工程材料课程实验改革与实践

[摘 要]开放实验室让学生提前预习实验，对实验的操作和步骤充分熟悉，清楚地知道实验的难点和重点，即做到心中有数，增加了他们做实验的信心。通过导生制让组长带动小组成员实验，增强了这部分学生的责任感，同时也降低了教师的工作量，有利于实验室的管理。让学生独立查阅资料并自主设计实验方案直至完成实验和写出实验报告，综合训练了他们的自学能力和动手能力，同时也开阔了他们的专业视野，极大地激发了他们的学习兴趣。对各个小组实验结果的展示和评比，增强了他们的竞争意识和团队合作精神，提高了学生运用所学的理论知识分析和解决实际问题的能力。

[关键词]实验教学 改革与实践 工程材料

[中图分类号] G642.423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）07-0153-02

工程材料课程是高等学校机械类和近机类专业的一门主要的技术基础课程。该门课程的任务是从工程材料应用角度出发，阐明工程材料的基本理论;使学生了解材料的化学成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系，介绍常用工程材料及应用等基本知识，使学生通过学习，在掌握工程材料的基本理论知识基础上，具备根据机械零件的服役条件和性能要求，进行合理选材、正确制订零件加工工艺路线及工艺规范的初步能力。因此要求学生在学习理论知识的同时，需要与实际工程相结合，但是对于只进行过金工实习的他们来说有一定的难度。工程材料实验教学作为理论联系实际的纽带和桥梁，是培养学生工程意识、动手能力和实践能力不可缺少的教学环节。因此如何改进该课程的实验教学质量，一直是讲授工程材料课程的教师普遍关心的问题。[1] [2] [3] 本文针对该门课程实验教学中存在的问题，就教学内容、教学方法、实验室建设等方面进行了教学改革探讨与实践。

一、实验教学现状及存在的问题

一直以来，我校的工程材料实验课都是根据教学计划的要求开出“铁碳合金的平衡组织观察”和“碳钢热处理及力学性能的测定”两个实验。实验总学时为4学时，均为验证性实验。通常做法是：学生实验之前不预习，也不进实验室对实验设备有所了解，实验前教师提前将实验仪器、实验试样准备好，然后学生再按照实验指导书规定的内容、操作方法、实验步骤进行实验，实验完成之后学生完成实验报告即可。由于是验证性实验，实验结果都一样，导致部分学生不做实验或者抄写实验报告。再加上学生人数多学时少，实验设备老旧，台套数少，使得学校、教师、学生均对实验教学不够重视，把实验课当成理论课的附属。这种教师为主学生为辅的做法，给学生在自主学习方面的机会和空间很少，没有激发起学生创新的欲望，他们只是被动的接受老师设计好的实验过程和实验结果，难以达到良好的教学效果，不仅不能适应现代化的人才培养模式，在培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力，提高学生综合素质方面也无法起到积极的作用。因此，进行工程材料实验教学改革势在必行。

二、实验教学的改革措施

（一）实验前开放实验室。以往实验时，学生拿到实验指导书到实验室来，听老师介绍实验内容和实验步骤，再按照实验指导书上的要求进行实验，用什么设备和怎么操作设备完全由老师讲解，导致学生有依赖心理，实验前不预习，预习了也只是照实验指导书学习，甚至操作完了很快就忘了，没有激发他们的兴趣和主动性。本次改革在实验之前提前开放实验室，学生可根据自己的时间安排到实验室预习实验内容，了解与掌握实验设备的原理及构造，初步掌握设备的操作步骤，查阅资料，制订出实验方案并写出预习报告，由实验教师签字通过后方能进入实验室进行实验。

（二）导生制。工程材料实验相对集中，平常实验设备闲置，到用时往往又不够用。由于学生人数多，集中实验时教师指导不过来，导致学生动手机会少，或者对实验目的和设备的操作掌握不够。再加上实验前开放实验室，需要足够的时间让学生预习，使得教师的工作量极大地增加。针对这种情况，在实验过程中采用导生制，解决指导教师少的问题。具体做法是：在班级中，先把学生分成若干个小组，每个小组中选一个思想进步、乐于奉献的同学作为组长，实验之前教师先把教学的内容传授给这部分学生，包括实验的准备、实验的步骤和设备的操作，再由各组组长带领该小组成员进入实验室预习，制订合理可行的实验步骤完成预习报告。到做实验时各个小组分别进行实验，组长与指导教师一起指导学生做实验，使每个学生的动手能力得到充分的锻炼。

