徐京　陳卓　謝群　姚德偉　楊弋濤

摘要：利用多媒體互動金相實驗教學(xué)系統(tǒng)，加強了師生的互動交流，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，并組織學(xué)生參加全國大學(xué)生金相技能大賽，通過總結(jié)參賽經(jīng)驗，改善教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新意識，有效地改善了金相實驗教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：金相實驗；教學(xué)方法；多媒體互動；金相大賽

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0036-02

隨著社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，應(yīng)用型人才的需求量正不斷增加。高等院校人才培養(yǎng)應(yīng)以提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力為重點，不斷加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，努力探索應(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)模式。金屬材料工程是一門理論知識抽象、應(yīng)用性很強的學(xué)科，與生產(chǎn)實際緊密結(jié)合。由于實驗教學(xué)在高校實踐教學(xué)中扮演著重要角色，因此，金屬材料工程專業(yè)實驗課程在整個專業(yè)培養(yǎng)方案中就顯得更為重要。金相技術(shù)是綜合研究金屬及合金成分、組織與性能之間內(nèi)在關(guān)系的重要研究方法，因此，改進金相實驗教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義。

一、金相實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

以往的金相實驗教學(xué)模式是學(xué)生先在課堂上學(xué)習(xí)理論知識，包括金相顯微鏡的原理、使用方法和金相樣品制備方法，然后再分組進入實驗室學(xué)習(xí)實驗技能。由于受到實驗場地大小、金相顯微鏡老舊和試樣種類數(shù)量的限制，教師很難直觀系統(tǒng)地講解和指導(dǎo)，也很難對所有學(xué)生進行實驗演示，教學(xué)過程中學(xué)生和教師之間缺乏互動和共同分析探討的機會。此外，由于做實驗的時間有限，學(xué)生可能沒有認真體會和掌握具體的實驗操作方法，對于金相顯微鏡的構(gòu)造、原理和使用方法很可能是一知半解，很難達到實驗要求。因此，在傳統(tǒng)的金相實驗課中存在著互動交流性差、實踐機會少等問題，造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，興趣不濃，一些學(xué)生沒能很好地掌握金相技術(shù)，也就很難利用金相技術(shù)進一步分析金屬材料顯微組織結(jié)構(gòu)，教學(xué)效果不理想。對這種傳統(tǒng)的金相教學(xué)方法進行改進顯得十分必要。

