華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 廣東廣州 510640

在變革的時(shí)代，唯一不變的就是變化[1]。改革教學(xué)體系與方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)踐技能和三創(chuàng)(創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)造)能力是高等教育永恒的話題。學(xué)生三創(chuàng)能力的培養(yǎng)是一個(gè)需要多方面協(xié)調(diào)完成的質(zhì)量工程，作為教學(xué)的最前沿，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)從大處著眼，從小處著手，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，探索不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的新方法。

實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)得到鍛煉和提高[2]。通過(guò)競(jìng)賽，賽出水平，找出差距，找出問(wèn)題，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)找到改革的方向和動(dòng)力，也為金屬材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革提供了契機(jī)。

1 金屬材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及金相技能教學(xué)現(xiàn)狀

華南理工大學(xué)金屬材料實(shí)驗(yàn)課程包括了“機(jī)械工程材料”“金屬材料及熱處理”“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“材料微觀分析方法”等理論課的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從總體狀況來(lái)看，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目豐富，教學(xué)模式多樣。目前，我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)針對(duì)金相技能的訓(xùn)練分為兩個(gè)層次：在“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的“金相樣品的制備及顯微鏡的使用”和“鐵碳合金平衡組織觀察”的演示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，獲得初步的感性認(rèn)識(shí)，然后在綜合實(shí)驗(yàn)課程中對(duì)金屬材料進(jìn)行各種熱處理并對(duì)各種狀態(tài)的顯微組織進(jìn)行檢驗(yàn)和分析。從大量學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)看，學(xué)生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)技能的掌握已經(jīng)比較到位，但對(duì)掌握制備高質(zhì)量的金相試樣和金相照片的技能，仍有不小的差距。

實(shí)驗(yàn)室由于綜合實(shí)驗(yàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)非常多，班級(jí)人數(shù)龐大，金相技能的要求無(wú)法做到很高。此外，由于學(xué)時(shí)限制，對(duì)鑄鐵、不銹鋼、有色金屬的金相檢驗(yàn)的訓(xùn)練環(huán)節(jié)涉及不多。雖然實(shí)驗(yàn)室在學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)上取得了一定成績(jī)，但是相比全國(guó)競(jìng)賽所表現(xiàn)的國(guó)內(nèi)優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)水平，所培養(yǎng)的學(xué)生，普遍來(lái)說(shuō)技能仍顯不精；實(shí)驗(yàn)方法上只知其一，不知其二；知識(shí)掌握上，知其然，不知其所以然；眼界上，一葉障目，不夠開闊。金相技術(shù)與金屬學(xué)之間的聯(lián)系更是欠缺。

金屬材料科學(xué)與工程是我校傳統(tǒng)專業(yè)。歷年來(lái)，轉(zhuǎn)專業(yè)的學(xué)生比較多，反映出總體上專業(yè)對(duì)學(xué)生的吸引力不夠。金屬材料實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多，實(shí)驗(yàn)過(guò)程繁復(fù)，有一定的難度。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，曾有學(xué)生因?yàn)榉磸?fù)的金相圖像不合格“發(fā)狂”，將試樣從樓上丟下。因此梳理目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，開展一些生動(dòng)活潑的實(shí)踐活動(dòng)，提升對(duì)學(xué)生的吸引力，鍛煉學(xué)生的恒心與毅力尤為必要?；诮鹣嗉寄芨?jìng)賽，在實(shí)驗(yàn)體系、內(nèi)容與方法進(jìn)行改革探索，對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量有重要意義[3,4]。

2 以賽促教

黃伯云院士為“全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽”題字“搞好全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽，以賽促教，以賽促改，以賽促學(xué)不斷提高材料學(xué)科人才培養(yǎng)質(zhì)量”，實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽，為材料學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革提供了新的思路[5]。

黃伯云院士的題字也是全國(guó)金相大賽的宗旨。為了改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)體系從2014年將金相競(jìng)賽納入了金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)，首先面向本專業(yè)的本科生設(shè)置了課內(nèi)金相競(jìng)賽。到2017年，實(shí)驗(yàn)室開出的金相競(jìng)賽擴(kuò)展到了金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)和機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)兩門課程，參賽學(xué)生從材料學(xué)院的金屬材料專業(yè)擴(kuò)展到機(jī)汽學(xué)院的機(jī)電工程和材料控制成型專業(yè)。在競(jìng)賽的組織上，通過(guò)廣泛的調(diào)研與實(shí)踐，形成了更合理可行的競(jìng)賽內(nèi)容，競(jìng)賽規(guī)則與條例，并逐年獲得學(xué)校、學(xué)院的支持完成競(jìng)賽的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。在具體教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)室逐年購(gòu)置了相關(guān)的教學(xué)資料，如《金屬熱處理手冊(cè)》《鋼鐵金相圖譜》《金屬材料金相圖譜》《金屬手冊(cè)》《Metals Handbook》《標(biāo)準(zhǔn)金相圖譜與最新熱處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè)》及《鋼及其熱處理曲線手冊(cè)》等。課程組教師堅(jiān)持問(wèn)后十分鐘再答，引導(dǎo)學(xué)生自己思考尋找答案，通過(guò)不斷的探索，領(lǐng)會(huì)材料科學(xué)與工程中材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝和它們性能與用途之間的聯(lián)系和知識(shí)。

