柯德慶 吳 潤(rùn) 趙惠忠武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 湖北武漢 430081

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工程材料學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

柯德慶 吳 潤(rùn) 趙惠忠
武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 湖北武漢 430081

摘 要：本文分析了工程材料學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的常見(jiàn)問(wèn)題，提出了一種綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并探討了這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施和成效。實(shí)踐表明:綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而培養(yǎng)具有專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。

關(guān)鍵詞：工程材料學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新型復(fù)合人才

工程材料學(xué)這門(mén)課程是機(jī)械類(lèi)和材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)主干課程，該課程一般安排在材料科學(xué)基礎(chǔ)、金屬熱處理二門(mén)課程之后，與材料力學(xué)性能課程同學(xué)期開(kāi)出，其教學(xué)思路一般為：機(jī)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(xué)性能能滿(mǎn)足該受載情況和抵御失效→引導(dǎo)出組織與鋼種選定→該類(lèi)鋼的熱處理工藝及力學(xué)性能等。工程材料學(xué)教學(xué)內(nèi)容多、涉及知識(shí)面廣，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)該課程時(shí)內(nèi)容繁多和需要記憶部分太多[1]。若能走進(jìn)實(shí)踐中親眼看看這些機(jī)器零件，體會(huì)這些機(jī)器運(yùn)載方式，則學(xué)習(xí)起來(lái)事半功倍。

目前，與之配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程一般為基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，主要穿插在理論課程中，并且依附于理論教學(xué)的進(jìn)度[2]，例如常用合金鋼的顯微組織觀(guān)察和分析、熱處理工藝的制訂、布洛維硬度檢測(cè)等等。工程材料學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，但當(dāng)今大多數(shù)高校重理論輕實(shí)踐，導(dǎo)致實(shí)際教學(xué)中理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常無(wú)法有機(jī)結(jié)合，各實(shí)驗(yàn)課程間缺乏關(guān)聯(lián)性和整體性，造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，更不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[3]。鑒于此，我校特對(duì)工程材料學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，整合原來(lái)附屬于理論課程的單個(gè)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)設(shè)專(zhuān)業(yè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)具有專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

21世紀(jì)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才的關(guān)鍵時(shí)期，加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革刻不容緩。實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)理論教學(xué)更具直觀(guān)性、 實(shí)踐性、 綜合性和創(chuàng)新性，它具有課堂理論教學(xué)所不可替代的作用，并且能將所學(xué)理論知識(shí)充分運(yùn)用于實(shí)踐中 。理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是培養(yǎng)學(xué)生具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的不可或缺的重要方面。

當(dāng)前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中存在許多問(wèn)題亟須解決：從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面看，以驗(yàn)證性、演示性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較陳舊；從實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀(guān)念看，過(guò)分重視理論知識(shí)傳授、輕視動(dòng)手能力培養(yǎng)，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論教學(xué)的附屬品，使其機(jī)械依附于理論課程；從實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法看，實(shí)驗(yàn)方法比較落后，給予學(xué)生在自主方面的機(jī)會(huì)和空間很少，缺乏對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

我校將傳統(tǒng)的依附于理論教學(xué)的單一實(shí)驗(yàn)課程改革為綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)課程，具體思路如圖1所示。實(shí)驗(yàn)課上，教師提供給學(xué)生工程上常見(jiàn)的各類(lèi)失效零件，學(xué)生自由分組討論本組的零件的失效形式，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)可行性的鋼種并進(jìn)行熱處理工藝操作，最后檢測(cè)力學(xué)性能是否合格。另外，我們還提出了一個(gè)鋼種多種用途的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想。例如：GCr15一般用作軸承套圈，有時(shí)也用作沖模和量具。根據(jù)其不同工況條件，學(xué)生設(shè)計(jì)不同的熱處理工藝以滿(mǎn)足其性能要求。這種綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)遵循理論教學(xué)的基本思路，二者相互契合，能充分激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。學(xué)生能積極思考問(wèn)題，并運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。

