張明華　董新龍　陳江瑛

摘 要 工程材料課程設(shè)計性實驗教學(xué)內(nèi)容的開設(shè)，能加深學(xué)生對常用工程材料的認識，拓展他們的知識面，提高學(xué)生的主動思考與實踐動手能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和參加實驗的積極性和主觀能動性。學(xué)生的積極參與，也促使我們不斷改善實驗條件，改革實驗教學(xué)模式，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 工程材料 實驗教學(xué) 設(shè)計性實驗

中圖分類號：G424 文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.01.050

Research and Practice of Carrying out Designing Experiment

in Engineering Materials Experimental Teaching

ZHANG Minghua， DONG Xinlong， CHEN Jiangying

Abstract Engineering Materials courses design experiment teaching content， to deepen students 'understanding of common engineering materials， expand their knowledge and improve students' active thinking and practical ability to inspire students to learn and participate in the experiment enthusiasm and initiative. Active participation of students， but also prompted us to continue to improve the experimental conditions， the reform of experimental teaching model to improve the quality of teaching experiments.

Key words engineering materials; experimental teaching; designing experiment

國家對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求隨著高等教育的不斷發(fā)展而不斷提高，創(chuàng)新教育已成為高等教育在新時期發(fā)展的必經(jīng)之路。在進一步推進制度創(chuàng)新、理念創(chuàng)新和文化創(chuàng)新的同時，要充分認識實踐的重要作用，理念創(chuàng)新引領(lǐng)實驗教學(xué)的改革和發(fā)展已經(jīng)成為目前研究和探索的熱點。①②

能源、信息和材料是現(xiàn)代社會和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱，學(xué)習(xí)并掌握工程材料的基本知識對于工科院校學(xué)生來說有重要意義。工程材料從應(yīng)用角度出發(fā)，講述了材料科學(xué)基本理論，使學(xué)生能充分認識材料的成分、加工工藝、組織、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，了解材料牌號及這些材料組織狀態(tài)、力學(xué)性能等，對車輛工程、機械工程、航空航天等領(lǐng)域的各種金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域的設(shè)計研發(fā)工作具有重要意義。③④為拓展學(xué)生知識面，加強學(xué)生對基本工程材料的認識，培養(yǎng)其實踐動手能力，開設(shè)相應(yīng)的工程材料課程和相關(guān)的實驗教學(xué)是必要的。并且實驗教學(xué)的效率也直接影響到學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實踐動手能力、綜合分析能力以及科研創(chuàng)新能力的提高。⑤⑥⑦

通過工程材料的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生在掌握材料的基本知識及基本理論的基礎(chǔ)上，具備對結(jié)構(gòu)零件進行合理選材及制定零件工藝路線的初步能力。并且通過合理設(shè)置實驗提高學(xué)生的實際動手能力，加深并強化課堂理論教學(xué)的理解，提高實驗操作技能。

1 實驗任務(wù)書的制定

為了滿足實驗教學(xué)的需要，原有開設(shè)的實驗項目有： （1）硬度計及硬度試驗;（2）鐵碳合金平衡組織分析;（3）碳鋼經(jīng)熱處理組織分析。本次設(shè)計性實驗（典型機械零件選材及熱處理）是在碳鋼熱處理實驗的基礎(chǔ)上進行改進，結(jié)合前述實驗以及教師講授的課堂理論，學(xué)生自己完成實驗方案的制定。

本次設(shè)計性實驗制定如下：

實驗?zāi)康模海?）了解正確選材的必要性，熟悉常用材料的結(jié)構(gòu)、組織、性能和用途，能掌握按照使用性、工藝性、經(jīng)濟及環(huán)境友好性等原則選用合適的材料;（2）能根據(jù)所選材料的合金組成、組織及性能關(guān)系，確定熱處理工藝路線并能進行熱處理操作;（3）能按步驟制備金相試樣，并掌握對金相試樣的浸蝕方法;（4）學(xué)會使用金相顯微鏡，掌握用金相顯微鏡觀察和辨識材料的的顯微組織的方法;（5）學(xué)會使用硬度計測試材料硬度。

實驗要求：（1）分組查閱相關(guān)文獻資料并討論確定實驗方案，將討論后的方案交給實驗教師審閱;（2）確定的方案中要詳細給出對熱處理工藝參數(shù)（加熱T、保溫t、冷卻方式等）;（3）按照實驗方案進行試驗;（4）撰寫實驗報告，分析實驗結(jié)果。

實驗儀器、材料及耗材：（1）熱處理爐;（2）45、40Cr、T10、T8等常用工程材料;（3）金相砂紙，拋光機，拋光膏，浸濕劑，金相顯微鏡;（4）硬度計。

該設(shè)計性實驗的需要學(xué)生能根據(jù)不同的使用條件正確選用材料，更重要的是還需要制定正確的熱處理工藝路線。根據(jù)本組確定的實驗方案進行實驗效果的檢驗，首先進行熱處理，并對熱處理后的試樣進行性能檢測，了解并掌握熱處理對試樣性能改變的重要作用，制備試樣熱處理前后的金相試樣，熱處理前后的組織和性能差異，讓同學(xué)深刻認識熱處理對材料的組織和性能改變的的因果關(guān)系。

2 設(shè)計實驗方案

依據(jù)學(xué)生自愿和教師指導(dǎo)的原則進行分組，每組3～5人。學(xué)生接到任務(wù)書選定題目后，按照實驗任務(wù)書的要求，查閱所學(xué)課程并查找相關(guān)文獻資料。然后對資料進行總結(jié)，選擇合適的材料，根據(jù)材料的制造工藝路線（如：毛坯→鍛造→預(yù)先熱處理→切削加工→最終熱處理（淬火，回火）→ 磨削），確定熱處理方案，將本組所選擇的材料以及確定的熱處理工藝路線交給教師審閱。

