“新工科”背景下應(yīng)用型本科《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程實驗的教學(xué)改革嘗試

陳林 卿培林 石偉和 曹阿林

摘要：隨著“新工科”建設(shè)的發(fā)展，原有的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實驗教學(xué)已不能滿足新形勢下的材料專業(yè)人才培養(yǎng)需求，依據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)要求對實驗課程內(nèi)容進行了改革，保留和改進經(jīng)典驗證性實驗，增加綜合實驗，并引入學(xué)科競賽，以賽促教。實踐證明，此次《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程實驗教學(xué)改革是成功的，獲得了較好的效果，為后續(xù)課程改革提供了新思路。

關(guān)鍵詞：新工科;材料科學(xué)基礎(chǔ);實驗教學(xué);教學(xué)改革

一、課程介紹

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是材料成型專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是一門邊緣交叉科學(xué)，涉及許多學(xué)科，如數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等，是研究材料成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性能和應(yīng)用之間相互關(guān)系的基礎(chǔ)學(xué)科?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》不僅理論性強、知識點多，比較抽象、枯燥，但又是一門實踐性很強的科學(xué)基礎(chǔ)課。協(xié)調(diào)好課程教學(xué)與課程實驗，開好實驗課，對正確理解課程知識尤為重要。本文基于“新工科”人才培養(yǎng)要求，在借鑒相關(guān)教學(xué)改革方案的基礎(chǔ)上，提出對材料科學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)模式進行創(chuàng)新型研究與設(shè)計。

二、傳統(tǒng)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)的不足

學(xué)院原《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程大綱中實驗教學(xué)包含6個實驗，且均為驗證性實驗，如圖1所示。隨著材料學(xué)科的發(fā)展，以及“新工科”人才培養(yǎng)體系的內(nèi)涵要求，強調(diào)專業(yè)理論與工程應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生在掌握專業(yè)基礎(chǔ)理論知識的情況下，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求和學(xué)生的興趣，加強或適度增設(shè)實踐應(yīng)用類課程比重，適當(dāng)減少純理論課程，構(gòu)建“新工科”的實踐教學(xué)體系，原有的課程設(shè)置的不足也日漸突出。

（一）實驗內(nèi)容單

圖1中課程改革前均為的驗證性小實驗，一般僅針對個別知識點所設(shè)定，且課時安排分散，通常是在學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論課程章節(jié)后進行驗證性實驗，目的是為了鞏固所學(xué)基礎(chǔ)理論。這種實驗課程設(shè)置割裂了材料科學(xué)知識的固有體系，打斷了學(xué)生對前后所學(xué)知識點的融會貫通，不利于材料科學(xué)基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。

（二）教學(xué)模式缺乏靈活性

多年來，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實驗課程指導(dǎo)教師一般都是先講解實驗?zāi)康?、原理、所使用的設(shè)備，然后會給出詳細的實驗步驟，學(xué)生所需要的僅僅是按部就班遵照完成，最后對已知的結(jié)果進行驗證便可。這種教學(xué)模式缺乏師生互動，限制了學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力的培養(yǎng)。

三、實驗教學(xué)內(nèi)容改革探索

針對上述問題，經(jīng)過課程教師與實驗教師的協(xié)同分析，并結(jié)合相關(guān)課程教學(xué)改革成果和學(xué)院實驗中心近年的建設(shè)經(jīng)驗，對原有實驗課程教學(xué)大綱進行必要性的改革，整合后的實驗開設(shè)情況如圖1。

（一）保留并改進經(jīng)典實驗項目內(nèi)容

對比改革前后的實驗項目內(nèi)容保留了一些經(jīng)典的驗證性實驗，同時對其實驗實施方法進行了相應(yīng)的改進。將原有的“金相顯微試樣的制備和金相顯微鏡的原理、結(jié)構(gòu)及使用”2個小驗證性實驗進行整合，改設(shè)“金相實驗技術(shù)”這一綜合實驗。實驗流程為：金相試樣制備金相顯微鏡的使用拍攝高清金相電子圖片金相定量分析。更注重學(xué)生的動手能力的培養(yǎng)，實驗材料選用退伙態(tài)的45#鋼，使學(xué)生對金相制備分析技術(shù)有系統(tǒng)的了解，同時讓學(xué)生對常見金相制樣設(shè)備（金相切割機、金相磨拋機、電子金相顯微鏡等）的操作和維護方法有了清晰的認識。

此外，還充實了碳鋼的熱處理（增加了淬火、回火）組織觀察實驗內(nèi)容，使其成為綜合實驗，增加了實驗內(nèi)容的系統(tǒng)性。

（二）增設(shè)綜合實驗項目內(nèi)容

增設(shè)了“金屬材料塑性變形與再結(jié)晶組織觀察”綜合性實驗，注重培養(yǎng)學(xué)生親自操作的機會。分發(fā)給學(xué)生的實驗材料為150 mm × 25 mm × 0.8 mm的鋁片，首先將鋁片置于料萬能實驗機上進行不同變形量的拉伸變形處理，然后在熱處理爐中進行固溶處理，空冷，最后侵蝕樣品表面，直至觀察到清晰的晶粒組織，分組討論不同變形量對鋁合金再結(jié)晶晶粒尺寸的影響，并手動繪制組織示意圖。這樣的設(shè)置使得原本枯燥無味的理論知識經(jīng)過學(xué)生自己的親自動手實際操作后，變得更形象具體而印象深刻。

（三）引入材料學(xué)科競賽，以賽促教

組織校級大學(xué)生金相技能大賽，經(jīng)校內(nèi)評選，推薦金相制樣技能優(yōu)異的學(xué)生參加由教育部高等學(xué)校材料類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦的全國大學(xué)生金相技能大賽（大賽規(guī)定一個參賽學(xué)校每一屆只允許推薦3名學(xué)生參賽）。先后參加第五 ～ 八屆全國大學(xué)生金相技能大賽，累計榮獲個人一等獎3項，二等獎5項，三等獎2項，團體一等獎1項，二等獎1項。經(jīng)過參加國家級學(xué)科技能大賽的鍛煉，檢驗了實驗課程改革的效果，開闊了眼界，認識了不足;為以后的教學(xué)和比賽注入正能量。

結(jié)語

實驗教學(xué)是高校專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，“新工科”建設(shè)對高校實驗實踐課程的教學(xué)提出了新的更高要求。本文作者以百色學(xué)院材料學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實驗教學(xué)改革為載體，豐富實驗內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新思維，提高了學(xué)生的專業(yè)動手能力和學(xué)科認知深度。培養(yǎng)了具備材料專業(yè)素養(yǎng)滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需求的應(yīng)用型人才。

參考文獻：

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[2]李琦， 徐亦斌. 新工科背景下材料學(xué)科育人體系的構(gòu)建[J]. 中國大學(xué)教學(xué)， 2019（03）： 76-78.

[3]全國大學(xué)生金相技能大賽競賽委員會[EB/OL]. http：//www.mse-cn.com/.

作者簡介：

陳林（1987年-），男，湖南新邵人，博士，講師，研究方向：超細晶鋁合金、高熵合金涂層。

基金項目：

本文系2019年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程重點項目（項目編號：2019JGZ148）。