金屬材料工程專業實驗教學的探討

左敏　王艷　滕新營　耿浩然

摘 要 作為應用型專業，金屬材料工程專業的特點在于理工結合、強理論性、重實踐性。針對該方向的專業特點和培養目標，本文從專業發展方向、專業課程群構建、綜合實驗與設計性實驗構建等方面，注重理論知識和實踐能力培養的有機結合，提出了實驗教學體系構建的設想，即在專業課程設置和專業基礎實驗課程基礎上，增設金屬材料工程的綜合性實驗與設計性實驗，結合研究課題開展研究性創新實驗，進而提高學生的獨立思考能力、創新能力、分析和解決問題能力。

關鍵詞 金屬材料工程 實驗教學 創新改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.12.049

Discussion on Metal Material Engineering Experiment Teaching

ZUO Min， WANG Yan， TENG Xinying， GENG Haoran

（School of Material Science and Engineering， University of Jinan， Ji'nan， Shandong 250022）

Abstract As an application-based professional and professional characteristics of metal materials engineering Polytechnic that combine strong theoretical and practical weight. Professional characteristics and training objectives for the direction of this article from a professional development， curriculum group construction， integrated experimental and design experiments to build and so on， pay attention to the combination of theoretical knowledge and practical ability training， put forward the idea of Experimental Teaching System that in the professional curriculum and professional curriculum based on experimental basis， an additional comprehensive experiment and designing experiment metal materials engineering， combined with research innovation research experiments， and to improve students' independent thinking， innovation， analysis and resolution solving skills.

Key words metal material engineering； experimental teaching； innovation reform

國家“十二五”科技規劃中提出了“科技與經濟緊密結合，將促進科技成果轉化為現實生產力作為主攻方向”的戰略方針。①濟南大學設立了材料物理專業合金方向，旨在培養掌握材料制備（或合成）、材料加工、材料的結構與性能測定及應用等方面的基本原理和實驗技能的高素質人才。

作為應用型專業，金屬材料工程專業強調理論與實踐、開發與應用相結合。在專業教學過程中，實驗教學是高等學校教學體系的重要組成部分，其對于提高學生的專業綜合素養、培養學生創新精神與思維、鍛煉學生的動手能力及分析與解決實際問題的實踐能力均具有不可或缺的作用。②③為進一步順應社會的發展與人才的需求，經過多年的積累與努力，我校（濟南大學）對本科專業人才培養方案進行了相應修訂，對專業課程教學體系進行了調整與完善，提出了培養學生的綜合素質與創新能力的目標，從專業課程設置、課程實驗設置、綜合性實驗和設計性試驗設置、研究性創新實驗設置等四個方面，拓寬了實驗教學方法，豐富了專業實驗教學內容。金屬材料工程專業實驗教學的開設與建立，將有利于培養學生將理論與實際相結合的能力，針對實際情況利用理論分析、解決實際問題的能力，其對學生的實驗技能的提高、理論知識的理解、創新思維的培養均具有良好的促成作用。

1 結合專業發展，專業課程設置支撐實驗教學

材料物理專業合金方向的專業必修課程包括“金屬工藝學”、“金屬學與熱處理”、“金屬材料成型技術”、“金屬材料性能與測試”、“合金材料基礎”等等。基于金屬材料工程專業的發展，我校本科專業人才培養方案做了相應調整，增設了“金屬功能材料”、“金屬基復合材料”等專業方向選修課程，并設置了“先進材料科技進展”、“材料腐蝕與防護”等專業任選課。

在新增設的課程中，選用了“十二五”國家重點圖書出版規劃項目之材料科學研究與工程技術系列圖書，針對磁性材料、導電功能材料、形狀記憶合金、儲氫材料、光學功能材料、非晶態合金、超導材料及生物醫學功能材料進行了闡述。功能材料對電子信息、生物技術、航空、航天等一大批高科技產業起著支撐和先導作用。除此之外，有目的地增設了“材料腐蝕與防護”課程。該門課程以物理化學為基礎，涉及材料電化學、金屬學、表面科學、工程力學等多門學科。通過該門課程的講解，可引導學生關注節能環保技術的發展，開闊學術視野，為學生將來從事有關金屬腐蝕與防護方面的工作或研究奠定基礎。endprint