結(jié)合目前正在進(jìn)行的本科教學(xué)計(jì)劃和大綱的修訂，將實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽與課程的培養(yǎng)目標(biāo)有機(jī)結(jié)合，納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。新一輪的大綱修訂目前已經(jīng)基本完成，金屬材料新開設(shè)的獨(dú)立課程—材料微觀分析方法綜合實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)將金相技能競(jìng)賽寫入了實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱。

3 以賽促改

分析實(shí)驗(yàn)方法，所在實(shí)驗(yàn)室在制樣時(shí)，傳統(tǒng)是采用手動(dòng)濕磨，即在水流沖洗下用濕磨金相砂紙進(jìn)行手磨，這與國(guó)內(nèi)的其他高校均不相同。首屆大賽是12月在北京科技大學(xué)舉行，天寒地凍，滴水成冰，也是無(wú)法用手沖水濕磨的?；蛟S這也是環(huán)境對(duì)方法的一種自然選擇。拋光時(shí)，實(shí)驗(yàn)室多年采用Cr2O3的懸浮液。國(guó)內(nèi)許多高校也是采用這種磨料。腐蝕時(shí)均采用滴管滴注腐蝕，而國(guó)內(nèi)其他高校采用侵蝕也比較常見；觀察時(shí)所在實(shí)驗(yàn)室均使用倒置金相顯微鏡，不少學(xué)生只見過(guò)倒置顯微鏡，以為金相顯微鏡就是長(zhǎng)成這樣的。而國(guó)內(nèi)其他高校采用正置顯微鏡的其實(shí)相當(dāng)普遍。全國(guó)金相大賽，博采眾長(zhǎng)，在方法上并沒(méi)有嚴(yán)格的限制，但是大賽許多實(shí)驗(yàn)方法的匯聚與交流，給人以啟示。2014年底，實(shí)驗(yàn)室所在大樓修繕，實(shí)驗(yàn)室重新建設(shè)，在金相制樣方面考慮節(jié)約用水，便拆除了大量的水龍頭，采用了手動(dòng)干磨工藝。雖然目前有部分研究生仍然堅(jiān)持手動(dòng)濕磨，認(rèn)為效果更好，但是面向本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)全面采用手動(dòng)干磨，節(jié)水和衛(wèi)生都得到改善。拋光采用了金剛石拋光膏，不再采購(gòu)有污染的Cr2O3磨料，拋光的效率也得到提高。在觀察設(shè)備方面，新購(gòu)置了與大賽裁判機(jī)結(jié)構(gòu)相近的正置金相顯微鏡。實(shí)驗(yàn)方法的更新帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，也拓寬了學(xué)生的知識(shí)面。

金相顯微鏡的變遷，在一定程度上揭示著金相技術(shù)的進(jìn)步。金屬材料實(shí)驗(yàn)室是我校建校伊始便成立的實(shí)驗(yàn)室，為華南地區(qū)輸送了大量的工程人才，金相室在廣東地區(qū)更是享有盛名。華南理工大學(xué)金相室不同年代的金相顯微鏡如圖1至圖6所示，見證著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的金相照相技術(shù)從膠片暗房沖印到實(shí)時(shí)的數(shù)碼照相的進(jìn)步，也展示著金相實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和發(fā)展的步伐。

圖1 Carl Zeiss Jena臥式金相顯微鏡(1965年)

圖2 XJ-16系列臺(tái)式金相 顯微鏡(1980年)

圖3 XJP-100型臺(tái)式金相顯微鏡(1995年)

圖5 膠片攝像大型金相顯微鏡(與暗房配合使用)

圖6 Leica數(shù)碼金相顯微鏡

4 以賽促學(xué)

