淺談金屬材料實驗教學(xué)研究

羅鴻金，張會明

（1.長春光華學(xué)院，吉林 長春 130000；2.松原職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 松原 138000）

金屬材料中是一門重要的基礎(chǔ)專業(yè)課，理論性強，計算量大，其基本理論知識的掌握程度會影響實踐教學(xué)的效果，這部分內(nèi)容也是機械類課程的重要理論知識，是繼續(xù)深入學(xué)習(xí)金屬相關(guān)知識的重要依據(jù)，涉及眾多工程結(jié)構(gòu)、機械零件等方面內(nèi)容。學(xué)生通過理論教師的講解，讓學(xué)生充分了解金屬材料的相關(guān)性能，掌握金屬材料的力學(xué)研究和實驗的方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)地運用金屬材料基本理論與實踐相結(jié)合的能力，從而更好地去解決實際問題，讓這門課程在教學(xué)中發(fā)揮重要的作用。理論教學(xué)中，多體現(xiàn)的是課堂教學(xué)。由于本門課程專業(yè)性強、邏輯嚴密、計算難度大，很較好地掌握所學(xué)知識確實存在一定的困難性，因此，需要教師在課堂教學(xué)中不斷探索研究，提高教學(xué)質(zhì)量、改善教學(xué)方法；作為實驗課教師要把金屬材料學(xué)理論所學(xué)的理論內(nèi)容要在實驗環(huán)節(jié)使學(xué)生參與到實驗的操作，積極處理實驗數(shù)據(jù)，有助于理解金屬材料力學(xué)重難點知識，實驗教學(xué)還有利于培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力，潛移默化的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

1 金屬材料實驗教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀

1.1 實驗課項目單一

金屬材料實驗課的實驗項目不多，一般實驗室的課程安排較為單一，在金屬材料中主要是對鑄鐵和低碳鋼兩種材料進行材料力學(xué)性能測試，包括測定金屬材料性能的拉伸實驗、承受壓力構(gòu)件的壓縮實驗以及鑒定工藝性能的扭轉(zhuǎn)實驗，雖然教師可讓學(xué)生通過實驗觀察金屬材料的性質(zhì)及破壞形式，但這些實驗課程內(nèi)容近些年教學(xué)沒有太大變化，雖然也加入一些純彎曲梁橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律實驗，但學(xué)生在實際操作中基本是按照實驗教師的指導(dǎo)按部就班的完成，預(yù)留學(xué)生資助創(chuàng)造空間少，分析數(shù)據(jù)時缺乏真實性，所以與生產(chǎn)實際情況聯(lián)系不密切。

1.2 實驗課教學(xué)方法傳統(tǒng)，實驗條件不充足

隨著高等教育的普及，本科院校學(xué)生數(shù)量不斷增多，在課程設(shè)置上實驗課增加，這就導(dǎo)致現(xiàn)有的金屬材料儀器設(shè)備、臺套數(shù)遠遠不能滿足現(xiàn)有學(xué)生人數(shù)的使用需求，有的設(shè)備陳舊，與新時代設(shè)備比還有一定差距，而一般高校在短期內(nèi)又無法投入大量的資金來優(yōu)化實驗室，不能及時更新實驗室的儀器套數(shù)、引進新型金屬材料測試設(shè)備等?；诖爽F(xiàn)狀，學(xué)生分組實驗的人數(shù)增加，會出現(xiàn)實驗過程中個別人操作，多數(shù)學(xué)生觀摩和記錄的現(xiàn)象，完全做到讓每一名學(xué)生都能親自操作實驗就有一定的難度，沒有實際操作的經(jīng)驗，也很難掌握和理解理論內(nèi)容，導(dǎo)致教學(xué)效果下降。

2 金屬材料實驗教學(xué)方法

2.1 革新驗證性實驗內(nèi)容，改進教學(xué)方法

結(jié)合金屬材料原有實驗方法的基礎(chǔ)上，優(yōu)化實驗課的課程內(nèi)容，在教學(xué)中設(shè)計豐富多彩、富有趣味性的實驗環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供輕松、愉悅的實驗氛圍，在教師的啟發(fā)下，學(xué)生可根據(jù)自己對材料掌握程度，對材料實驗的理解程度，自行靈活開展實驗測試。在實驗中，實驗教師采用啟發(fā)式教學(xué)方法，根據(jù)學(xué)生自行設(shè)計的實驗引導(dǎo)學(xué)生，其主要在于學(xué)生要認真學(xué)習(xí)實驗報告書，明確實驗?zāi)康模_定現(xiàn)有的實驗設(shè)備和條件后，對學(xué)生要有合理的分工，要組長負責(zé)制，學(xué)生之間要默契配合。

