工程材料學實驗教學改革探索

柯德慶 吳 潤 趙惠忠武漢科技大學材料與冶金學院 湖北武漢 430081

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工程材料學實驗教學改革探索

柯德慶 吳 潤 趙惠忠
武漢科技大學材料與冶金學院 湖北武漢 430081

摘 要：本文分析了工程材料學實驗教學中存在的常見問題，提出了一種綜合性、設計性的實驗教學模式，并探討了這種實驗教學改革的實施和成效。實踐表明:綜合性、設計性實驗教學能充分發揮學生的主體作用，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，從而培養具有專業素養的高層次創新型復合人才。

關鍵詞：工程材料學；實驗教學改革；綜合性、設計性實驗；創新型復合人才

工程材料學這門課程是機械類和材料類專業的一門專業主干課程，該課程一般安排在材料科學基礎、金屬熱處理二門課程之后，與材料力學性能課程同學期開出，其教學思路一般為：機器、零件的工作狀況→主要失效方式與受載情況→需要什么樣力學性能能滿足該受載情況和抵御失效→引導出組織與鋼種選定→該類鋼的熱處理工藝及力學性能等。工程材料學教學內容多、涉及知識面廣，學生普遍反映學習該課程時內容繁多和需要記憶部分太多[1]。若能走進實踐中親眼看看這些機器零件，體會這些機器運載方式，則學習起來事半功倍。

目前，與之配套的實驗教學課程一般為基礎性驗證實驗，主要穿插在理論課程中，并且依附于理論教學的進度[2]，例如常用合金鋼的顯微組織觀察和分析、熱處理工藝的制訂、布洛維硬度檢測等等。工程材料學是一門實驗科學，但當今大多數高校重理論輕實踐，導致實際教學中理論教學和實驗教學通常無法有機結合，各實驗課程間缺乏關聯性和整體性，造成學生學習興趣不濃，更不利于培養學生獨立發現問題、分析問題和解決問題的能力[3]。鑒于此，我校特對工程材料學實驗教學進行了改革，整合原來附屬于理論課程的單個實驗，開設專業綜合性、設計性實驗以培養具有專業素養的高層次創新型復合人才。

1 實驗教學存在的問題

21世紀是培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才的關鍵時期，加強高校實驗教學改革刻不容緩。實驗教學相對理論教學更具直觀性、 實踐性、 綜合性和創新性，它具有課堂理論教學所不可替代的作用，并且能將所學理論知識充分運用于實踐中 。理論教學和實驗教學都是培養學生具有創新精神和實踐能力的不可或缺的重要方面。

當前，實驗教學改革中存在許多問題亟須解決：從實驗內容方面看，以驗證性、演示性的基礎實驗為主，實驗內容比較陳舊；從實驗教學觀念看，過分重視理論知識傳授、輕視動手能力培養，把實驗教學作為理論教學的附屬品，使其機械依附于理論課程；從實驗教學方法看，實驗方法比較落后，給予學生在自主方面的機會和空間很少，缺乏對學生動手能力的培養。

2 實驗教學改革的內容

2.1 實驗教學內容改革

我校將傳統的依附于理論教學的單一實驗課程改革為綜合性、設計性的實驗課程，具體思路如圖1所示。實驗課上，教師提供給學生工程上常見的各類失效零件，學生自由分組討論本組的零件的失效形式，教師引導學生設計可行性的鋼種并進行熱處理工藝操作，最后檢測力學性能是否合格。另外，我們還提出了一個鋼種多種用途的實驗設計思想。例如：GCr15一般用作軸承套圈，有時也用作沖模和量具。根據其不同工況條件，學生設計不同的熱處理工藝以滿足其性能要求。這種綜合性、設計性的實驗教學遵循理論教學的基本思路，二者相互契合，能充分激發學生的主動性和創造性。學生能積極思考問題，并運用所學專業知識分析問題和解決問題。

圖1 綜合性、設計性實驗教學思路

2.2 實驗教學方法改革

(1)開放實驗室。傳統的實驗教學方法過于單一，通常是學生課前預習并完成預習報告，之后在規定的時間進入實驗室，教師進行簡單的講解后學生按照實驗講義一步一步完成實驗，得出實驗結果。實驗教學時間比較緊張，學生很難獨立思考，并且學生自由發揮的余地很少，因而很難提升學生分析問題和解決問題的能力，不利于培養具有專業素養的高層次創新型復合人才。我校通過優化實驗教師隊伍、整合實驗儀器設備資源、全天候開放實驗室并讓學生自己設計實驗，為學生提供了良好的實驗條件，能夠充分調動學生的積極性并培養學生創新意識。

