馮義成　姜文勇　王麗萍　康福偉　俞澤民

摘要：基于金屬材料工程“卓越工程師”試點專業(yè)背景及人才培養(yǎng)目標，開設了技能訓練實踐課。介紹了技能訓練的實施過程及實驗教學方法，改革了傳統(tǒng)實驗課模式，注重培養(yǎng)學生的動手能力，分析問題、解決問題的能力，提高學生的專業(yè)技能綜合素質和創(chuàng)新能力，激發(fā)學生學習金屬材料工程專業(yè)知識的積極性和主動性。

關鍵詞：金屬材料工程；實驗教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）13-0244-02

一、引言

金屬材料工程專業(yè)屬于實踐性較強的學科，實驗教學質量的提高對于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應用型高級工程技術人才是非常重要的。哈爾濱理工大學金屬材料工程專業(yè)為國家重點特色專業(yè)，省級重點專業(yè)，所在的學科擁有碩士、博士學位授予權且可接收博士后進站從事科研工作。主要培養(yǎng)從事金屬材料設計、制備、組織性能分析、材料液態(tài)成型及加工的科學研究、工程技術、生產開發(fā)及經營管理等方面的高級工程技術人才。為貫徹落實《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）》，教育部實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）重大改革項目。哈爾濱理工大學金屬材料工程專業(yè)有幸成為黑龍江省“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點專業(yè)。為此，針對“卓越計劃”制定單獨的培養(yǎng)方案，增大實踐教學學時及力度。實踐教學是高校教學工作中最生動、最關鍵的一環(huán)，是高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才的重要途徑。實驗教學作為實踐教學的重要組部分，與學科結構、課程體系和教學改革等有著非常密切的關系，是理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)，是提高整體教學質量的根本保證，對培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、動手能力、分析和解決實際問題能力等方面有著不可替代的作用。實驗教學也是學生畢業(yè)設計、工作研究、研究生深造的前提和基礎，在高校人才培養(yǎng)中地位尤其重要。

針對卓越工程師背景下金屬材料工程專業(yè)實驗教學改革要求以及本專業(yè)的培養(yǎng)目標，在原有培養(yǎng)方案的基礎上增加技能訓練科目，在實驗內容、方法等方面進行改革與探索，旨在培養(yǎng)學生的自主學習意識，鍛煉學生動手能力和獨立解決問題的能力，提高學生學習的積極性和培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。本文著重論述了技能訓練科目在實驗教學改革中實施的方法、過程及取得的成效，為促進金屬材料工程專業(yè)實驗教學改革提供思路和方向。

二、技能訓練教材建設

傳統(tǒng)實驗課程的主導思想就是為了對課堂上所授的理論知識加以驗證、鞏固和加深。多采用驗證性實驗為主，采用教師講解、動畫演示和實驗錄像等方法，甚至有些實驗還局限于理論教學范疇。實驗內容陳舊，與實際生產脫節(jié)。金屬材料工程專業(yè)開設的技能訓練科目在傳統(tǒng)實驗課的基礎上，貫徹科學發(fā)展觀，以人為本，以學生為主體，增加了學生學習的主動性，在實驗材料的選取、實驗方案制定、以及工藝制定等方面以學生為主，指導教師進行答疑及指導。

在技能訓練科目中選取的實驗內容中一部分與球墨鑄鐵生產有關，并制定了球墨鑄鐵生產綜合實驗指導書。選取實驗內容有：球鐵成分、球鐵型砂、芯砂混制及造型工藝，球墨鑄鐵的熔制，球墨鑄鐵的熱處理，球墨鑄鐵的金相組織觀察，球墨鑄鐵的力學性能測試。所涉及的課程有金屬學原理、熱處理工藝、造型材料、合金熔煉、金屬材料學、現代金相、材料物理性能、鑄造工藝學等課程，有些實驗內容在課程的專項實驗中進行過演示實驗。隨著經濟的不斷發(fā)展，新技術的不斷涌現，材料相關企業(yè)在實際生產中采用了更多的先進生產技術，在教材和實驗指導書的編制過程中引入最新的生產工藝、設備，注重有關行業(yè)標準的學習及使用，可使學生畢業(yè)后在工作崗位上盡快的進入角色。例如在金相組織觀察實驗中，將球化率、球化等級、石墨球大小等級等檢測方法的國家標準附錄教材中，實驗前讓學生預習，實驗中能參照國家標準或行業(yè)標準的實驗內容讓學生嚴格按照標準進行執(zhí)行，熟悉企業(yè)產品、理化檢測流程，了解企業(yè)產品質量管理體系。另外，在教材建設中引入實驗設計方法、實驗數據處理方法等內容，培養(yǎng)學生自主學習、自主制定實驗方案的能力，鍛煉學生的創(chuàng)新性思維。

三、教學方法

傳統(tǒng)實驗教學方法基本上是以灌輸、模擬、演示、實驗錄像、驗證為主，在實驗中，學生按照實驗老師的要求完成規(guī)定的實驗內容，甚至學生不能親手進行實驗操作，很多實驗教學采取小組循環(huán)做某個實驗的形式，教師重復指導，往往容易造成學生形成思維定勢，不能很好地調動學生學習的主動性。