諸如純彎曲橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律實驗，可充分發(fā)揮每一名同學(xué)的作用。實驗教師為學(xué)生介紹設(shè)備的傳感器以及電阻應(yīng)變片的粘貼方法、粘貼要求等等，學(xué)生還要自己獨立繪制實驗表格，為實驗數(shù)據(jù)的分析和處理奠定基礎(chǔ)，本實驗的另一大特點是根據(jù)圖一的實驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行實驗。

驗證性實驗要求老師始終以輔助的角色從旁指導(dǎo)學(xué)生實驗，循序漸進地引導(dǎo)學(xué)生，在教師的指導(dǎo)下學(xué)生還可以將所學(xué)運用到實際中去。在實際的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，教學(xué)效果是明顯的，學(xué)生的參與度是比較高的，實驗時間要具有靈活性，不局限于課堂教學(xué)，為學(xué)生提供公用實驗場所，讓學(xué)生有充分時間調(diào)研、討論和實驗，同時也可達到分流學(xué)生充分利用實驗室資源的效果。

2.2 拓寬實驗思路優(yōu)化教學(xué)資源與學(xué)習(xí)環(huán)境

（1）要加大學(xué)校實驗室的開放。針對實驗室場所、時間、資源、內(nèi)容合理管控，加大時間性的開放，實驗室在合理管控的基礎(chǔ)上，學(xué)生可充分利用自己的時間來實驗室開展實驗，增強自我學(xué)習(xí)能力，自我管理能力，有利于學(xué)生實驗素質(zhì)培養(yǎng)，增強探索未知領(lǐng)域的信心，激發(fā)學(xué)生對本專業(yè)課程更深入的理解，也能充分利用實驗室資源。開放性實驗室的開放程度應(yīng)結(jié)合院校自身條件，以學(xué)生為中心，立足于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗，養(yǎng)成自我學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，充分調(diào)動學(xué)生積極性。

（2）學(xué)校要加大對實驗室建設(shè)的支持度。學(xué)科帶頭人在設(shè)計實驗項目上可以更加豐富，對學(xué)生進行金屬材料實驗的測試階段可以更加的靈活，金屬材料實驗室要為學(xué)生打造良好的實驗條件，與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，與職場要求相匹配，把金屬材料的實驗控制與操作結(jié)合信息化手段進行創(chuàng)新，適當進行遠程操作，優(yōu)化實驗過程，提升實驗的合理性，如有必要與企業(yè)之間進行現(xiàn)場互動，模擬實際測試場所，高校若有條件，可建立深度實驗室，把仿真模擬帶到實驗室。校企互訪，組織企業(yè)員工到校與同學(xué)們交流經(jīng)驗，學(xué)生可到企業(yè)參觀測試現(xiàn)場，學(xué)習(xí)新時代的實驗要求，真正去提升學(xué)生的實驗技能，這樣可以擴大了實驗室功能。

（3）實驗室要融合產(chǎn)業(yè)和教育文化。金屬材料實驗室是搭建企業(yè)與學(xué)校的橋梁，是知識轉(zhuǎn)化實踐的重要紐帶，因此實驗室的文化打造也至關(guān)重要，把文化的元素融入到學(xué)習(xí)和實踐中去，把新時代的產(chǎn)業(yè)文化符號提前印在學(xué)生的腦海中，優(yōu)秀的格言警句也會發(fā)揮重要的督促、鼓勵、提醒的重要作用，是保證安全實驗的重要組成部分，是實驗中必不可少的文化奇葩，也是學(xué)生走向崗位的又一盞文化明燈。這些都可以改善實驗軟環(huán)境，真實模擬現(xiàn)代實驗室，使學(xué)生零距離接觸。要發(fā)揮實驗室的現(xiàn)實作用，因為實驗室是競賽的主要訓(xùn)練和比賽場地，要通過相關(guān)的實驗教學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)、集訓(xùn)一批掌握知識好，技術(shù)過硬的優(yōu)秀學(xué)生，鼓勵和推薦學(xué)生參加省市級大賽，拓寬視野，取百家之長，補己之短。特別優(yōu)秀者可以參與國家級大賽，展示學(xué)習(xí)成果，為國家和社會培養(yǎng)更加優(yōu)秀、更加出色的應(yīng)用型技術(shù)人才，同時學(xué)生優(yōu)秀成績的取得會激勵后學(xué)，以榜樣的力量教育著新學(xué)生，以老帶新，源源不斷地輸送更多的學(xué)生在技術(shù)的領(lǐng)域里脫穎而出，為企業(yè)無縫對接崗位起到至關(guān)重要的作用。

