金屬材料方向?qū)嶒灲虒W改革

王 鑫，劉夢竹，王永鵬，路大勇

(吉林化工學院 材料科學與工程學院，吉林 吉林 132022)

材料科學與工程主要是研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、加工制備及性能研究的一門快速發(fā)展的學科[1,2]，具有理論性特別強、專業(yè)概念特別多等特點，學生普遍反映所學內(nèi)容比較抽象難學，而實驗教學是大學本科階段實踐教學的一個重要環(huán)節(jié)，起到將專業(yè)知識理論與實際生產(chǎn)緊密聯(lián)系的作用，是高等教育教學不容忽視的教學環(huán)節(jié)[3,4]。隨著社會的快速發(fā)展，各行各業(yè)都對具備扎實專業(yè)基礎理論和動手解決實際問題能力強的工程技術(shù)人才需求十分廣泛，因此重視培養(yǎng)學生實驗動手能力，激發(fā)學生更好的學習專業(yè)知識理論，有助于學生發(fā)現(xiàn)并解決問題，適應未來的工作[5,6]。

金屬材料的應用與發(fā)展在工業(yè)中扮演重要角色，在21世紀仍然是使用量最大的材料[7,8]。我校材料科學與工程專業(yè)建立于2011年，無機非金屬材料如BaTiO3介電陶瓷材料已形成專業(yè)特色研究方向[1]，金屬材料方向的發(fā)展一直相對緩慢，但金屬材料無論是在工程化應用還是學生就業(yè)方面都具有一定的優(yōu)勢，因此我校材料科學與工程專業(yè)迫切需要提高金屬材料方向的教學科研水平[9]。金屬材料方向綜合實驗教學的改革是一項重要的措施，需要不斷的探索完善[10]。本文針對金屬材料方向?qū)嶒灲虒W中存在的問題，結(jié)合我校材料科學與工程專業(yè)特色，提出了合理分配學時，豐富實驗教學內(nèi)容；增加器材投入，保障教學效果；優(yōu)化實驗成績考核機制；提高實驗指導教師教學質(zhì)量等實驗教學改革內(nèi)容，以培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新能力能力。

一、實驗教學中存在的問題

(一) 金屬材料方向?qū)嶒灲虒W學時分配不合理，實驗內(nèi)容不夠豐富

我校材料科學與工程專業(yè)實驗教學總學時有96學時，在第5學期有48學時的實驗教學，第6、7學期都是24學時實驗教學，其中金屬材料方向的實驗只有四個：金相顯微鏡的構(gòu)造和使用實驗、鐵碳合金相圖及平衡組織觀察實驗、鋁合金的陽極氧化實驗和銅表面電鍍鎳實驗。金屬材料方向的實驗只有16個學時，只占到了專業(yè)實驗總學時的六分之一，其余全部為無機非金屬材料方向?qū)嶒?，因此材料科學與工程專業(yè)綜合實驗學時分配不太合理。實驗涉及到的金屬材料只有鐵碳合金、鋁合金、銅和鎳這幾種常見金屬材料，實驗內(nèi)容設置不夠豐富，大多還是幾十年前沿用至今的實驗，沒有與快速發(fā)展的先進金屬材料及加工技術(shù)相接軌，很難激發(fā)學生學習金屬材料的熱情，無法滿足金屬材料快速發(fā)展的要求。

(二) 實驗儀器設備數(shù)量有限，學生數(shù)目多，上手機會少

由于我校材料科學與工程專業(yè)發(fā)展一直偏向無機非金屬材料，金屬材料方向的投入遠遠不夠。很多必要的實驗用儀器設備數(shù)目有限，例如金相顯微鏡數(shù)目只有五臺，材料科學與工程專業(yè)人數(shù)有80人，分成20個實驗小組，平均每個小組人都有4人，這樣就會導致每個學生真正參與到實驗中去的機會少了許多，特別是有些不愛動手的學生可能就是看看其他同學做實驗，這樣很難達到實驗教學的效果。

(三) 學生自主思考的不夠

金屬材料方向一直沿用前面提到的四個傳統(tǒng)實驗，每組學生的實驗條件和步驟基本都一樣，導致很多同學可以不假思索的去做實驗，實驗結(jié)果和實驗報告也基本一致，忽略了實驗條件等因素對實驗結(jié)果的影響，而在金屬學中常常會遇到不同的溫度得到不同的組織，對材料的性能影響會很大，學生自主思考的缺失不利于創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

