工程教育認(rèn)證背景下的金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

王澤民 龐靈歡

摘 要：金屬材料專業(yè)中熱處理實(shí)踐課程是較為基礎(chǔ)的實(shí)踐課，對(duì)于高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有重要的作用。隨著熱處理學(xué)科的發(fā)展以及工程認(rèn)證教育背景下，進(jìn)而對(duì)金屬材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求，文章介紹了金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)踐與思考，為金屬材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展提供相關(guān)參考。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；金屬材料；熱處理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）02-0130-03

Abstract： Heat Treatment is a basic practical course in the specialty of metal materials， and it is very important in the construction of the discipline. With the gradual rise of heat treatment discipline， which then puts forward further requirements for metal specialty， this paper introduces the reform and practice of experimental teaching of metal materials and heat treatment， aiming to provide a real and effective theoretical basis for future development.

Keywords： Engineering certification； metal materials； heat treatment； experimental teaching reform

前言

目前，我國許多高等院校都開設(shè)了金屬材料專業(yè)，預(yù)期目標(biāo)是通過理論教學(xué)來讓學(xué)生初步掌握金屬的熱處理工藝與組織性能變化相關(guān)的理論，同時(shí)掌握熱處理工藝的設(shè)計(jì)、微觀組織和性能檢測(cè)方法。金屬熱處理實(shí)驗(yàn)課程作為理論與實(shí)踐工藝相結(jié)合的課程，是專業(yè)課程學(xué)習(xí)中不可或缺的部分。通過對(duì)金屬熱處理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技能以及更加深入的理解相關(guān)理論知識(shí)。工程教育認(rèn)證背景下，對(duì)金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求，包括人才培養(yǎng)方案的設(shè)置、師資隊(duì)伍配備以及辦學(xué)條件配置等。由于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和模式過于陳舊，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更新不夠，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與先進(jìn)熱處理工業(yè)界相關(guān)的聯(lián)系不夠，這都影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高以及高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，故對(duì)金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革迫在眉睫。

一、金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

第一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和模式的現(xiàn)狀。重視理論教學(xué)，輕視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是金屬材料工程專業(yè)人材培養(yǎng)過程中，一直都存在的問題，這與強(qiáng)調(diào)課業(yè)成績(jī)而忽視培養(yǎng)人材創(chuàng)新能力是有關(guān)的。其傳統(tǒng)的金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大多以教師實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生多是按照教師所做的實(shí)驗(yàn)來得到結(jié)果，或者是按照課程大綱上所規(guī)定的步驟來逐一完成實(shí)驗(yàn)，并沒有設(shè)置開放性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也沒有給予學(xué)生間在理論和實(shí)驗(yàn)操作上的互動(dòng)，只是單純的執(zhí)行著自己那份任務(wù)，無法在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中使得學(xué)生的創(chuàng)新或者操作能力得到提升，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果得不到提升。

受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，教學(xué)活動(dòng)多是一對(duì)多的形式展開。學(xué)生大多根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，無法體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性。當(dāng)然，對(duì)于低年級(jí)的專業(yè)學(xué)習(xí)這是由必要的，因?yàn)闆]有基礎(chǔ)知識(shí)的理解就不可能追求創(chuàng)新型的學(xué)習(xí)。但是，對(duì)于高年級(jí)專業(yè)同學(xué)來說，需要增加一些體現(xiàn)綜合能力和創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如：失效分析項(xiàng)目，開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及團(tuán)隊(duì)合作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

第二、實(shí)驗(yàn)技術(shù)教學(xué)隊(duì)伍的現(xiàn)狀。除此之外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資力量也是制約實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的一個(gè)重要方面。大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員配置不足，人員年齡和職稱結(jié)構(gòu)不夠合理，例如：教師總體年齡偏高，學(xué)歷、職稱較低。雖然經(jīng)驗(yàn)豐富，但理論功底不夠，偶有一些年輕教師加入，但是本身缺乏科研實(shí)踐，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足，都會(huì)導(dǎo)致難以出現(xiàn)優(yōu)異的指導(dǎo)效果，影響培養(yǎng)人才質(zhì)量。

第三、理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的聯(lián)系現(xiàn)狀?，F(xiàn)階段下，我國部分高校對(duì)于金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的操作還不夠完善，并且其在理論教學(xué)與實(shí)際操作方面也還存在著大量的問題，亟待解決。在理論教學(xué)中，其更多的是重視金屬材料的固態(tài)相變?cè)?，而在?shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中，則會(huì)出現(xiàn)各種不確定的現(xiàn)象，比如：淬火過程中操作的快慢，會(huì)導(dǎo)致冷卻速度不同，最終淬火后的效果也不一樣。只有將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐內(nèi)容的有效銜接后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果才能得到提升，有利于高質(zhì)量人才的培養(yǎng)[2]。

