工程教育認證背景下的金屬學與熱處理實驗教學改革與實踐

王澤民 龐靈歡

摘 要：金屬材料專業中熱處理實踐課程是較為基礎的實踐課，對于高素質應用型人才培養具有重要的作用。隨著熱處理學科的發展以及工程認證教育背景下，進而對金屬材料實驗教學提出了更高的要求，文章介紹了金屬學與熱處理實驗教學改革、實踐與思考，為金屬材料實驗教學的發展提供相關參考。

關鍵詞：工程教育認證；金屬材料；熱處理；實驗教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：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了金屬材料專業，預期目標是通過理論教學來讓學生初步掌握金屬的熱處理工藝與組織性能變化相關的理論，同時掌握熱處理工藝的設計、微觀組織和性能檢測方法。金屬熱處理實驗課程作為理論與實踐工藝相結合的課程，是專業課程學習中不可或缺的部分。通過對金屬熱處理實驗課程的學習，使學生能夠掌握相關的實驗技能以及更加深入的理解相關理論知識。工程教育認證背景下，對金屬材料專業人才培養提出了更高的要求，包括人才培養方案的設置、師資隊伍配備以及辦學條件配置等。由于傳統的實驗教學內容和模式過于陳舊，實驗項目更新不夠，實驗內容與先進熱處理工業界相關的聯系不夠，這都影響了實驗教學質量的提高以及高素質應用型人才的培養，故對金屬學與熱處理實驗教學的改革迫在眉睫。

一、金屬學與熱處理實驗教學的現狀

第一、實驗教學體系和模式的現狀。重視理論教學，輕視實驗教學，是金屬材料工程專業人材培養過程中，一直都存在的問題，這與強調課業成績而忽視培養人材創新能力是有關的。其傳統的金屬學與熱處理實驗教學，大多以教師實驗為主，學生多是按照教師所做的實驗來得到結果，或者是按照課程大綱上所規定的步驟來逐一完成實驗，并沒有設置開放性的實驗項目，也沒有給予學生間在理論和實驗操作上的互動，只是單純的執行著自己那份任務，無法在實驗進行過程中使得學生的創新或者操作能力得到提升，實驗教學效果得不到提升。

受傳統教學模式的影響，教學活動多是一對多的形式展開。學生大多根據實驗指導書中的實驗步驟進行實驗操作，無法體現學生學習自主性。當然，對于低年級的專業學習這是由必要的，因為沒有基礎知識的理解就不可能追求創新型的學習。但是，對于高年級專業同學來說，需要增加一些體現綜合能力和創新型的實驗項目，例如：失效分析項目，開放實驗項目以及團隊合作實驗項目等。

第二、實驗技術教學隊伍的現狀。除此之外，實驗教學師資力量也是制約實驗教學水平的一個重要方面。大多數高校實驗教學人員配置不足，人員年齡和職稱結構不夠合理，例如：教師總體年齡偏高，學歷、職稱較低。雖然經驗豐富，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踐，實際經驗不足，都會導致難以出現優異的指導效果，影響培養人才質量。

第三、理論與實驗教學的聯系現狀。現階段下，我國部分高校對于金屬學與熱處理實驗教學的操作還不夠完善，并且其在理論教學與實際操作方面也還存在著大量的問題，亟待解決。在理論教學中，其更多的是重視金屬材料的固態相變原理，而在實際的實驗操作中，則會出現各種不確定的現象，比如：淬火過程中操作的快慢，會導致冷卻速度不同，最終淬火后的效果也不一樣。只有將理論學習與實踐內容的有效銜接后，實驗教學的教學效果才能得到提升，有利于高質量人才的培養[2]。

二、金屬學與熱處理實驗教學改革措施

第一、實驗教學模式和方式的改革。熱處理實驗內容是按照理論課教材相配合而進行實驗教學，但是這種實驗教學往往比較零散，教學內容不成體系，使得學生學習之后沒有前后聯系的感覺，且實驗內容得不到創新。所以，我校的課程中采用獨立設置課程實驗的方式來教學，金屬熱處理實驗課程為一周的實驗課程。

實驗過程中，根據不同材料所要達到的性能要求，使得學生在確定目標的前提下，進行查閱資料，確定實驗方案，設計實驗步驟并將實驗任務完成，例如：設計不同的熱處理工藝，并對其組織和性能進行檢測和表征。教師在過程中只提供一些指導不進行實際的實驗操作。這是由于工程教育認證準則要求，實驗過程中學生自主對問題進行思考和自行獨立的工藝操作過程，進而提高學生自主思考和操作能力。