(四) 實驗成績考核有些片面

實驗成績的考核包含三個部分：預習報告、實驗操作和結(jié)果、實驗報告，所占成績比重分別是20%、40%、40%，實驗報告在實驗成績中占有主要地位，實驗步驟和實驗參數(shù)等基本都能在實驗講義中找到，扼殺了部分愛思考愛設計實驗學生的熱情，很難區(qū)分出優(yōu)秀學生，不利于學生在實驗中發(fā)現(xiàn)問題、解決實際問題和創(chuàng)新能力的發(fā)展和培養(yǎng)。

(五) 實驗指導教師水平有待提高

目前我校材料科學與工程專業(yè)金屬材料方向的教師只有兩人，承擔了大量的理論和實踐教學任務，教師日常工作量大精力有限，剛走出大學校門實驗教學經(jīng)驗的積累還需要一段時間，對實驗指導的水平有待提高，缺少對實驗的精心設計這個步驟。目前我校材料科學與工程專業(yè)還沒有專門負責實驗教學的教師，在一定程度上影響了金屬材料方向?qū)I(yè)實驗的發(fā)展。

二、綜合實驗教學改革的內(nèi)容

(一) 合理分配實驗學時，豐富金屬材料方向?qū)嶒瀮?nèi)容

金屬材料方向?qū)W時由16學時增加到48學時，增加的實驗學時可以用來豐富實驗教學內(nèi)容。根據(jù)學生的理論學習時間安排實驗教學，例如我校材料科學與工程專業(yè)本科學生第5學期開始學習金屬材料方向?qū)I(yè)課程《金屬學和熱處理原理及工藝》，在這個學期可以設置金相顯微鏡的構(gòu)造和使用實驗、金相組織觀察試樣的制備、鐵碳合金鑄造組織的觀察實驗、鐵碳合金熱回復和再結(jié)晶過程組織與性能分析實驗這幾個典型的金屬材料方向的實驗。各實驗時間安排與理論課程《金屬學和熱處理原理及工藝》的學習進度一致，在學完每塊理論知識以后及時安排好實驗教學，不僅可以讓學生更好的掌握理論知識，還可以在做實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，再回歸課本從理論上解釋一些實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果，為以后的畢業(yè)實驗、論文和科研打好基礎。第6學期學生開始學習《材料科學基礎》這門專業(yè)課程，學生已經(jīng)有了一定的金屬學基本知識儲備和實驗技能積累。這個學期可以多開設一些綜合性質(zhì)實驗例如：銅合金的成分設計-熔煉鑄造-組織及拉伸力學性能研究實驗、鈦鋁合金的成分設計-熔煉鑄造-組織及拉伸力學性能研究實驗、SiC增強鋁基復合材料的加工及拉伸力學性能研究實驗、AlCoCrFeNi或CoCrCuFeNi高熵合金的熔煉及拉伸力學性能研究。綜合性實驗更有助于學生對材料學研究的主要內(nèi)容：材料的成分-組織結(jié)構(gòu)-加工-性能有更深刻的認識，綜合性實驗對學生動手能力提出了更高的要求，實驗前必須要求學生學習儀器安全操作，查閱相關(guān)文獻設計要加工的合金成分，自己動手準備合金原料再進行加工成形，然后用線切割設備切取試樣，觀察試樣的組織結(jié)構(gòu)，測試拉伸或者壓縮性能，將先進金屬材料如鈦鋁合金、高熵合金等引入到本科實驗教學中有助于學生對金屬材料研究前沿知識產(chǎn)生興趣。