金屬材料工程專業(yè)設置的技能訓練科目，采用綜合實驗的形式，實驗內容靈活多變，力求結合生成實際。實驗前，理論課老師進行專題講解，實驗課老師精講實驗內容及方法，引導學生進行思考和討論，并啟發(fā)學生設計實驗方案，培養(yǎng)學生綜合實驗能力。在實驗過程中學生在指導教師的指導下自己完成每個實驗過程，并對實驗數據進行分析處理，獨立完成實驗報告。例如，在球鐵生產綜合實驗中，學生在實驗中要完成爐料配制計算、混砂、造型、鐵水熔煉、球化孕育處理、澆鑄、爐前快速檢驗、球化等級評定、金相試樣制備、熱處理工藝制定、力學性能測試等實驗內容。并且進行工藝、成分、組織和性能之間的關聯(lián)分析，充分理解金屬材料專業(yè)理論知識。材料的成分設計和工藝設計（包括制備工藝和處理工藝）都與材料的組織和性能密不可分，通過技能訓練科目可以掌握球鐵生產過程中材料的制備、加工、處理、組織結構、性能和應用的全過程、全方面的知識和技術。

四、實施過程

傳統(tǒng)實驗課中以實驗課教師為主，通過實驗課老師的講解及演示完成實驗教學內容。金屬材料工程專業(yè)技能訓練科目的指導教師采用理論課教師和實驗課教師相結合，教授、學術造詣深、教學經驗豐富的老師和剛參加工作不久的青年教師相結合的形式，充分發(fā)揮了理論和實踐相結合及經驗豐富的教授幫帶入行較淺的青年教師的教學效果，以及教學傳承作用。傳統(tǒng)實驗教學一般采用循環(huán)分組的形式，技能訓練科目也采用分組的形式，但采用平行分組的形式，即每組學生的實驗流程一致，但每組學生的試樣材料的成分不同，處理工藝不同。每組10人，配備兩個指導教師（理論課教師和實驗課教師），每組同學的實驗內容不同，并且做到每個學生至少持有一個試樣。每組同學的試樣組合在一起就能組成一個完整的實驗內容。不同組學生的試樣組合在一起，就能組成一個實驗體系，該實驗體系能夠反映材料成分、工藝、組織和性能之間相互影響、相互聯(lián)系的密切關系。能夠使學生把理論和實踐很好的聯(lián)系在一起。這樣既能鍛煉學生自主學習能力、動手能力、創(chuàng)新能力，又能培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神。endprint

例如，本實驗中要求學生制備出QT400—18、QT500—7、QT800—2等不同牌號的球鐵，根據給定的實驗任務，讓學生進行制定實驗方案。首先讓學生了解不同牌號球鐵所要求的基體組織，QT400—18的基體組織為鐵素體組織，QT500—7的基體組織為鐵素體和珠光體混合組織，QT800—2的基體組織為珠光體組織，然后根據要求的基體組織選取合適化學成分和合金元素。另外，球墨鑄鐵在生產過程中比較容易產生皮下氣孔，在本實驗中選取不同水含量的型砂進行生產試驗，讓學生了解生產中型砂檢驗方法及皮下氣孔控制方法。再者，在球墨鑄鐵生產中，球化處理工藝也是一個重要環(huán)節(jié)，本實驗設計中開設了不同球化處理工藝、不同球化劑加入量及鐵水保溫時間對效果的影響，讓學生了解爐前快速檢測方法。學生學會如何使用三角試片觀察球化鐵水質量，并且增加了熱力學法檢測球化鐵水質量，與現代工業(yè)生產技術保持一致。在實驗過程中，學生既訓練了專業(yè)技能，又可驗證以往所學理論知識；既可以熟悉、了解先進的儀器設備，又可以通過查閱資料，進行深入理論研究，加強了創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，激發(fā)了學生對金屬材料研究的興趣。

五、考核方法

實驗操作現場考核，動手實踐能力；在操作現場考核中，著重考察學生制定實驗方案的合理性，實驗操作的規(guī)范性和對待實驗的認真態(tài)度，同學之間的相互協(xié)作能力。實驗報告書面評價，實驗報告包括每個學生寫一份試驗報告及每組學生共寫一份綜合實驗報告；在實驗報告書面評價中，著重考察學生的試驗數據處理能力以及觀察問題、分析問題和解決問題的能力。提問答辯考核，考核理論聯(lián)系實際、學習效果。在提問答辯考核環(huán)節(jié)，了解學生在技能訓練中所學的知識，提出問題，啟發(fā)學生的思考。最后，對每小組的實驗情況進行點評，指出優(yōu)點和不足，利于學生進步。

六、教學效果

在技能訓練科目中，對金屬材料工程專業(yè)的實驗教學進行了改革和實踐，形成了涵蓋材料設計、材料制備、材料處理、組織觀察、性能檢測的全流程、全方面的學生實踐內容，形成了金屬材料工程專業(yè)的基本技能訓練模塊，有助于提高學生綜合知識能力，激發(fā)了學生專業(yè)學習的興趣與激情。在提問答辯環(huán)節(jié)，有的學生說要是這樣的實驗課早些上，我們的專業(yè)理論課會學得更好；有的學生說，學校應該多開些這樣的課，這樣課使我們的學習更有激情。

七、存在問題及建議

技能訓練科目開課時間在第7學期末，為期為2周。技能訓練科目的時間較短，學生不能充分、深入的進行實驗分析，技能訓練任務需要提前布置，學生利用課余時間進行準備。技能訓練科目時間短，任務重，指導老師和學生經常利用晚上時間進行實驗；另外，實驗經費緊張，有部分實驗設備陳舊，現正擬采用學科建設經費及制定相關政策逐步解決，保證后續(xù)實驗教學改革實施。

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