二、金相實驗教學(xué)方法的改進思路和實踐

1.引進多媒體互動金相實驗教學(xué)系統(tǒng)。隨著信息化的發(fā)展和本科生教學(xué)規(guī)模的擴大，傳統(tǒng)的實驗課教學(xué)方式已經(jīng)很難實現(xiàn)小班教學(xué)的模式。由此而來的大班教學(xué)模式也帶來了諸多問題，比如實驗的演示無法顧及所有學(xué)生，學(xué)生也很少有機會在課堂上直接與教師之間有所互動，學(xué)生上機操作機會大大減少，等等。為進一步提升本科實驗教學(xué)質(zhì)量，改善實驗教學(xué)效果，引進了多媒體互動金相實驗教學(xué)系統(tǒng)。多媒體互動金相實驗教學(xué)系統(tǒng)是建立在“多媒體網(wǎng)絡(luò)教室”上的互動式金相圖像分析系統(tǒng)?！岸嗝襟w網(wǎng)絡(luò)教室”是一套應(yīng)用于校園局域網(wǎng)和多媒體網(wǎng)絡(luò)教室的教學(xué)應(yīng)用軟件，它針對多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和實際學(xué)校應(yīng)用環(huán)境進行分析和優(yōu)化處理，具有強大的教學(xué)能力和便捷的操作能力。該系統(tǒng)中教師機是控制中樞，學(xué)生機是受控終端，教師機與學(xué)生機構(gòu)成一個小型局域網(wǎng)。在課堂上，教師機可以實時播放或演示金相顯微鏡中的活動影像，監(jiān)視各個學(xué)生的顯微鏡視場和計算機運行狀態(tài)，因此，教師可以將金相顯微鏡的調(diào)焦和尋找最佳視場等過程都演示出來，實時對照講解，學(xué)生可以邊聽邊自己調(diào)焦，選擇視場，加深了印象，使學(xué)生能更快地掌握金相顯微鏡的使用方法和注意事項。教師還可以針對金屬材料顯微組織中的特征相或組織進行講解，指導(dǎo)學(xué)生觀察顯微圖像，辨別各種類型組織。教師可以在教師主機上查看所有學(xué)生樣品的觀測情況，制備金相樣品時教師可以切換有代表性的學(xué)生觀察視場演示給所有學(xué)生看，現(xiàn)場進行針對性講解，讓學(xué)生相互比較，相互交流，知道了如何才能制備出高質(zhì)量的金相試樣。通過讓所有學(xué)生都參與討論，使得整個課堂氣氛活躍起來。這樣不僅可以具體指導(dǎo)學(xué)生實驗，而且鍛煉了學(xué)生的動手能力和分析問題能力，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在以往的金相實驗課中，學(xué)生遇到金相顯微鏡的操作問題或者看不懂的組織要詢問教師時，學(xué)生只能站在一旁，由教師看顯微鏡，再給學(xué)生演示或講解，由于學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)還不夠扎實，學(xué)生經(jīng)常表述不清具體位置或問題，教師就很難具體講解，很多時候要反復(fù)多次才能解決一個問題，費時費力，效率很低?，F(xiàn)在，借助系統(tǒng)中的監(jiān)控軟件，教師和學(xué)生能同時在各自的計算機上觀察同一個圖像畫面，學(xué)生如果在實驗操作中遇到問題，可以通過電子舉手的方式隨時向教師發(fā)出互動交流請求或提問，教師可與任意選定的學(xué)生通話，進行圖像的實時指導(dǎo)，或是參與學(xué)生們的討論，方便了教師及時解決學(xué)生在實驗中遇到的疑難問題，提高了實驗課的教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生還可以以小組的形式，在自己設(shè)備上觀察自己小組其他成員的金相照片，便于根據(jù)不同工藝尋找金相組織演變規(guī)律。同時，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)計算機之間的文檔傳輸和資源共享，學(xué)生可以隨時提交自己拍攝的金相照片給教師作為課堂作業(yè)，教師查看后將信息反饋給學(xué)生，也可以將學(xué)生提交的實驗結(jié)果通過投影儀進行演示，供所有學(xué)生一起探討和學(xué)習(xí)。在監(jiān)控系統(tǒng)的控制下，教師在自己的計算機上能夠監(jiān)視所有學(xué)生計算機的狀態(tài)，上課時如果有學(xué)生利用計算機做與本次實驗課無關(guān)的事情，教師能馬上在教師機上察覺并提醒學(xué)生注意，有效地改善了課堂紀律，提高了實驗教學(xué)的效果。

2.以賽促學(xué)。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐精神、提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力、促進各高校在實驗教學(xué)方面的經(jīng)驗交流，全國高校材料學(xué)科實驗教學(xué)研究會經(jīng)高等學(xué)校實驗室工作研究會批準后成立，并先后舉辦了四屆全國大學(xué)生金相技能大賽。在學(xué)校的支持下，學(xué)院積極組織學(xué)生參加了近三屆全國大學(xué)生金相技能大賽，取得了優(yōu)異的成績。