圖1 綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

(1)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法過(guò)于單一，通常是學(xué)生課前預(yù)習(xí)并完成預(yù)習(xí)報(bào)告，之后在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，教師進(jìn)行簡(jiǎn)單的講解后學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)講義一步一步完成實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間比較緊張，學(xué)生很難獨(dú)立思考，并且學(xué)生自由發(fā)揮的余地很少，因而很難提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，不利于培養(yǎng)具有專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。我校通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍、整合實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備資源、全天候開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室并讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供了良好的實(shí)驗(yàn)條件，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

(2)網(wǎng)上答疑。近年來(lái)，因高校連續(xù)擴(kuò)招和部屬院校歸地方管理等原因，導(dǎo)致教學(xué)投入不足，許多實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的技術(shù)性能低，實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的陳舊 、落后已經(jīng)是一個(gè)極其突出的問(wèn)題，已經(jīng)不能適應(yīng)創(chuàng)新教育對(duì)人才培養(yǎng)的要求。創(chuàng)新教育要求實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段要緊跟社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合。我校將實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源整合，形成了一個(gè)信息化的網(wǎng)上互動(dòng)平臺(tái)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到任何問(wèn)題都可以適時(shí)與教師探討，學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體而教師只需輔助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。

(3)科研項(xiàng)目。科研項(xiàng)目一般是本行業(yè)相關(guān)的比較熱門(mén)和亟須解決的問(wèn)題。教師將科研項(xiàng)目分割成幾個(gè)不同的小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生先了解相關(guān)研究背景，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最后親自動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生既了解了相關(guān)行業(yè)的前沿科學(xué)問(wèn)題，又提升了動(dòng)手能力。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施與成效

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的是提高學(xué)生的動(dòng)手能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選定不同的失效零件，依據(jù)已掌握的基本理論知識(shí)，進(jìn)行鋼種設(shè)計(jì)、熱處理工藝和實(shí)施方案設(shè)計(jì)及每個(gè)環(huán)節(jié)的獨(dú)立動(dòng)手操作等來(lái)完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，這樣就把學(xué)生推到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前臺(tái)，使學(xué)生真正成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體。通過(guò)一系列的過(guò)程，學(xué)生能夠深刻體會(huì)材料—工藝—組織—性能之間的聯(lián)系，并且能運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)聯(lián)系操作過(guò)程來(lái)指出組織中的缺陷產(chǎn)生的原因并分析其對(duì)性能的影響。能把知識(shí)應(yīng)用到分析和解決問(wèn)題上，這才是學(xué)習(xí)的真正目的。

通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生個(gè)性發(fā)展提供了自由空間，適應(yīng)了不同學(xué)生的興趣和需要。當(dāng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生濃厚的興趣時(shí)，他就能夠積極地思考，大膽地探索，變被動(dòng)為主動(dòng)。通過(guò)網(wǎng)上答疑，學(xué)生玩手機(jī)和電腦的時(shí)間大大減少，成績(jī)明顯比上一屆學(xué)生好。教師也能感受到學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和動(dòng)手能力更加扎實(shí)。通過(guò)科研項(xiàng)目，學(xué)生能夠解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題。學(xué)生參加各類(lèi)比賽能夠獲得獎(jiǎng)勵(lì)，畢業(yè)論文也能夠順利獲得省級(jí)優(yōu)秀論文，從而大大提升學(xué)生的成就感。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有較高的綜合性和知識(shí)的滲透性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程與解決實(shí)際科研問(wèn)題具有較高的相似性。綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠給學(xué)生提供一個(gè)良好的自我能力展示的機(jī)會(huì)，而且能夠鼓勵(lì)和幫助學(xué)生將自己的優(yōu)勢(shì)最大限度地發(fā)揮出來(lái)。另外，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不同于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和演示性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅要對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)有深入了解，而且對(duì)其他知識(shí)也必須有一定的了解，因而能夠拓寬學(xué)生知識(shí)面、提高其綜合素質(zhì)?？傊C合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而培養(yǎng)具有專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。

參考文獻(xiàn)

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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(jiǎn)介：柯德慶，在讀博士研究生，工程師。吳潤(rùn)，博士，教授。趙惠忠，博士，教授。

收稿日期：2015-07-01