二、金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

第一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和方式的改革。熱處理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是按照理論課教材相配合而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往比較零散，教學(xué)內(nèi)容不成體系，使得學(xué)生學(xué)習(xí)之后沒有前后聯(lián)系的感覺，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容得不到創(chuàng)新。所以，我校的課程中采用獨(dú)立設(shè)置課程實(shí)驗(yàn)的方式來教學(xué)，金屬熱處理實(shí)驗(yàn)課程為一周的實(shí)驗(yàn)課程。

實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)不同材料所要達(dá)到的性能要求，使得學(xué)生在確定目標(biāo)的前提下，進(jìn)行查閱資料，確定實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟并將實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成，例如：設(shè)計(jì)不同的熱處理工藝，并對(duì)其組織和性能進(jìn)行檢測(cè)和表征。教師在過程中只提供一些指導(dǎo)不進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作。這是由于工程教育認(rèn)證準(zhǔn)則要求，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生自主對(duì)問題進(jìn)行思考和自行獨(dú)立的工藝操作過程，進(jìn)而提高學(xué)生自主思考和操作能力。

實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生可能根據(jù)自己的理解進(jìn)行步驟實(shí)驗(yàn)，可能實(shí)驗(yàn)結(jié)果與書本內(nèi)容存在差異，但是學(xué)生會(huì)在方案操作中認(rèn)識(shí)到自身不足和實(shí)驗(yàn)操作中的錯(cuò)誤，無形中增加了其對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。最后，進(jìn)行課程匯報(bào)，將出現(xiàn)的問題提出來大家共同討論，給出原因，教師最后點(diǎn)評(píng)。這增加了學(xué)生對(duì)金屬材料的認(rèn)識(shí)，對(duì)今后的學(xué)習(xí)也有了新的認(rèn)知。

總之，教學(xué)過程中，教師不但要向?qū)W生傳遞理論知識(shí)，還要使學(xué)生熟練的掌握相關(guān)的實(shí)際動(dòng)手操作流程。由于熱處理實(shí)驗(yàn)中所涉及金屬材料較多，無論是從物理性能還是化學(xué)成分角度來開展教學(xué)，其所涉及到的內(nèi)容都較為多，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，也要采用多種方式、靈活多樣的教學(xué)手段，例如：虛擬教學(xué)系統(tǒng)等，讓學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生興趣，對(duì)已掌握的基礎(chǔ)理論知識(shí)的深化理解。

第二、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過程考核和評(píng)價(jià)。在實(shí)施階段要先選定課題題目，進(jìn)而根據(jù)小組形式開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。在開始之前，小組之間要根據(jù)課題進(jìn)行分析，進(jìn)而設(shè)計(jì)出可行實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)而根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案來準(zhǔn)備相應(yīng)材料和相關(guān)資料，以此作為實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，最后通過一系列實(shí)驗(yàn)操作，完成實(shí)驗(yàn)。在課題實(shí)施過程中大多學(xué)生對(duì)如何操作無從下手，因此，在實(shí)驗(yàn)階段就需要教師根據(jù)課題來進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)而協(xié)助學(xué)生在實(shí)際操作中運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行操作，以保證項(xiàng)目得以實(shí)施。除此之外，在課題實(shí)施階段，教師還要引導(dǎo)學(xué)生自主思考，能夠?qū)Σ僮髦写嬖诘膯栴}及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，進(jìn)而能順利完成課題人物。教師在實(shí)驗(yàn)題目選擇方面要根據(jù)小組情況進(jìn)行選題，進(jìn)而告知注意事項(xiàng)。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成之后，小組之間就實(shí)驗(yàn)完成過程和完成情況進(jìn)行交流和溝通，且通過討論的方式在課堂中與其它小組進(jìn)行交流。在交流過程中教師要根據(jù)學(xué)生所提出的意見給予一定引導(dǎo)和鼓勵(lì)，使其能進(jìn)一步創(chuàng)新方案，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。當(dāng)小組課程實(shí)施完畢之后還要進(jìn)行課堂總結(jié)，以補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)中不完整問題。這樣不但使學(xué)生提高了創(chuàng)新精神，還能增加其實(shí)踐動(dòng)手能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