大賽分為預(yù)賽、復(fù)賽和決賽三個階段進行。其中，預(yù)賽由各參賽高校在本校范圍內(nèi)自行組織；復(fù)賽和決賽在大賽承辦單位進行。根據(jù)大賽的要求和競賽規(guī)則，結(jié)合實驗室的自身條件，學(xué)院認真制定了合理的預(yù)賽規(guī)則，舉辦了三屆校內(nèi)預(yù)賽，由學(xué)生自愿報名參加。根據(jù)預(yù)賽學(xué)生的成績，擇優(yōu)參加全國大賽。從校內(nèi)預(yù)賽的比賽情況來看，學(xué)生參加的積極性非常高。由于在金相實驗教學(xué)中，實驗室教師將金相大賽的要求融入到了課堂教學(xué)中，一方面有助于學(xué)生更好地掌握金相制樣的基本方法，更快地提高制備高質(zhì)量金相試樣的能力；另一方面，采用了多媒體互動金相實驗教學(xué)系統(tǒng)，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)金相技術(shù)和參加金相競賽的積極性。學(xué)生通過參加比賽，鞏固了金相學(xué)的基礎(chǔ)知識，提高了理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題的能力。確定了參加全國大賽的學(xué)生后，對他們進行了金相實驗技術(shù)的集中訓(xùn)練，包括金相樣品的制備和金相顯微鏡的正確使用。在進行顯微觀察之前，試樣必須經(jīng)過磨光與拋光。磨料選擇的適當與否，對制備好金相樣品是極其重要的。在訓(xùn)練中，針對不同材料適合的磨光與拋光磨料進行了多次摸索，對學(xué)生制作過程中出現(xiàn)的問題及時糾正，對出現(xiàn)的疑難問題進行有針對性的訓(xùn)練。例如，第三屆大賽只提供水砂紙，這類砂紙的粘結(jié)劑通常是非水溶性粘結(jié)劑，砂粒之間的間隙較小，磨出的試樣碎屑也較小，在水沖刷的條件下使用時碎屑會隨水流出，從而保持砂紙使用面的鋒利度。水磨時，試樣與砂紙的相對速度比較大，可以很快地把較深的劃痕或坑點去除，但由于摩擦力較大，不容易控制，容易磨出兩個甚至更多的平面，而干磨的速度雖然可能會慢一點，但比較穩(wěn)妥。由于實驗室條件的限制，平時實驗教學(xué)只讓學(xué)生學(xué)習(xí)了干磨的操作方法。為了讓學(xué)生多掌握一種制備樣品的方法，并適應(yīng)大賽的要求，在教學(xué)時讓學(xué)生嘗試在預(yù)磨機上水磨，賽前也對水磨進行了針對性訓(xùn)練，提高了學(xué)生機械磨光的能力和技巧。此外，學(xué)生在制備球墨鑄鐵試樣時，試樣總是產(chǎn)生石墨曳尾、污染和脫落等問題，為了解決這些問題，教師通過查閱相關(guān)文獻資料、和學(xué)生一起磨光和拋光，很大程度上提高了學(xué)生制備球墨鑄鐵試樣的質(zhì)量。通過參加全國金相大賽，不僅提高了學(xué)生的材料分析能力和金相制樣水平，也在平時訓(xùn)練和比賽過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題。經(jīng)過校內(nèi)預(yù)賽和集中訓(xùn)練，學(xué)生對制樣的操作方法和技巧已經(jīng)基本掌握，但是對金相實驗的基本理論以及金屬材料的專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握的還不夠扎實，對知識的應(yīng)用能力也比較欠缺。例如，第三屆大賽要求比賽學(xué)生在制備好金相試樣后，要對試樣的顯微組織進行判斷，一些學(xué)生已經(jīng)可以制備出高質(zhì)量的金相樣品，但對不同鋼種以及同一鋼種不同熱處理工藝下的顯微組織形態(tài)認識得不夠全面，導(dǎo)致在判斷試樣的組織時出現(xiàn)了失誤，因此沒能取得更好的成績。參賽的學(xué)生是從預(yù)賽中選拔出來的，他們在金相實驗技能方面相對比較優(yōu)秀，那么對于其他大多數(shù)學(xué)生來說，可能這方面的問題更為突出一些。因此，在后面的實驗教學(xué)中，進一步加強了學(xué)生對基本理論的學(xué)習(xí)，并提供了多種材料以及多種工藝條件的試樣進行實驗，同時也增加了磨光、拋光磨料的種類，要求學(xué)生對不同材料的顯微組織進行辨認并說出材料的大概成分和工藝，提高了學(xué)生學(xué)以致用的能力。

通過引進多媒體互動金相實驗教學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)了師生互動式教學(xué)，使學(xué)生加深了對基礎(chǔ)理論的理解，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和積極性；與此同時，積極組織學(xué)生參加全國大學(xué)生金相技能大賽，提高了學(xué)生應(yīng)用知識的能力，有效地改善了金相實驗教學(xué)質(zhì)量，為應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。