金相實驗教學課程改革與探索

冀宣名，馬 瑞，萬明攀，李 偉

（貴州大學 材料與冶金學院，貴州 貴陽 550025）

進入21世紀，我國的高等教育進入了突飛猛進的發(fā)展時期，由精英教育進入普及教育階段。但是，隨著社會的高速發(fā)展，尤其是工業(yè)化進程的加快，對高校的人才培養(yǎng)也提出了更高的要求。對于工科學生來說，社會既要求其掌握扎實的理論知識，又要求其必須具備一定的實踐動能力。為了更好地服務于社會發(fā)展，同時為了貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》，中華人民共和國教育部實施了卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，其目的是加快我國由工程教育大國轉(zhuǎn)向工程教育強國的步伐，培養(yǎng)一批具有較高創(chuàng)新能力，同時能夠適應經(jīng)濟發(fā)展的高素質(zhì)人才，為我國工業(yè)的高速發(fā)展提供動力［1-3］。

材料是工業(yè)發(fā)展的基礎，是決定一個國家發(fā)展水平的基石，是多學科交叉互助的結(jié)晶。材料科學與工程是一門研究材料發(fā)展規(guī)律、調(diào)控改善材料性能的學科，其學科發(fā)展目的是揭示材料成分、微觀組織、性能及服役之間的關系，進而調(diào)整材料組織形貌優(yōu)化服役能力，最終或者性能優(yōu)良的材料。而金相實驗技術是材料研究和工業(yè)檢測的常用技術手段，也是相關材料學科學生必須掌握的一項基礎技術，是材料人立身的基礎。因此，不斷更新優(yōu)化金相實驗教學，提高材料科學與工程專業(yè)學生實踐動手能力，能更好地使學生培養(yǎng)過程與實際工業(yè)需求相符合，有利于培養(yǎng)具有較高競爭力的優(yōu)秀畢業(yè)生［4-5］。

一、金相實驗教學課程的特點

金相實驗教學是一門實踐動手能力要求很高的實驗課程，其目的是培養(yǎng)學生掌握獲得良好金相圖像的方法和技巧，鍛煉學生的實踐動手能力，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，為學生解決實際問題奠定基礎。其主要包括金相試樣的制備、金相組織觀察、金相組織的保存（金相攝影）。金相試樣的制備主要包括取樣、磨樣、拋光和腐蝕等步驟，每一個步驟都要求學生具有較好的實踐動手能力，任何一步出錯都無法獲得良好的金相試樣。比如，在磨樣過程出現(xiàn)斜面甚至多個面，在拋光過程出現(xiàn)劃痕去除不徹底、拖尾等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)非常的危險情況，在腐蝕過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題是腐蝕過度或者不均勻等，每一個錯誤都會影響后續(xù)的實驗，都將導致最終無法實現(xiàn)實驗效果。組織觀察階段，不光要求學生具有較好的實踐動手能力，能夠熟練操作金相顯微鏡，同時要求學生具有扎實的理論基礎。比如，不了解金相成像的原理及扎實的金相組織基礎，可能使得學生不了解自己觀察到的組織是什么，是否需要完善，怎么完善，而金相組織的保存又要求學生具有一定的電腦基礎。

金相實驗教學要求較高但其又是所有材料類專業(yè)的基礎實驗課程，是材料專業(yè)所有后續(xù)實驗的先導，基本上所有材料專業(yè)均開設有此實驗，希望通過此專業(yè)實驗，提高學生的實踐動手能力，為后續(xù)的學習及工作奠定基礎。

二、金相實驗教學的現(xiàn)狀

材料專業(yè)是既基礎又具創(chuàng)新性的專業(yè)，有些學習內(nèi)容晦澀難懂。大多數(shù)學校金相實驗教學的模式主要是學生先在課堂上學習常用的金相組織，然后進入專業(yè)實驗室進行實驗課程的學習。在實驗室通常先由指導教師講授金相試樣的制備流程、金相顯微鏡的結(jié)構與原理，同時告知學生在實驗過程中可能出現(xiàn)的風險，然后帶著學生簡略走一遍實驗流程，最后安排學生自己進行實踐操作。受實驗課時的限制，金相試樣主要是批量采購專業(yè)實驗耗材生產(chǎn)機構出產(chǎn)的標準尺寸試樣，這樣就可以省卻試樣的選取和粗磨，節(jié)約了時間，試樣制備壓力小。標準化的試樣雖然方便了試樣的制備，節(jié)約了時間，學生和導師都得到方便，但其與實際工業(yè)應用嚴重脫節(jié)，在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多時候需要進行金相分析的是工業(yè)零件或者成品，其應用和形狀的不同均影響試樣的切取，比如齒輪斷裂和用淬火后組織的觀察，其取樣方法和位置截然不同，所以在金相組織觀察過程中取樣是很關鍵的一步，但現(xiàn)在大多數(shù)高校實驗教學中均省略了這一步。同時，統(tǒng)一采用標準化的金相試樣，其組織必然是千篇一律且是最簡單的標準組織，與實際生產(chǎn)過程中的組織必然存在較大的差距。隨著工業(yè)化的高速發(fā)展，簡單的碳鋼在高端產(chǎn)業(yè)的應用范圍越來越小，材料合金化越來越普遍，鈦合金等強度高、質(zhì)量輕的金屬得到越來越廣泛的應用，而現(xiàn)在學校金相觀察依然是采用碳鋼。在金相實驗教學試樣選擇方面，大多數(shù)學校已經(jīng)與實際情況嚴重脫節(jié)，導致學生學習到的東西在畢業(yè)后應用不多，嚴重影響了學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