實驗過程中學生可能根據自己的理解進行步驟實驗，可能實驗結果與書本內容存在差異，但是學生會在方案操作中認識到自身不足和實驗操作中的錯誤，無形中增加了其對實驗的理解。最后，進行課程匯報，將出現的問題提出來大家共同討論，給出原因，教師最后點評。這增加了學生對金屬材料的認識，對今后的學習也有了新的認知。

總之，教學過程中，教師不但要向學生傳遞理論知識，還要使學生熟練的掌握相關的實際動手操作流程。由于熱處理實驗中所涉及金屬材料較多，無論是從物理性能還是化學成分角度來開展教學，其所涉及到的內容都較為多，所以學生在學習過程中，也要采用多種方式、靈活多樣的教學手段，例如：虛擬教學系統等，讓學生學習過程中產生興趣，對已掌握的基礎理論知識的深化理解。

第二、強化實驗過程考核和評價。在實施階段要先選定課題題目，進而根據小組形式開展實驗活動。在開始之前，小組之間要根據課題進行分析，進而設計出可行實驗方案，進而根據實驗方案來準備相應材料和相關資料，以此作為實驗前的準備，最后通過一系列實驗操作，完成實驗。在課題實施過程中大多學生對如何操作無從下手，因此，在實驗階段就需要教師根據課題來進行詳細分析，進而協助學生在實際操作中運用所學理論知識進行操作，以保證項目得以實施。除此之外，在課題實施階段，教師還要引導學生自主思考，能夠對操作中存在的問題及時發現、及時處理，進而能順利完成課題人物。教師在實驗題目選擇方面要根據小組情況進行選題，進而告知注意事項。

當實驗完成之后，小組之間就實驗完成過程和完成情況進行交流和溝通，且通過討論的方式在課堂中與其它小組進行交流。在交流過程中教師要根據學生所提出的意見給予一定引導和鼓勵，使其能進一步創新方案，激發學生創新意識。當小組課程實施完畢之后還要進行課堂總結，以補充實驗中不完整問題。這樣不但使學生提高了創新精神，還能增加其實踐動手能力，提高學生的學習興趣。

改革評價模式的中心在于評價學習過程也評價學習結果，將其評價與實驗過程融合起來，這樣在一定程度上可以全方位對學生的成長情況進行了解，記錄好學生學習能力全部過程。進而達到實行教學評估改變以往單一教學評價模式，鼓勵學生自主進行評價，這樣能在一定程度上促使學生在最大范圍內認可評價結果[3]。

第三、實驗技術教學團隊的建設。在開展熱處理實驗教學時，必須要重視專業教師隊伍的構建，只有理論與實踐并重的教師才能夠保證熱處理實驗最終完成效果能夠達到預期目標。而優秀的教師，除了能夠教授學生基本的理論知識與實驗操作外，還能夠引導其對實驗進行創新與開發，在已學知識的基礎上進行拓展，提高自身的創造與實踐操作能力。由此可以看出，構建一支專業素質高，且具備強勁的引導力，能夠幫助學生在不斷地學習與實踐當中獲取更高的學識，這對于學生日后就業也同樣具有非常現實的意義。與此同時，還應對學科發展情況、設備改進以及教學模式進行更進一步的了解。作為實驗指導教師，為了能夠使自己的技能以及實驗進展滿足現代化社會不斷發展的需求，其便需要定期進行再學習與專業技能再培訓，使自己能夠始終站在行業的行列，并且能夠為學生提供更加專業的教學。除此之外，在開展實驗時，教師還需要針對每位學生的特點來因人而異地去開展指導，使學生能夠通過探索問題、分析問題、找到導致問題出現的原因，然后提出相應的解決方法。并且不斷地激發學生的學習興趣，使其能夠在枯燥的實驗中，獲取學習的興趣，并且使整個熱處理實驗教學變得更加的生動有趣。

第四、熱處理實驗教學安排和實驗裝備的更新。在合理安排熱處理時，一定要在教學表中體現出來，并將其安排在教學中，值得注意的是，一定要將實驗安全在理論后面，這樣能使學生對內容有一定的了解，之后進行實驗，可加深理解，能達到事半功倍的效果。當完成金屬學實驗、材料分析、材料性能等相關實驗課程，在實行熱處理實驗時能較為完整地運用所學理論知識。在開展實驗時要嚴格按照流程來執行，以此預防在進行實驗途中試樣出爐發生安全隱患。之后運用熱處理實驗設備，值得注意的是，運用熱處理實驗設備時需確保完善的運行情況。定期對所有實驗教材進行校對，杜絕發生各種低級失誤或者是安全隱患，減少因器材問題所導致的實驗效果差的現象。