3 實驗過程

根據(jù)老師修改后的實驗方案，學(xué)生分組領(lǐng)取所需材料，在指導(dǎo)老師的講解下熟悉實驗用到的儀器和設(shè)備，然后按步驟進行實驗。要求對原材料和經(jīng)過各種熱處理后的材料硬度進行測試并制備金相試樣觀察組織、拍出金相照片，比較熱處理前后組織和性能的差異。

4 實驗報告上交及答辯

所有實驗完成后，各小組的每位學(xué)生均需提交綜合實驗報告，報告中需要寫出心得體會。按照預(yù)先分組進行答辯，要求答辯的學(xué)生能清楚陳述整個實驗過程，包括材料的選擇、熱處理工藝的設(shè)計、實驗步驟、操作過程描述、實驗現(xiàn)象以及實驗結(jié)果，運用所學(xué)的材料科學(xué)的理論對實驗結(jié)果進行分析。

5 實驗考核

實驗指導(dǎo)老師根據(jù)以下指標進行考核：文獻查閱及閱讀情況，對文獻的綜述，所設(shè)計的實驗方案，實驗具體操作，實驗態(tài)度是否端正，實驗報告撰寫質(zhì)量，答辯表述等。指導(dǎo)教師要指出實驗方案以及全過程的優(yōu)缺點，實驗報告撰寫的問題所在，特別注意要注重對學(xué)生參與實驗的全過程的評價，同時要考慮學(xué)生的個體差異，根據(jù)前述指標以及學(xué)生個人的表現(xiàn)給出總評成績。

6 結(jié)語

工程材料實驗教學(xué)中設(shè)計性實驗的開設(shè)，加深了學(xué)生對常用工程材料的認識，拓展了他們的知識面，使學(xué)生能把所學(xué)的專業(yè)理論知識與具體的工程材料相結(jié)合，進一步鞏固了所學(xué)的專業(yè)理論知識，并加強了這些課程之間的有機聯(lián)系。開設(shè)工程材料實驗，可以提高學(xué)生的實踐動手能力，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課堂知識和參加實驗的積極性和主觀能動性，同時培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神和溝通交流能力。

以演示驗證為主的實驗?zāi)Ｊ綍档蛯W(xué)生對課程和實驗的興趣，忽略實驗過程中學(xué)生操作技能尤其是創(chuàng)新能力的展示，不利于調(diào)動主觀能動性，也不能激發(fā)學(xué)生對專業(yè)知識的探究。因此本實驗對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法進行了如下改革和探索：

（1）引入多媒體教學(xué)形式：通過動畫以及電子圖譜等多媒體教學(xué)手段，使學(xué)生獲得更多的信息，加深有關(guān)內(nèi)容的理解，動畫演示也可以使同學(xué)們更形象地了解到材料的微觀結(jié)構(gòu)，幫助同學(xué)理解結(jié)構(gòu)、組織和性能之間的關(guān)系。

（2）探究、啟發(fā)和討論式的教學(xué)方式：對學(xué)生所確定的實驗方案以及實驗過程中出現(xiàn)的問題或者不滿意的實驗結(jié)果，指導(dǎo)老師通過提問、討論等多種教學(xué)方式，啟發(fā)學(xué)生勇于發(fā)現(xiàn)問題，敢于探索問題，樂于分析問題并最終解決問題。

（3）改革工程材料課程考評方法：考核方式重視答辯陳述，淡化紙質(zhì)報告;注重學(xué)生的實驗操作過程，弱化所得實驗結(jié)果?？荚u方式的改革提高了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，也適應(yīng)我校培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才的目標。

長三角是裝備制造業(yè)基地，機械學(xué)院學(xué)生主要在機械制造、模具開發(fā)、車輛零配件、電子器件等行業(yè)就業(yè)。工程材料課程及實驗的學(xué)習(xí)拓展了學(xué)生對常用材料的結(jié)構(gòu)及性能認識，提高了在該行業(yè)的競爭力。同時，該課程的學(xué)習(xí)對提高學(xué)生的課程設(shè)計質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的科研能力及創(chuàng)新能力也發(fā)揮了重要作用。

注釋

① 路勇，高峰，馬修真，韓偉，李淑英.能源動力專業(yè)“進階式”實驗教學(xué)探索與實踐[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010.8（6）：59-60.

② 何照榮，王大成，鐵永亮，李寧.設(shè)計性實驗中特色創(chuàng)新的探索與實踐[J].實驗室科學(xué)，2015.18（1）：230-233.

③ 陳靈.金屬材料設(shè)計性實驗的實施與提高[J].長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009.6（2）：390-391.

④ 何峰，馮小平，謝峻林.材料專業(yè)設(shè)計性實驗教學(xué)改革與實踐[J].實驗室科學(xué)，2012.15（2）：9-12.

⑤ 張明坤.在驗證型與設(shè)計性試驗結(jié)合中提高實驗?zāi)芰J].邊疆經(jīng)濟與文化，2012（8）：103-104.

⑥ 高慶華，王潔，寧培海.自主式綜合設(shè)計性實驗教學(xué)體系探索.教育教學(xué)論壇，2015.36：136-137.

⑦ 韓丹丹，祝波，徐鵬程.應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)模式探索[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010.8（6）：69-70.