高校有限的經(jīng)費往往優(yōu)先投入科研方面，優(yōu)先采購能帶來較大科研成果的設備，在本科實驗教學方面投入有限。大部分的金相教學實驗室設備簡陋、臺套數(shù)不足，同時設備帶“病”上崗。學生能實際動手操作的金相顯微鏡基本為最簡單的型號，光源多采用最便宜的燈泡且無濾組件，基本無法獲得清晰的組織。同時，由于不帶采集系統(tǒng)，學生只能簡單了解原理和操作方法，少量精確度較高且?guī)Р杉到y(tǒng)的金相顯微鏡，學生基本上也沒有動手操作的機會，只能流水般觀察一遍。通過這樣的金相教學，學生基本只能了解大致的操作流程和基本原理，實踐動手能力得不到有效的鍛煉。

對部分管理者和教師而言，實驗教學是理論教學的輔助，是次要的，簡單走個過程就行。同時，不能通過實驗教學發(fā)好文章，也不能申請項目，對職稱評定沒有多大意思，對考核也沒多大影響，所以這部分人員從思想上不太重視實驗教學就，進而在實驗教學過程中敷衍了事，只為完成基本任務。對金相實驗教學的不重視，導致金相實驗教學的形式化、過場化。

三、金相實驗教學改革探索

（一）轉(zhuǎn)變教學理念

材料實驗教學是鍛煉學生實際動手能力的重要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及提高學生創(chuàng)新能力的重要一步。材料實驗教學應該堅持以人為本、學有所用的理念，根據(jù)學校發(fā)展定位，依據(jù)區(qū)域發(fā)展需求，對學生培養(yǎng)目標作出準確定位［6-7］。作為材料學科的基礎實驗教學，金相實驗教學應在保證基礎認知的基礎上，結(jié)合學生實際能力進行多層次培訓，培養(yǎng)學生運用現(xiàn)代分析測試手段解決實際工程問題的能力，進而提高學生的綜合能力。課程無主次、更無尊卑，要從思想上提高學生對金相實驗教學的認識，改變實驗教學只是輔助的認知，給予實驗教學以足夠的重視，只有對金相實驗教學重視起來，其才能起到應有的作用［8］。近年來，學院對此進行了一系列改革，專門成立了實驗中心，把實驗課程從理論課程中獨立出來，有專門人員獨立進行實驗課程的教學，從課程設置上提高金相實驗教學的地位。同時，調(diào)整實驗人員考核標準，加大教學環(huán)節(jié)的考核占比，減少科研占比，使得實驗人員能全身心地投入實驗教學，有效地提高了實驗教學的地位和教師的積極性。

（二）優(yōu)化課程內(nèi)容

卓越工程師教育培養(yǎng)計劃要求學生在具有扎實理論的基礎上，具有較強的實際動手能力，工業(yè)化的高速發(fā)展，要求學生具有解決實際工程問題的能力，這些都要求實踐教學需緊密結(jié)合實際生產(chǎn)情況。以前，金相實驗教學主要是提供常用碳鋼給學生，讓其完成制樣后進行組織觀察并與標準組織對照，其組織均為典型組織，學生興趣不大。同時，隨著社會的高速發(fā)展，工業(yè)材料合金化越來越普遍。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，由于合金元素的加入，其組織形貌更加復雜化，這時，在金相實驗教學中，再單純地分析典型碳鋼材料會導致實踐教學與社會實際生產(chǎn)脫節(jié)，導致學生在校學習的實踐內(nèi)容在畢業(yè)后無用途，嚴重影響畢業(yè)生的發(fā)展。為了改善這一不足，使得學生學有所用，增加學生實踐能力，同時也為貴州本地工業(yè)化進程貢獻一份力量。近年來，在金相實驗教學改革的過程中，教研室及實驗中心教師走訪相關材料行業(yè)，了解企業(yè)實際需求，并結(jié)合實際情況，對金相實驗教學進行了一定的調(diào)整，在保證傳統(tǒng)驗證型實驗的基礎上，增加了以實際分析需求為導向的綜合性實驗。學生以工廠實際生產(chǎn)材料為實驗材料，比如以本地鋼繩企業(yè)的盤條作為金相觀察的原材料，對相同成分不同爐號以及不同成分的盤條進行取樣觀察，分析其生產(chǎn)平穩(wěn)性及成分對組織的影響，同時，引導部分學生對失效組織進行分析，探索組織對其性能的影響。在這一過程中，由于實驗結(jié)果的不確定性和多樣性，增加了實驗的趣味性，學生的激情得以提高，同時，由于實驗過程結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)情況，在實驗教學過程中，學生不但學會了完整的試樣制備流程及組織觀察，而且鍛煉了實踐動手能力。