2.3 把握好實施金屬材料實驗教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（1）金屬材料教學(xué)體系要有定位。金屬材料實驗室的教學(xué)體系要有完整的定位，實驗的核心問題是要有科學(xué)合理的實驗項目來支撐，按照國家的人才培養(yǎng)方向定位，結(jié)合高等學(xué)校的具體情況，把實驗的教學(xué)內(nèi)容歸類，針對重要的實驗要重點訓(xùn)練、重要的實驗室要重點打造。金屬材料的單項實驗，訓(xùn)練學(xué)生按要求準確操作的能力；對于綜合實驗要線上線下配合，數(shù)據(jù)收集與計算整理相結(jié)合，要經(jīng)驗分析和理論分析相比較，在同一臺設(shè)備上進行不同實驗的測試時，要把握實驗操作的關(guān)鍵點，學(xué)生要有思考，如何設(shè)計還能更合理，為什么操作的規(guī)程如此設(shè)計，對于難度較大，操作復(fù)雜的實驗要協(xié)同配合，訓(xùn)練復(fù)雜實驗問題的處置能力，逐漸是學(xué)生自行解決現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，不斷提升實踐水平和操作能力。

（2）金屬材料實驗要設(shè)置明確的實驗?zāi)康?。材料力學(xué)實驗的目的主要是驗證金屬材料性能，從而提高獨自操作的能力，實驗?zāi)康脑俅蚊鞔_有助于學(xué)生對實驗的準確把控，如：在低碳鋼拉伸實驗中要注意觀察拉伸過程出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，善于總結(jié)，尤其注意觀察彈性現(xiàn)象，觀察屈服現(xiàn)象，冷作硬化現(xiàn)象，頸縮現(xiàn)象以及拉斷后的斷口形狀(圖2）和拉伸圖像（圖3），讓學(xué)生詳細分析各階段所反映的材料性能和力學(xué)情況，與理論值比還有哪些差異等等。

圖2 金屬材料收縮現(xiàn)象以及拉斷后的斷口形狀

圖3 金屬材料拉伸圖像

（3）金屬材料的實驗要建立合理考核方案。材料力學(xué)實驗的考核是對教師教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的檢驗，合理的考核方案不但提高教學(xué)質(zhì)量，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，根據(jù)不同的實驗，學(xué)生的知識掌握程度，操作水平和總結(jié)能力來制定，教師還要善于觀察學(xué)生在實驗過程中的表現(xiàn)，記錄學(xué)生整個實驗的操作過程，把控每一名學(xué)生對實驗的操作能力。針對每一項實驗，制定出詳盡且合理的考核方法，實驗前、實驗中、實驗后都有考核標準，都有考核的要求。金屬材料力學(xué)實驗不僅要在操作技術(shù)層面加以考量，還要在實驗素養(yǎng)，崗位職責(zé)，操作規(guī)范，文明實驗等方面加以考核，體現(xiàn)考核的綜合性和全面性。

（4）金屬材料實驗要有問題預(yù)案。對于材料力學(xué)實驗教學(xué)中出現(xiàn)的預(yù)見性問題要有科學(xué)合理的解決方案，特別是突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案，要詳盡從多角度解決問題，要模擬如何處理問題，要提前把握關(guān)于安全操作，防火等重要注意事件納入教學(xué)中，對突發(fā)事件要有能力解決。對于設(shè)備在實驗中出現(xiàn)異動要有科學(xué)的預(yù)判，由于學(xué)生安裝不到位，操作不規(guī)范等問題要及時處理，建立監(jiān)督機制。對于試驗器材的使用要留有痕跡，對于維護維修要有記錄，要妥善處理試驗耗材，安置好廢料廢液，建立科學(xué)合理的處理辦法。

（5）金屬材料實驗教學(xué)要有創(chuàng)新。金屬材料實驗室的實驗方式也不要千篇一律，要及時創(chuàng)新，要把握新時代的實驗方向，現(xiàn)有實驗條件要善于優(yōu)化，如壓縮鑄鐵實驗時，產(chǎn)生很大的響動如何消音問題，在壓裂的過程中防止飛濺碎屑等問題處理。學(xué)生實驗的時間可以靈活，學(xué)生實驗的內(nèi)容可以優(yōu)化，教師在教學(xué)環(huán)節(jié)，教學(xué)方法也要創(chuàng)新，把握好每一批學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，制定科學(xué)、合理的實驗方式。

3 總結(jié)

金屬材料實驗課，使力學(xué)實踐教學(xué)是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的主渠道，金屬材料力學(xué)實驗室是承擔(dān)實踐教學(xué)任務(wù)的主陣地，金屬材料力學(xué)實驗具有培養(yǎng)知識、能力、態(tài)度的獨特功能，加強在教學(xué)中地不斷創(chuàng)新與改革，為其他實驗教學(xué)帶來借鑒性經(jīng)驗，為更好地培養(yǎng)新時代大學(xué)生做出應(yīng)有的貢獻。