實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽通常是針對(duì)學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)中學(xué)生應(yīng)該掌握的基本實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行，其緊張而活潑的氛圍，精益求精的要求，有利于激發(fā)學(xué)生的興趣和必勝的信念。開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，從而達(dá)到以賽促學(xué)的目的。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，許多學(xué)生仍把學(xué)習(xí)定位在被動(dòng)接受的“注水式教學(xué)”之上，對(duì)創(chuàng)新和實(shí)踐并不感興趣，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象懶于思考，對(duì)實(shí)踐與理論的結(jié)合非常不足。在實(shí)驗(yàn)課中，有關(guān)金相的環(huán)節(jié)最常聽到的提問(wèn)是：“這個(gè)金相圖像黑的是什么？白的是什么？”“我這個(gè)組織對(duì)不對(duì)？”。在觀察滲層組織的時(shí)候，不少學(xué)生不知道選擇觀察區(qū)，把視場(chǎng)放在心部；不知道如何測(cè)量滲層深度，不會(huì)運(yùn)用比例尺。平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中，不少學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課采取應(yīng)付的態(tài)度。開展課內(nèi)競(jìng)賽以來(lái)，學(xué)生有意識(shí)地加強(qiáng)了金相技能的練習(xí)，課外主動(dòng)到實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的時(shí)間增加了，實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)藏的圖書也有不少學(xué)生閱讀了。

5 實(shí)踐效果

(1)面向多個(gè)專業(yè)開展實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽，跨專業(yè)、跨學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革使眾多學(xué)生受益。

金屬材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)面向材料科學(xué)與工程專業(yè)金屬材料方向，機(jī)械和材料創(chuàng)新班、機(jī)械工程、機(jī)電工程、材料控制與成型等專業(yè)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，每年接納全校6個(gè)專業(yè)方向?qū)W生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并為其他專業(yè)本科生、研究生提供實(shí)驗(yàn)室開放服務(wù)，年受益學(xué)生超過(guò)600人。

(2)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力提高明顯。

將生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽引入課堂，改革教學(xué)方法和考核辦法，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程更加有興趣，實(shí)驗(yàn)技能掌握更加牢固了。學(xué)生充分表達(dá)了對(duì)課程的收獲和喜愛(ài)，學(xué)生在綜合實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后反饋到：“大家都經(jīng)歷了一段認(rèn)認(rèn)真真自己摸索、自己實(shí)踐、自己解決問(wèn)題的過(guò)程……”“享受這一種學(xué)習(xí)方式”。在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)競(jìng)賽的基礎(chǔ)上，選拔學(xué)生參加全國(guó)競(jìng)賽，在多次的全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽中取得好成績(jī)。

(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的教學(xué)水平得到明顯提高。

經(jīng)過(guò)多年的鍛煉，具有現(xiàn)代創(chuàng)新教育意識(shí)和教學(xué)技能的教師正在成長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員多次獲得學(xué)校本科教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，教學(xué)組獲得2016年上半年的本科課堂教學(xué)質(zhì)量?jī)?yōu)秀， 課程評(píng)教結(jié)果排名前10%獎(jiǎng)勵(lì)。

教學(xué)組正式出版了廣東省精品項(xiàng)目資助教材—《機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)》[6]。教材總結(jié)十多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，并融合了實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，編制了適合課內(nèi)安排的金相競(jìng)賽辦法。

6 結(jié)語(yǔ)

大學(xué)之道，在明明德，在親民，在止于至善。以金相競(jìng)賽為契機(jī)，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的掌握的水平，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，是競(jìng)賽的根本目的。競(jìng)賽與教學(xué)融合，互相促進(jìn)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)造能力的新的途徑。

[1] 王迎軍.以不變的初心迎接變革的時(shí)代:華南理工大學(xué)校長(zhǎng)王迎軍在2017年畢業(yè)典禮上的致辭[EB/OL].http://news.scut.edu. cn/s/22/t/3/85/e5/info34277.htm.

[2] 任波,趙瑞鋒,劉扭參.全國(guó)實(shí)驗(yàn)技能大賽對(duì)大學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的推動(dòng)作用[J].河南教育學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,23(1):40-42.

[3] 徐京,陳卓,謝群,姚德偉,楊弋濤.改進(jìn)金相實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇,2016(16):36-37.

[4] 張旭茗,牛中毅,蓋登宇,常云鵬.以金相大賽為契機(jī) 促進(jìn)金相技能實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2015,18(1): 94-96.

[5] 全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽[EB/OL].http://www.mse-cn.com/ jinxiang/.

[6] 彭成紅,曾美琴,陳靈.機(jī)械工程材料綜合實(shí)驗(yàn)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2017.