（三）加強對金相實驗教學課程的投入

從學科發(fā)展來說，工科的研究成果是靠設備堆出來的，同理，金相實驗教學的基礎也是設備，如果沒有好的顯微觀察設備，就無法觀察到好的金相組織。基礎版的顯微鏡只能讓學生簡單了解實驗原理而無法得到充分的鍛煉，同時會打擊學生的積極性。近年來，學院多方籌措經(jīng)費，購置了多臺帶有采集系統(tǒng)的金相顯微鏡，讓學生的金相組織觀察不再流于模糊的肉眼觀察，而是能夠把顯微組織保存下來進行后續(xù)分析。

（四）加強實驗室開放性項目

為充分發(fā)揮學校科研優(yōu)勢，提高學生解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。學院結(jié)合教師與企業(yè)的實際科研課題，同時尋求學校的支持，設置了一批內(nèi)容豐富、形式靈活的實驗室開放項目，引導有興趣、主動性強的學生提前參與科學研究過程。實驗室開放實驗以學生自我完成為主、教師指導為輔，在教師的指導下，學生組隊設計題目，自己選擇材料，自己完成相關實驗并寫金相分析總結(jié)，結(jié)題多以報告和答辯的形式進行，同時為了激發(fā)學生的積極性，對表現(xiàn)較好的學生給予一定的獎勵。

（五）以賽促教，以賽促改

與各類學科競賽一樣，實驗技能競賽對調(diào)動學生實驗學習積極性、增強學生實際動手能力和提高綜合素質(zhì)方面有一定作用。以大賽為提高契機，檢驗學生實際動手水平，學校每年資助經(jīng)費組織學生參加全國大學生金相技能大賽、大學生材料綜合技能大賽等學科相關賽事。在多輪次選拔過程中，學生不斷探索、不斷思考，實踐動手能力得到了極大的提升。學院教師通過指導學生參賽，發(fā)現(xiàn)自身不足并改進，促進實驗教學改革，加快教學質(zhì)量的提高，同時將實驗技能競賽引入課堂，使學生提升實驗興趣以及學習實驗技能的積極主動性。通過以賽促教、以賽促改、以賽促學，不斷提升材料學科人才質(zhì)量。實驗技能競賽為材料學科實驗教學的改革打開一扇新的大門，教學與競技比賽相融合，是培養(yǎng)學生動手、提高學生科研思維的新方法［9］。

（六）加強實驗隊伍建設

實驗技術人員是實驗教學及實驗室管理的重點，其人員質(zhì)量直接影響著教學質(zhì)量及實驗室建設，為了保證實驗教學的穩(wěn)定提高，需要不斷優(yōu)化實驗隊伍［10］。學校、學院及專業(yè)多方聯(lián)動，組織相關培訓及安排相關人員外出學習，加強實驗技術人員對現(xiàn)代教育理念、教育手段的掌握，同時掌握相關設備的操作和維修手段。在對現(xiàn)有人員進行培養(yǎng)的同時，制定相關福利政策，吸引優(yōu)秀人才，鼓勵高學歷年輕教師到實驗崗位。

結(jié)語

在“雙一流”、工程教育認證及“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的背景下，實踐教學的地位越來越重要，成為辦好高等教育的重要組成部分，但是其面臨的挑戰(zhàn)也越來越多。貴州大學材料與冶金學院在分析金相實驗教學特點及問題的基礎上，以服務地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展、提高材料學科畢業(yè)生綜合素質(zhì)為出發(fā)點，從轉(zhuǎn)變教學理念、優(yōu)化課程內(nèi)容、以賽促教、以賽促改等方面進行了一定的教學改革探索。有力保證了金相實驗教學活動的高質(zhì)量運行，極大提高了學生的實際動手能力和前沿創(chuàng)新意識，為培養(yǎng)適應貴州現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才提供了有力保障。