及熱處理”教學(xué)的一線工作者，把本課題組的實(shí)驗(yàn)教改經(jīng)歷總結(jié)出來，與大家共同研討、逐步完善教改內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

1 鞏固基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)

課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，通過學(xué)生的實(shí)際動手操作、觀察并分析，使學(xué)生鞏固并加深對書本上理論知識的理解，以達(dá)到對基本概念、基本原理的正確理解，并培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。[2]

圖1 碳鋼平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)

一般講完“鐵碳合金相圖和碳鋼”后及時(shí)安排一次金相試樣制作及碳鋼平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)（圖1），讓學(xué)生熟悉金相試樣的制備以及金相顯微鏡的操作，充分認(rèn)識碳鋼平衡組織的特征；講解完鋼的熱處理部分后安排一次鋼的熱處理及熱后硬度檢測實(shí)驗(yàn)（圖2，圖3），使學(xué)生能夠熟悉熱處理工藝的幾個(gè)步驟（加熱、保溫、冷卻）和掌握硬度計(jì)的使用，并且充分認(rèn)識到化學(xué)成分、加工工藝對組織性能的影響規(guī)律。[3]

圖2 熱處理實(shí)驗(yàn) 圖3 硬度檢測實(shí)驗(yàn)

2 增設(shè)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)型驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)雖然對學(xué)生的理論知識學(xué)習(xí)有很好的輔助性作用，但學(xué)生只需要在實(shí)驗(yàn)老師的指導(dǎo)下動手進(jìn)行實(shí)際操作，基本不用動腦筋思考為什么這么做。往往學(xué)生做完之后都會說老師，這樣就完了嗎？感覺差點(diǎn)挑戰(zhàn)性。隨著教學(xué)改革的深入發(fā)展，“驗(yàn)證型”實(shí)驗(yàn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了開發(fā)學(xué)生智能，發(fā)揮學(xué)生主觀能動作用的需要。

本實(shí)驗(yàn)室增開了期末綜合性、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。

（1）比如說教師準(zhǔn)備兩個(gè)成分不同的試樣20鋼和60鋼或者其他不同成分的兩個(gè)試樣（圖4，圖5），讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍直嫠麄?。這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)看起來很簡單，但是主要綜合考查學(xué)生對碳鋼這章內(nèi)容的掌握程度。是否掌握化學(xué)成分對組織性能有什么樣的影響，這也是金屬材料成分-組織-性能關(guān)系在工程實(shí)際中的具體體現(xiàn)。辨別這些試樣有四種方法：第一種方法就是對他們進(jìn)行化學(xué)成份分析，第二種方法觀察分析他們的金相組織，第三種方法拉伸試驗(yàn)測試他們的力學(xué)性能，第四種方法測試硬度。這四種實(shí)驗(yàn)方法均有不同的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)過程，并且采用的實(shí)驗(yàn)儀器、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也不相同。根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的條件，大多數(shù)同學(xué)選擇了第四種方法，雖然實(shí)驗(yàn)精度比較低，但試驗(yàn)操作簡單，只需要使用硬度計(jì)并且不需要特殊制樣，對工件又能不進(jìn)行任何破壞，在實(shí)際工程中也容易實(shí)現(xiàn)，具有方便快速的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性。

圖4 20鋼的組織 圖5 60鋼的組織

（2）先讓學(xué)生自主選擇生活中一簡單的碳鋼產(chǎn)品為實(shí)驗(yàn)對象，然后根據(jù)產(chǎn)品的使用要求利用所學(xué)知識選定合適的材料，然后學(xué)生自己上網(wǎng)查找碳鋼的臨界點(diǎn)，確定出適合的加熱溫度，合適的回火溫度、冷卻介質(zhì)，再綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實(shí)驗(yàn)條件等獨(dú)立設(shè)計(jì)出不同的熱處理工藝方案。然后對熱處理前后的組織、硬度進(jìn)行分析檢驗(yàn)；最后，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行總結(jié)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中鍛煉了學(xué)生一些基本技能（如查找各種有關(guān)數(shù)據(jù)、選擇冷卻方式和回火溫度等），同時(shí)有利于學(xué)生補(bǔ)充書本上沒有的知識，培養(yǎng)了學(xué)生將理論運(yùn)用于實(shí)踐的能力。