改革評(píng)價(jià)模式的中心在于評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)過程也評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)結(jié)果，將其評(píng)價(jià)與實(shí)驗(yàn)過程融合起來，這樣在一定程度上可以全方位對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)情況進(jìn)行了解，記錄好學(xué)生學(xué)習(xí)能力全部過程。進(jìn)而達(dá)到實(shí)行教學(xué)評(píng)估改變以往單一教學(xué)評(píng)價(jià)模式，鼓勵(lì)學(xué)生自主進(jìn)行評(píng)價(jià)，這樣能在一定程度上促使學(xué)生在最大范圍內(nèi)認(rèn)可評(píng)價(jià)結(jié)果[3]。

第三、實(shí)驗(yàn)技術(shù)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)。在開展熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，必須要重視專業(yè)教師隊(duì)伍的構(gòu)建，只有理論與實(shí)踐并重的教師才能夠保證熱處理實(shí)驗(yàn)最終完成效果能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。而優(yōu)秀的教師，除了能夠教授學(xué)生基本的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作外，還能夠引導(dǎo)其對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新與開發(fā)，在已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，提高自身的創(chuàng)造與實(shí)踐操作能力。由此可以看出，構(gòu)建一支專業(yè)素質(zhì)高，且具備強(qiáng)勁的引導(dǎo)力，能夠幫助學(xué)生在不斷地學(xué)習(xí)與實(shí)踐當(dāng)中獲取更高的學(xué)識(shí)，這對(duì)于學(xué)生日后就業(yè)也同樣具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。與此同時(shí)，還應(yīng)對(duì)學(xué)科發(fā)展情況、設(shè)備改進(jìn)以及教學(xué)模式進(jìn)行更進(jìn)一步的了解。作為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，為了能夠使自己的技能以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)展?jié)M足現(xiàn)代化社會(huì)不斷發(fā)展的需求，其便需要定期進(jìn)行再學(xué)習(xí)與專業(yè)技能再培訓(xùn)，使自己能夠始終站在行業(yè)的行列，并且能夠?yàn)閷W(xué)生提供更加專業(yè)的教學(xué)。除此之外，在開展實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師還需要針對(duì)每位學(xué)生的特點(diǎn)來因人而異地去開展指導(dǎo)，使學(xué)生能夠通過探索問題、分析問題、找到導(dǎo)致問題出現(xiàn)的原因，然后提出相應(yīng)的解決方法。并且不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其能夠在枯燥的實(shí)驗(yàn)中，獲取學(xué)習(xí)的興趣，并且使整個(gè)熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得更加的生動(dòng)有趣。

第四、熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排和實(shí)驗(yàn)裝備的更新。在合理安排熱處理時(shí)，一定要在教學(xué)表中體現(xiàn)出來，并將其安排在教學(xué)中，值得注意的是，一定要將實(shí)驗(yàn)安全在理論后面，這樣能使學(xué)生對(duì)內(nèi)容有一定的了解，之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可加深理解，能達(dá)到事半功倍的效果。當(dāng)完成金屬學(xué)實(shí)驗(yàn)、材料分析、材料性能等相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，在實(shí)行熱處理實(shí)驗(yàn)時(shí)能較為完整地運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)。在開展實(shí)驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格按照流程來執(zhí)行，以此預(yù)防在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)途中試樣出爐發(fā)生安全隱患。之后運(yùn)用熱處理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，值得注意的是，運(yùn)用熱處理實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)需確保完善的運(yùn)行情況。定期對(duì)所有實(shí)驗(yàn)教材進(jìn)行校對(duì)，杜絕發(fā)生各種低級(jí)失誤或者是安全隱患，減少因器材問題所導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)效果差的現(xiàn)象。

三、金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施案例

以前的金屬熱處理實(shí)驗(yàn)中，要求給出一種材料的多種熱處理方案，主要為淬火、回火、退火以及正火工藝，但是未提出具體的性能指標(biāo)要求，以至于學(xué)生對(duì)于熱處理后無法評(píng)定其工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量高低。改革后，對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求為根據(jù)材料的化學(xué)成分，設(shè)計(jì)達(dá)到指定力學(xué)性能的熱處理工藝。

改革后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱為“鋼的熱處理工藝設(shè)計(jì)與性能檢測(cè)”。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模哼\(yùn)用所掌握的金屬學(xué)與熱處理知識(shí)，根據(jù)對(duì)多種材料所提出力學(xué)性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)合理的熱處理工藝參數(shù)以達(dá)到性能指標(biāo)。同時(shí)，對(duì)熱處理后力學(xué)性能與標(biāo)準(zhǔn)的差異進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)要求和任務(wù)：對(duì)鋼的組織與性能產(chǎn)生影響的加熱速度、溫度以及冷卻時(shí)間等進(jìn)行仔細(xì)記錄。實(shí)施設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)方案，將工藝操作和測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做健全。解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。進(jìn)行課題交流小結(jié)[3]。

熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革之后充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣。尤其是分組實(shí)驗(yàn)以及匯報(bào)總結(jié)中，不同分組之間會(huì)提出不同的實(shí)驗(yàn)方案和想法，對(duì)操作的可行性、操作步驟等都會(huì)進(jìn)行詳細(xì)分析和探討，進(jìn)而確保了實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果合理性，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中都能從理論上思考出現(xiàn)的問題。除此之外，教學(xué)改革中著重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力進(jìn)行了培養(yǎng)，所以從目前來看，學(xué)生對(duì)方案的設(shè)定和操作能力都得到了同步提高，這對(duì)學(xué)生今后發(fā)展有著重要影響。教學(xué)改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和教師的教學(xué)模式上都得到了創(chuàng)新，使得教學(xué)效果方面得到了提升。

四、金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的建議

1. 注重學(xué)科主干知識(shí)。金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)是針對(duì)金屬材料的成分、組織以及性能間的基本規(guī)律認(rèn)識(shí)與實(shí)踐的課程。如何通過熱處理工藝的實(shí)施提升金屬材料的力學(xué)性能，有效發(fā)揮材料的最大使用潛力，是該課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)中較為重要的主干知識(shí)。實(shí)驗(yàn)課程中需運(yùn)用以上主干知識(shí)為材料進(jìn)行改性處理。

2. 挑選和有關(guān)學(xué)科較為重要的知識(shí)。金屬學(xué)和熱處理課程中的教學(xué)內(nèi)容，杜絕重復(fù)的出現(xiàn)非常重要。對(duì)重點(diǎn)的、非常重要的知識(shí)給予深入學(xué)習(xí)和了解，例如：鋼的熱處理后的微觀組織、組織與性能的改變等需加深了解。將有關(guān)學(xué)科中的知識(shí)可做選修內(nèi)容，比如金屬性能、變形、內(nèi)力等。在學(xué)習(xí)物理時(shí)，已經(jīng)學(xué)過，進(jìn)行學(xué)習(xí)金屬學(xué)與熱處理可杜絕重復(fù)講授。

3. 加大學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。提高學(xué)生實(shí)際操作能力，選取合適的教學(xué)任務(wù)實(shí)施，取其精華去其糟粕，來達(dá)到用人單位的要求。例如：金屬相熱處理的組織轉(zhuǎn)變和力學(xué)性能等方面。不同種類鋼的熱處理工藝制定與應(yīng)用，需加大該方面的應(yīng)用案例的校企合作實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。

4. 提升學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)。如果課時(shí)非常少，需將重點(diǎn)放在講解主干知識(shí)和實(shí)踐中去，同時(shí)還能安排有關(guān)的選修內(nèi)容。有助于提升學(xué)生眼界與思路，提升科學(xué)文化素質(zhì)，旨在為今后的深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

金屬熱處理實(shí)驗(yàn)屬于理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，所以在進(jìn)行理論教學(xué)的同時(shí)在實(shí)踐方面也要進(jìn)行相應(yīng)改革，進(jìn)而才能達(dá)到學(xué)以致用效果。教學(xué)模式的改革還需要有高素質(zhì)教師的支持，所以在教學(xué)改革的同時(shí)教師也要進(jìn)行一次新的創(chuàng)新和改革，能夠通過培訓(xùn)和進(jìn)修、引進(jìn)等方式，吸引更多高素質(zhì)教師的加入，這是熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的根本。對(duì)于教師來說，其在教學(xué)過程中想要改革，那么必須要有改革創(chuàng)新意識(shí)，能夠系統(tǒng)的安排教學(xué)方法，以此制定合理教學(xué)方案，達(dá)到金屬學(xué)及熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革目的。

五、結(jié)束語

基于工程教育認(rèn)證下的金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)想要做到改革主要從理論與實(shí)踐兩方面進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)而才能做到改革目的。而改革的主體是教師和學(xué)生，只有這兩方面在創(chuàng)新和自主性方面發(fā)揮有效性，才能真正達(dá)到改革效果，才能提高教學(xué)質(zhì)量和有效率，才能使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)合理運(yùn)用到實(shí)踐中去。因此，教師要指導(dǎo)學(xué)生全面的了解熱處理學(xué)科的主要內(nèi)容，增強(qiáng)研究意識(shí)，在以上基礎(chǔ)上提升創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神。另外，還需要在一定程度上使得學(xué)生對(duì)課程產(chǎn)生非常大的興趣愛好，激起學(xué)生的求學(xué)欲望，為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。

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