專業課程的設置，是整個教學體系的重要組成部分。而實驗教學可增強學生對于所學知識的理解，培養學生發現問題、解決問題的能力，真正實現活學活用，對啟迪與培養學生的創新意識與思維具有重要的作用。

2 促進專業學習，課程實驗輔助實驗教學

在專業課程合理配置基礎上，針對部分課程的特點，設立相應的課程實驗，其可對實驗教學起到一定的輔助作用。比如，在“金屬學與熱處理”授課過程中，設立了觀察金屬金相組織的課程實驗；針對“現代材料測試技術”課程內容，設立了試樣掃描電鏡觀察、X射線衍射分析以及晶體光學性能觀察等相應課程實驗內容；針對“材料物理”課程內容，設立了測定試樣霧度、測量溫度對材料超導性影響的課程實驗；針對“金屬材料性能與測試”課程內容，設立了測定不同組織鑄鐵強度與硬度的課程實驗。

在課程實驗進行過程中，不僅深化了學生對于課程內容的理解，更是鍛煉了學生基本的實驗技能。同時，課程實驗的開設，也可系統整合金屬材料工程專業的實驗教學資源，為合理配置實驗設備、優化實驗內容提供了途徑。

3 加深專業素養，開設綜合性實驗與設計性試驗

在金屬材料工程實驗教學過程中，除增設相應課程實驗以外，需進一步整合實驗資源、改進教學的內容和教學手段，開設綜合性實驗與設計性實驗，充分調動學生在實驗過程中的積極性，培養其創新能力。金屬材料工程專業的實驗教學側重于學生對于材料內基本結構、工藝、性能及其相互間關系的研究，要求學生通過實驗獲得基本實驗數據的同時，能夠結合實驗數據對實驗結果進行分析。綜合性實驗與設計性實驗的開設，對學生專業知識的掌握與理解、創新能力的培養具有重要的作用。

綜合性實驗指實驗內容涉及相應課程的綜合知識或運用綜合的實驗方法、實驗手段培養學生的知識、能力、素質的實驗。在前期專業課程基礎知識鋪墊的基礎上，綜合性實驗要求學生具備一定的基本操作技能，并可在實驗過程中運用課程的綜合知識，是對學生進行綜合技能培養的實驗教學方法。④⑤我校材料物理專業合金方向已設立題為“合金配制、微觀組織與性能表征”的綜合性試驗，針對諸如亞共晶、共晶、過共晶Al-Si合金等合金體系進行不同熔體處理，要求學生從合金配制、微觀組織觀察、力學性能方面綜合表征熔體處理對合金的影響。學生通過閱讀實驗講義的指導內容，制定出合理實驗方案，確立一系列實驗過程并完成合金材料的配制與性能測試。在此過程中，學生需認真處理實驗數據，將其進行畫圖和列表，在此基礎上對實驗結果進行分析討論，獨立完成實驗報告。

設計性實驗是指學生在老師的指導下，根據給定的實驗目的、原理和實驗條件，自行設計實驗方案，確定實驗方法，選定試驗所用設備，并獨立完成實驗過程并學會對相應實驗結果進行總結分析的實驗。⑥設計性實驗是材料類專業的一個重要的實踐教學環節，特別是對于金屬材料工程專業。針對材料物理專業合金方向，我校設立了“Fe-C合金化學成分、處理工藝對其組織和性能的影響”設計性實驗，其旨在培養考察材料專業本科學生對專業知識、專業技能的掌握和運用。通過合金鋼的鑄造、熱處理工藝，以及熱處理之后對材料性能、組織成分的檢測等材料制備整個流程的設計實驗，要求學生設計實驗方案、進行實驗過程操作、對實驗制備得到的試樣進行性能檢測和成分分析，掌握材料的化學成分、顯微組織分析、建立熱處理工藝與性能之間的聯系，加深學生對專業基礎及專業課的理解，為學生的畢業設計打下堅實的基礎。