三、金屬學與熱處理實驗教學實施案例

以前的金屬熱處理實驗中，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要求，以至于學生對于熱處理后無法評定其工藝設計的質量高低。改革后，對實驗的要求為根據材料的化學成分，設計達到指定力學性能的熱處理工藝。

改革后的實驗項目名稱為“鋼的熱處理工藝設計與性能檢測”。實驗目的：運用所掌握的金屬學與熱處理知識，根據對多種材料所提出力學性能指標，設計合理的熱處理工藝參數以達到性能指標。同時，對熱處理后力學性能與標準的差異進行了分析。實驗要求和任務：對鋼的組織與性能產生影響的加熱速度、溫度以及冷卻時間等進行仔細記錄。實施設定好的實驗方案，將工藝操作和測定實驗數據做健全。解析實驗數據，書寫實驗報告。進行課題交流小結[3]。

熱處理實驗教學改革之后充分調動了學生對實驗課程的興趣。尤其是分組實驗以及匯報總結中，不同分組之間會提出不同的實驗方案和想法，對操作的可行性、操作步驟等都會進行詳細分析和探討，進而確保了實驗最終結果合理性，使得學生在實驗中都能從理論上思考出現的問題。除此之外，教學改革中著重對學生創新能力進行了培養，所以從目前來看，學生對方案的設定和操作能力都得到了同步提高，這對學生今后發展有著重要影響。教學改革后，學生的學習方式和教師的教學模式上都得到了創新，使得教學效果方面得到了提升。

四、金屬學與熱處理實驗教學改革的建議

1. 注重學科主干知識。金屬學與熱處理實驗是針對金屬材料的成分、組織以及性能間的基本規律認識與實踐的課程。如何通過熱處理工藝的實施提升金屬材料的力學性能，有效發揮材料的最大使用潛力，是該課程的知識結構中較為重要的主干知識。實驗課程中需運用以上主干知識為材料進行改性處理。

2. 挑選和有關學科較為重要的知識。金屬學和熱處理課程中的教學內容，杜絕重復的出現非常重要。對重點的、非常重要的知識給予深入學習和了解，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。將有關學科中的知識可做選修內容，比如金屬性能、變形、內力等。在學習物理時，已經學過，進行學習金屬學與熱處理可杜絕重復講授。

3. 加大學生動手能力的培養。提高學生實際操作能力，選取合適的教學任務實施，取其精華去其糟粕，來達到用人單位的要求。例如：金屬相熱處理的組織轉變和力學性能等方面。不同種類鋼的熱處理工藝制定與應用，需加大該方面的應用案例的校企合作實驗課程教學。

4. 提升學生科學文化素質。如果課時非常少，需將重點放在講解主干知識和實踐中去，同時還能安排有關的選修內容。有助于提升學生眼界與思路，提升科學文化素質，旨在為今后的深造打下堅實的基礎。

金屬熱處理實驗屬于理論與實踐相結合的教學模式，所以在進行理論教學的同時在實踐方面也要進行相應改革，進而才能達到學以致用效果。教學模式的改革還需要有高素質教師的支持，所以在教學改革的同時教師也要進行一次新的創新和改革，能夠通過培訓和進修、引進等方式，吸引更多高素質教師的加入，這是熱處理實驗教學改革的根本。對于教師來說，其在教學過程中想要改革，那么必須要有改革創新意識，能夠系統的安排教學方法，以此制定合理教學方案，達到金屬學及熱處理實驗教學改革目的。

五、結束語

基于工程教育認證下的金屬學與熱處理實驗想要做到改革主要從理論與實踐兩方面進行創新，進而才能做到改革目的。而改革的主體是教師和學生，只有這兩方面在創新和自主性方面發揮有效性，才能真正達到改革效果，才能提高教學質量和有效率，才能使學生將所學知識合理運用到實踐中去。因此，教師要指導學生全面的了解熱處理學科的主要內容，增強研究意識，在以上基礎上提升創新意識和創新精神。另外，還需要在一定程度上使得學生對課程產生非常大的興趣愛好，激起學生的求學欲望，為學生學習專業課打下基礎。

參考文獻：

[1]秦海英，倪華良，李陽陽，等.《金屬熱處理實驗》課程的教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2018（24）：126-127.

[2]李涌泉，耿桂宏，蔣亮，等.民族高校金屬材料及熱處理課程教學改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2017（03）：67-68.

[3]楊琳，李黎忱，鄧世岐.工程認證背景下金屬材料熱處理實驗教學改革探索[J].高教學刊，2016（13）：71-72.