其實(shí)，這個(gè)過程中很多學(xué)生選擇了金工實(shí)習(xí)自己親手制作的“小榔頭”為研究對象，或者是加工小榔頭過程中所使用的手工鋸條為對象，這是該課程與金工實(shí)習(xí)的有機(jī)結(jié)合，最為重要的是，讓學(xué)生有機(jī)會親自參與一次由自己獨(dú)立設(shè)計(jì)加工并完成檢驗(yàn)的整個(gè)過程。“ 綜合設(shè)計(jì)型” 熱處理實(shí)驗(yàn)可以開發(fā)學(xué)生智能，培養(yǎng)學(xué)生動手能力，可以將課堂上學(xué)到的零散的熱處理知識綜合起來，加深了學(xué)生對教材中的一些概念的進(jìn)一步理解。同時(shí)，可以將書本上的知識應(yīng)用于制定熱處理工藝方案設(shè)計(jì)中，促使學(xué)生去理解并掌握熱處理原理，學(xué)會熱處理的基本方法，顯著提高學(xué)生的獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力，并為學(xué)生后續(xù)其他課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。endprint

（3）識別金相圖譜實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的試樣畢竟有限，所以在碳鋼平衡組織實(shí)驗(yàn)完成后，給學(xué)生提供一些金相圖譜壁掛圖，學(xué)生根據(jù)圖譜分辨出鋼的類別，同時(shí)對同類別鋼的組織進(jìn)行比較，比如說20鋼和60鋼都是亞共析鋼，組織也都是鐵素體和珠光體。這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要考察學(xué)生識別圖譜的能力，讓學(xué)生從圖譜中看出他們的區(qū)別，從而與課堂中所講的知識聯(lián)系起來，學(xué)生就明白了化學(xué)成分不同，組織組成物相對量不同，性能從而也不同，這也是杠桿定律在實(shí)際中的應(yīng)用。

3 規(guī)范實(shí)驗(yàn)程序

基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程主要是以老師的講解為主，而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生對該課程的理論有一定程度的掌握和具有實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，是一個(gè)以學(xué)生為主體、老師為輔助，由學(xué)生幾乎獨(dú)立操作完成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。為保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的順利開展，本著“以學(xué)生為主，教師為輔”的原則，重新修改實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，規(guī)范實(shí)驗(yàn)程序。新編寫的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中增添了設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，它與驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟灰粯?，他的目的是讓學(xué)生學(xué)會設(shè)計(jì)、制定常用碳鋼的熱處理工藝規(guī)范；同時(shí)增添了一些討論性、探索性的問題或方案。而學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，學(xué)生必須要完成：

（1）學(xué)生以小組形式提前1周遞交實(shí)驗(yàn)方案；

（2）經(jīng)指導(dǎo)老師審核通過后，在老師的輔助下學(xué)生必須嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度和設(shè)備安全操作規(guī)程，按計(jì)劃步驟完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。為保障學(xué)生能安全、順利的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室中增添了“設(shè)備安全操作規(guī)程”、“典型熱處理工藝過程示意圖”等壁掛圖。而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)完成后需根據(jù)觀察到的現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并遞交給指導(dǎo)老師；最后，由指導(dǎo)老師對實(shí)驗(yàn)結(jié)果及報(bào)告進(jìn)行綜合測評，并將指導(dǎo)結(jié)果和意見反饋給學(xué)生。

4 改革考核辦法

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，能夠重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，我們對實(shí)驗(yàn)課程的考核進(jìn)行改革，實(shí)驗(yàn)成績比例由原來的10%提高到該課程總成績的20%，其中基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)占課程總成績的10%，新增開的“綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”也被納入到課程總成績中，并占課程總成績的10%。最終這樣很大程度上能夠激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣，也突出體現(xiàn)了學(xué)校對綜合性應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。同時(shí)在新考核辦法中我們對考核內(nèi)容和評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了細(xì)化，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)分為三大部分進(jìn)行評分：實(shí)驗(yàn)紀(jì)律及安全、實(shí)驗(yàn)操作及規(guī)范、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合考核。

教學(xué)實(shí)踐表明，把學(xué)生推到實(shí)驗(yàn)課的主體地位，教師對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和幫助，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)教師針對實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，對不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行點(diǎn)評。學(xué)生的自學(xué)能力和自主創(chuàng)新能力得到鍛煉。不過我們今后還要繼續(xù)努力，更自覺地把培養(yǎng)學(xué)生的能力貫穿到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中去，為機(jī)械行業(yè)培養(yǎng)高質(zhì)量“應(yīng)用型” 人才做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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