(二) 增加實驗器材投入，保障實驗教學效果

實驗器材充足是保障實驗教學質(zhì)量的一個重要因素。加大一些必要儀器設備和耗材的投入，在購置設備前做好充分調(diào)研，使購買的實驗儀器能夠滿足使用要求，盡量多采購一些使用頻率較高的設備，防止設備出現(xiàn)閑置的現(xiàn)象，確保實驗能夠正常有序的進行。對于一些綜合性實驗用到的大型設備如真空感應熔煉爐數(shù)量非常有限，實驗課上的時間也是有限的，這樣學生上手操作的時間就會被局限。因此可以采取日常工作時間大型實驗設備對學生開放的方式保證學生學會儀器的基本操作方法制備出實驗用的合金，不僅節(jié)省了實驗課上的時間，還可以使學生有足夠的時間摸清儀器的操作方法，對學生動手能力和自主學習能力的提高是行之有效的措施。但學生操作大型儀器的安全問題是學校和老師要注意的重要事項，學生進入實驗室之前必須要進行安全教育，增強學生的安全意識，對學生進行儀器設備操作培訓，培訓合格后才允許進入實驗室使用儀器設備，每天必須有實驗教師和助教嚴格進行實驗室安全隱患排查，指導學生使用相關(guān)儀器設備。有些價格相對昂貴的儀器設備本學院數(shù)量可能很少，但兄弟學院如石油化工學院、化學與制藥工程學院等會有部分可以利用的設備，需要整合全校的先進儀器設備資源。在我校建立起大型儀器設備基礎實驗教學共享平臺，充分利用起全校的實驗設備資源既節(jié)省了資金投入，防止設備閑置的現(xiàn)象，還可以促進全校實驗教學經(jīng)驗交流提高實驗教學質(zhì)量。

(三) 優(yōu)化實驗成績考核機制

原有實驗成績考核內(nèi)容包括：預習報告、實驗操作和結(jié)果和實驗報告這三個部分。在原有考核方式基礎上增加小組答辯和撰寫實驗小論文這兩個環(huán)節(jié)，要求在每一個實驗結(jié)束后每個小組對實驗情況進行答辯也就是對實驗進行總結(jié)匯報，可以談一談實驗中的現(xiàn)象、存在的問題、未來設想如何優(yōu)化實驗等等。最后要求每個小組提交一篇小論文，論文格式和書寫要求與畢業(yè)論文一致，增加小組答辯和撰寫小論文這兩個環(huán)節(jié)不僅可以使學生對整個實驗有更清析的把握，還可以提高學生的總結(jié)和論文書寫能力，為將來大四畢業(yè)論文書寫和答辯做好充分的準備。雖然這種實驗成績考核機制對于實驗指導老師和學生來說增加了不少的工作量，但從實驗教學效果這個角度來看是非常值得去嘗試和探索的。

(四) 提高實驗指導教師教學質(zhì)量

實驗指導教師是整個實驗能否安全有序進行的關(guān)鍵性因素，特別是金屬材料方向綜合性實驗涉及到許多先進金屬材料的知識和加工方法，要求指導老師有更高的教學水平。因此實驗指導教師必須具備扎實的理論功底、大量的實踐教學經(jīng)驗以及一定的創(chuàng)新性思維，熟悉傳統(tǒng)金屬材料的成分、組織、加工及性能還要時刻關(guān)注金屬材料的發(fā)展前沿，實驗指導教師還可以將自己正在從事的科研工作帶到實驗教學中來，可以更大程度的激發(fā)學生愛好科研的熱情。學?？梢越M織青年教師去一些國內(nèi)外金屬材料名校學習先進的實驗教學經(jīng)驗，學校對教師實驗教學考核不止要考核工作量更要注重質(zhì)的評比，建立完善的實驗教學考核制度，可以適當采取一些鼓勵措施例如對一些教學成果顯著的實驗指導教師在評職評獎中優(yōu)先考慮。

三、結(jié) 語

金屬材料方向?qū)嶒灲虒W改革內(nèi)容的探索和實施增加金屬材料方向?qū)嶒瀸W時，豐富金屬材料實驗教學內(nèi)容。開展一些綜合性實驗使學生對金屬材料從成分設計、加工制備、組織觀察和性能研究有全面系統(tǒng)的認識，讓學生在課堂上學習的金屬學理論不再空洞乏味。實驗室大型儀器設備全天開放鍛煉了學生動手能力和自主學習的能力，分小組進行實驗、答辯、撰寫實驗小論文，讓學生們懂得了在科研工作中需要這種緊密合作的團隊精神。組織青年教師去一些國內(nèi)外金屬材料名校學習先進的實驗教學經(jīng)驗以及適當采取鼓勵措施可有效提高實驗教師的指導水平。總之，為發(fā)展我校材料科學與工程專業(yè)金屬材料方向，實驗教學改革的探索是一項需要長期堅持的工作，還需要不斷完善實驗教學改革內(nèi)容，值得每一位老師去深入研究。