金屬材料工程專業(yè)表面工程綜合實驗課程的改革

王 蘭 邵紅紅 李冬升 王云龍

江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212013

現(xiàn)代表面工程課程是我校金屬材料工程專業(yè)學(xué)生的一門必修課，而與之相配套的實驗是驗證表面工程理論知識，加強理論聯(lián)系實際的重要手段。該課程傳統(tǒng)的實驗是依附于課程的，實驗學(xué)時少，實驗內(nèi)容單一、不系統(tǒng)，且多屬于驗證性實驗。按照我校金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，這種實驗教學(xué)模式忽視了對學(xué)生科學(xué)精神與創(chuàng)新意識的訓(xùn)練，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力的發(fā)展[1,2]。因此以綜合性、設(shè)計性以及創(chuàng)新性實驗取代原有驗證性實驗勢在必行。為此，我校在2011年開始對該課程實驗進行了改革。

1 綜合實驗內(nèi)容的改革

原先的實驗是依附于現(xiàn)代表面工程課程設(shè)置的，實驗學(xué)時為6學(xué)時，內(nèi)容包括：鋼的化學(xué)鍍、鋼鐵的磷化以及電鍍鋅。在這短短的6個學(xué)時中，學(xué)生要完成上述3個實驗內(nèi)容的操作十分緊張，后續(xù)的一些性能表征實驗均由指導(dǎo)教師象征性地演示一遍就草草結(jié)束。為了切實培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，改革后取消了原來課程設(shè)置的實驗，單獨設(shè)置了表面工程綜合實驗課程，30學(xué)時，2學(xué)分。該綜合實驗課程在大三下學(xué)期第9～16周進行，此時學(xué)生已完成了材料科學(xué)基礎(chǔ)、金屬組織控制原理、金屬的腐蝕與防護和現(xiàn)代表面工程等多門專業(yè)課的學(xué)習(xí)。表面工程綜合實驗共分為2個實驗專題：一為金屬耐磨涂層制備及性能檢測；二為金屬耐腐蝕涂層制備及性能檢測。其中專題一包括化學(xué)鍍鎳磷合金和鋁合金的陽極氧化，專題二包括鋼鐵的磷化和電鍍鋅。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣從中選取2個實驗內(nèi)容進行實驗，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)之余進行其他兩個實驗。

2 綜合實驗的實施

綜合實驗與課程實驗有較大的區(qū)別，綜合實驗內(nèi)容多，周期長，系統(tǒng)性強。綜合實驗的具體實施過程包括以下幾部分。

(1)指導(dǎo)教師集中布置實驗專題，講解實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗中儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作方法等。(2)學(xué)生自由進行分組，按照目前工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，每組3～4人。(3)學(xué)生根據(jù)自己所要進行的實驗內(nèi)容，查閱相關(guān)文獻資料并撰寫實驗預(yù)習(xí)報告。(4)進行實驗預(yù)習(xí)報告答辯，答辯通過后，方可進入實驗室進行實驗。(5)根據(jù)答辯通過后的實驗預(yù)習(xí)報告，進行相關(guān)實驗。(6)進行實驗數(shù)據(jù)整理、分析，撰寫實驗小論文，進行實驗論文答辯。

在綜合實驗的實施過程中，實驗預(yù)習(xí)報告答辯非常重要，它是實驗?zāi)芊耥樌_展的前提條件。因此，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生撰寫的實驗預(yù)習(xí)報告，結(jié)合實驗室的現(xiàn)有條件，詢問實驗方案的可行性、實驗?zāi)康哪芊襁_(dá)到、如何開展實驗以及如何應(yīng)對實驗過程中可能出現(xiàn)的一些問題，通過實驗預(yù)習(xí)報告答辯的小組才能進入實驗室進行實驗，未通過實驗預(yù)習(xí)報告答辯的小組退回重新撰寫，直至答辯通過后才可進入實驗室進行實驗。

3 綜合實驗成績的考核

綜合實驗成績考核可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時也是對學(xué)生學(xué)習(xí)勞動的一種認(rèn)可[3]。綜合實驗成績的考核不再像以前僅僅局限于對實驗報告的評定，其由學(xué)生平時工作表現(xiàn)(出勤、實驗操作)、實驗預(yù)習(xí)報告完成質(zhì)量、實驗論文撰寫以及論文答辯成績組成，所占比例分別為30%，30%和40%。這種成績評價方式能全面檢測學(xué)生的實驗效果，科學(xué)評價學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。綜合實驗以小組為單位，雖然同一小組實驗數(shù)據(jù)相同，但是要求每個學(xué)生撰寫論文時語言表述上不可雷同，根據(jù)實驗結(jié)果必須有自己的獨立分析與見解。