(2)網上答疑。近年來，因高校連續擴招和部屬院校歸地方管理等原因，導致教學投入不足，許多實驗儀器設備的技術性能低，實驗教學手段的陳舊 、落后已經是一個極其突出的問題，已經不能適應創新教育對人才培養的要求。創新教育要求實驗教學手段要緊跟社會經濟發展的步伐，實驗教學要與現代信息技術相結合。我校將實驗教學資源整合，形成了一個信息化的網上互動平臺。學生在實驗中遇到任何問題都可以適時與教師探討，學生成為實驗的主體而教師只需輔助學生完成實驗。

(3)科研項目。科研項目一般是本行業相關的比較熱門和亟須解決的問題。教師將科研項目分割成幾個不同的小實驗，學生先了解相關研究背景，并設計實驗方案，最后親自動手完成實驗。在整個實驗過程中，學生既了解了相關行業的前沿科學問題，又提升了動手能力。

3 實驗教學改革的實施與成效

實驗教學改革的目的是提高學生的動手能力和培養學生的創新意識。通過綜合性、設計性實驗，學生根據自己的興趣選定不同的失效零件，依據已掌握的基本理論知識，進行鋼種設計、熱處理工藝和實施方案設計及每個環節的獨立動手操作等來完成整個實驗過程，這樣就把學生推到了實驗教學的前臺，使學生真正成為實驗教學的主體。通過一系列的過程，學生能夠深刻體會材料—工藝—組織—性能之間的聯系，并且能運用自己所學的知識聯系操作過程來指出組織中的缺陷產生的原因并分析其對性能的影響。能把知識應用到分析和解決問題上，這才是學習的真正目的。

通過開放實驗室，為學生個性發展提供了自由空間，適應了不同學生的興趣和需要。當學生對實驗產生濃厚的興趣時，他就能夠積極地思考，大膽地探索，變被動為主動。通過網上答疑，學生玩手機和電腦的時間大大減少，成績明顯比上一屆學生好。教師也能感受到學生的專業知識和動手能力更加扎實。通過科研項目，學生能夠解決實際生產中的問題。學生參加各類比賽能夠獲得獎勵，畢業論文也能夠順利獲得省級優秀論文，從而大大提升學生的成就感。

4 結束語

綜合性、設計性實驗對學生提出了更高的要求，實驗內容具有較高的綜合性和知識的滲透性，實驗過程與解決實際科研問題具有較高的相似性。綜合性、設計性實驗教學能夠給學生提供一個良好的自我能力展示的機會，而且能夠鼓勵和幫助學生將自己的優勢最大限度地發揮出來。另外，綜合性、設計性實驗不同于驗證性實驗和演示性實驗，學生不僅要對相關專業知識有深入了解，而且對其他知識也必須有一定的了解，因而能夠拓寬學生知識面、提高其綜合素質。總之，綜合性、設計性實驗教學能充分發揮學生的主體作用，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，從而培養具有專業素養的高層次創新型復合人才。

參考文獻

[1] 袁廣銀.基礎理論與前沿研究相結合——工程材料學教學體會[J].中國現代教育裝備,2013(19):23-24.

[2] 韋青燕.專業課程實驗教學研究與探索[J].實驗科學與技術,2013(4):111-114.

[3] 呂霞付,王平,羅萍.加強實驗教學示范中心建設，培養學生創新能力[J].實驗技術與管理,2013(5):95-98.

[4] 王長生,王宇飛,肖宏濱,朱利敏.《機械工程材料學》綜合性實驗教學改革與實踐[J].實驗室科學,2008(2):29-32.

On Experimental Teaching Reform of Engineering Materials Science

Ke Deqing, Wu Run, Zhao Huizhong
School of Materials and Metallurgy, Wu Han University of Science and technology,Wuhan, 430081, China

Abstract:The common problems existing in engineering materials science experiment teaching was analysied and a comprehensive and designing experiment teaching mode was proposesed, and the implementation and results of the reform of experiment teaching was discussesed. Practice shows that the comprehensive and designing experiment teaching can give full play to students' main body function, improve the students found the problem, the ability to analyze and solve problems, to cultivate high-level innovative complex talents with professional accomplishment.

Key words:engineering materials science; reform of experiment teaching; comprehensive and designing experiments; innovative complex talents

作者簡介：柯德慶，在讀博士研究生，工程師。吳潤，博士，教授。趙惠忠，博士，教授。

收稿日期：2015-07-01