4 構建開放式實驗室，設立研究性創新實驗，教學相長

為進一步豐富實驗教學內容，做到因材施教，充分發揮學生的主動性和創造性，較優秀的學生可以參與到專業教師的相關科研活動中。通過研究性創新實驗的開設，可將實驗教學與科學研究活動相結合，增加了實驗的研究性與應用性。同時，由于研究內容的前沿性，給了學生耳目一新的感覺，學生可針對課題進行文獻檢索，調動學生的研究與學習興趣，促使學生擴大了視野、開拓了思維，還可以促進產、學、研的高效結合。⑦

此外，研究性創新實驗的確立，也可促進開放性實驗室的構建。在此過程中，可改變原來封閉的實驗室環境，確立自主、開放型的實驗教學模式。首先，在實驗室開放時間上，不僅僅限定在特定授課時間開放，可在實驗室人員有效監管條件下，學生提前預約，實現學生自主選擇實驗時間。這在一定程度上，可有效促進實驗室開放力度，提升實驗室儀器、設備利用率，盡量實現每位學生都有實際操作與動手的機會。其次，在實驗教學過程中，學生會遇到各種理論與實際問題，有些問題甚至專業指導教師一時無法作答。在此情況下，學生可根據需要查閱相關數據庫，結合檢索情況與指導教師相互討論，從而將教學、實踐緊密結合在一起，實現教學相長。此外，在實驗教學開展過程中，要時刻注意對學生安全意識的培養，確保實驗過程中每位學生的人身安全，避免出現安全事故。⑧

金屬材料工程的實驗教學效果，需要通過實驗過程中學生的表現以及實驗結果等信息不斷反饋，并結合反饋信息來逐步完善與改進實驗教學內容與方法。由于金屬材料工程是理工結合、強理論性、重實踐性的綜合性學科，本科實驗教學對于培養學生的綜合素質、創新意識具有重要的作用。如何在實驗教學過程中，提高學生自主學習的積極性，激發學生探求知識的欲望，培養學生的創新思維與能力，還需不斷加大實驗教學改革力度，不斷探索實驗教學的創新模式。

基金項目：“多維互動技術在金屬專業課堂教學中的探索與應用”，濟南大學校級教學研究項目，項目編號：J1403

注釋

① 趙杰，鄒龍江，程從前，戚琳.金屬材料工程專業實驗教學的設想及實踐[J].中國現代教育裝備，2014.21：1-2，5.

② 王勇，畢鳳琴，張旭昀，王力霞，方華，孫麗麗，趙曉京.金屬材料工程專業綜合開放型創新實驗教學體系探索[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2009.1-2：137-138.

③ 吳海江，劉龍飛，唐果寧，顏建輝，郭世柏，李會強，吳玉蓉.金屬材料工程專業綜合創新實驗教學改革研究[J].當代教育理論與實踐，2013.5（7）：109-111.

④ 鄒祖莉.設計實驗與科學素質的培養[J].貴州師范大學學報，1997.15（2）：299-301.

⑤ 汪冬梅，尤顯卿，劉寧，鳳儀，鄭玉春，劉玉.關于金屬材料工程專業開設綜合性和設計性實驗的探討[J].合肥工業大學學報（社會科學版），2007.21（4）：68-71.

⑥ 張可方.水處理技術綜合性實驗的組合和開設[J].實驗室研究與探索，2006.25（8）：966-968.

⑦ 桑瑋瑋，王鑫.淺析金屬材料專業的實驗教學改革[J].教育教學論壇，2012.24：119-120.

⑧ 王建華，蘇旭平，王鑫銘，石英.“金屬材料工程”專業綜合實驗的教學改革[J].實驗室研究與探索，2007.26（3）：81-82，150.endprint