4 綜合實驗的效果

通過近幾年該綜合實驗的實施，取得了良好的實驗效果。主要表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)真正做到理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生的實驗技能以及分析、解決實際工程問題的能力。學(xué)生在實驗論文的結(jié)束語中反映，通過綜合實驗的系統(tǒng)訓(xùn)練，對所學(xué)的現(xiàn)代表面工程課程的理論知識有了更加深入的理解，不再僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的“紙上談兵”。同時通過該綜合實驗的系統(tǒng)訓(xùn)練，實驗技能水平以及分析問題、解決實際工程問題的能力有了明顯提高。通過該實驗，學(xué)生能夠熟練地制備出合格的金相樣品；能夠正確測量表面改性層的深度；能夠熟練進行鑲嵌機、顯微硬度計、磨損試驗機、鹽霧試驗機等儀器設(shè)備的使用。在鋼鐵磷化的實驗內(nèi)容中，有些學(xué)生想探究溫度對磷化膜的影響，對高、中、低溫磷化均進行了實驗。通過實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)溫度不僅對磷化膜成膜速度、磷化膜厚度有明顯影響，而且還對磷化膜的外觀形貌有很大的影響。隨著溫度的增加，磷化膜成膜速度快、磷化膜厚度增加，磷化膜的顏色也隨之加深，從淺灰色變?yōu)樯罨疑Ｓ行W(xué)生采用2種不同的藥液配方(配方1：磷酸二氫鋅，硝酸鋅；配方2：氧化鋅，磷酸)進行高溫磷化實驗，在相同的磷化時間下，發(fā)現(xiàn)藥液配方對磷化膜成膜速度、磷化膜厚度影響不大，但對磷化膜的顏色和表面粗糙度有明顯影響，配方1形成的磷化膜為灰色，表面較光滑；而配方2形成的磷化膜顏色發(fā)黑，表面粗糙且有閃亮的點，這些不同形態(tài)的磷化膜就促使學(xué)生思考這兩種配方得到的磷化膜會不會在性能上產(chǎn)生明顯的差異。

(2)培養(yǎng)學(xué)生參與科學(xué)研究的濃厚興趣。由于該綜合實驗是學(xué)生進入專業(yè)學(xué)習(xí)后首次由自己全部獨立完成，看著由自己獨立完成得到的可靠的實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生進行實驗的自信心和參加科研的興趣明顯提高，激發(fā)了學(xué)生對科學(xué)研究的熱情，這一點在我校每年大學(xué)生科研立項申請上表現(xiàn)尤為突出，每年本專業(yè)學(xué)生獲批江蘇大學(xué)大學(xué)生科研立項多達(dá)15～20項。

(3)為后續(xù)的現(xiàn)代表面工程課程設(shè)計、金屬材料專業(yè)綜合實驗、畢業(yè)設(shè)計以及未來踏上工作崗位奠定了良好的基礎(chǔ)。通過前期本綜合實驗的訓(xùn)練，學(xué)生在文獻查閱、實驗方案制訂、實驗操作、性能檢測、實驗數(shù)據(jù)整理與分析、論文撰寫等方面均已得到了全面、系統(tǒng)地訓(xùn)練，在后續(xù)的現(xiàn)代表面工程課程設(shè)計、金屬材料專業(yè)綜合實驗、畢業(yè)設(shè)計以及未來從事專業(yè)科研工作中均能體現(xiàn)出良好的專業(yè)素養(yǎng)。

5 結(jié)語

以上是我校近年來對表面工程綜合實驗進行的改革及所取得的成效。通過近幾年的實施，可以發(fā)現(xiàn)，單獨設(shè)置課程綜合實驗對專業(yè)教學(xué)來說是一種非常有益的嘗試，一方面加強了學(xué)生對課程理論知識的理解、吸收與消化；另一方面切實增強了學(xué)生的創(chuàng)新意識、實際動手能力，提高了學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)。當(dāng)然，在表面工程綜合實驗實施的過程中，也存在一些問題，以小組為單位進行實驗，有部分小組成員做實驗的積極性不太高，團隊協(xié)作精神不夠，這些需要指導(dǎo)教師在今后的實驗中不斷進行正確引導(dǎo)與監(jiān)督，讓每個學(xué)生都積極參與到表面工程綜合實驗中，促進表面工程綜合實驗教學(xué)朝著更有利于學(xué)生全面發(fā)展的方向發(fā)展。

[1]周衡志,巴志新,王章忠.應(yīng)用型本科材料專業(yè)表面工程綜合實驗課程改革初探[J].科教文匯,2010(10):39-40.

[2]苗潤生,邵紅紅,王蘭.金屬材料工程專業(yè)綜合實驗課程的教學(xué)實踐[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2012,10(2):92- 93.

[3]王紅俠,李新星,劉照文.金屬材料專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容的改革[J].實驗室科學(xué),2014,17(5):111-112.