（三）实验平台的建设。目前实验室建设有金相实验室（30台金相显微镜）、热处理实验室（10台热处理炉）、金相试样制备实验室（抛光机10台）和硬度测试实验室（数显显微硬度计2台、洛氏硬度计2台、布氏硬度机2台）。为了增加学生对实验课的兴趣，扩充学生的专业视野，建立实验室网站，通过网络课件展示工程材料的发展，典型材料的制备、组织及热处理工艺，材料分析和测试仪器的原理及其使用方法等。除此之外，精心布置实验室的陈列展品，比如增加一些实际检测过硬度的齿轮、工具，不同热处理工艺的轴承，典型材料的金相组织挂图，各种失效形式的工程实物等。建立多种形式教学的实验平台，增强学生对材料的感性认识，提高学生的学习兴趣。另外，针对在显微镜上进行金相组织观察时只能一个人观察，不便于演示、讲解与分析的难题，实验室建成了数字网络显微互动实验室。教师机（配有带摄像头的显微镜）控制着教室内的20台电脑（均配备显微镜和摄像头），教师可以在教师端操作显微镜，将所观察到的组织通过大屏幕显示出来，可在学生端直接演示，使学生很容易理解实验内容，这就避免了原始的教学方法上的不利之处。通过教师机还可以监控整个教室中学生的电脑操作，或者直接操作某一个学生机。另外，教师端还具备作业分发、监控转播、学生演示、教学录音等重要功能。在学生端，学生可以将观察到的金相组织进行拍照，并保存在电脑中，还可与存放在电脑里的标准金相图片进行对比分析。在电脑上可以进行分组讨论，展示自己的金相照片，极大地提高了学生学习的积极性。

（四）实验内容的改革。通常，实验安排是按照理论讲课进度逐个进行的，实验内容是对这部分理论知识的验证，学生只能对局部内容有所理解，并没有对整门课程形成一个完整的体系。特别是工程材料强调材料―工艺―组织―性能之间的关系，单个实验时把组织、工艺和性能分开，学生在做实验时很茫然，不知道这样做的原因，实验报告中对实验结果的分析也不尽如人意。针对这种情况，我们对实验内容进行了改革和扩充，把原来的单个实验串起来形成一个综合实验，具体做法是：教师先设计一系列不同的任务，如将退火态的45钢或T12钢分别在不同的环境下使用并要求获得某一类型的组织，要求学生自己选材，进行热处理工艺、硬度检验及金相试样的制备及观察。6-8个学生为一组，拿到任务后在组长的带领下进实验室预习，熟悉实验流程、实验设备，并查阅资料，制订实验方案，完成预习报告交教师检查是否合理，若方案合理则准许这个组进入实验室开始实验。在整个实验过程中，热处理操作，硬度检测，金相试样的制备（包括磨制、抛光、浸蚀），金相组织观察与拍照均由学生自己动手完成，最后的金相结果还需与标准组织照片对比，并对组织缺陷进行分析，最后完成实验报告。接下来要求每个组把自己拍摄最好的一张金相组织照片在全班展示出来，并配以相应的图片说明，让全班同学投票进行评比，选出最佳组织照片，这类似于一场小型的金相大赛，增强了他们的竞争意识并且让他们熟悉了材料在其他热处理条件下的组织，进一步加深了工艺、组织、性能之间关系的印象。通过在少部分班级中的实施发现：学生对这个实验表现出空前高涨的热情，比平常多花几倍的时间来准备实验，实验过程中也非常认真、严谨。为了获得最佳组织照片奖，小组成员之间相互帮助，相互监督，团结一致。他们的实验报告几乎在没有要求的情况下都采用了电子版本，精心进行了书写、排版和图片处理。

三、成效与不足

这次工程材料实验教学改革的实施，在老师和同学们的共同努力下，取得了较好的成效。开放实验室让学生提前预习实验，对实验的操作和步骤充分熟悉，清楚地知道实验的难点和重点，即做到心中有数，增加了他们做实验的信心。通过导生制让组长带动小组成员实验，增强了这部分学生的责任感，同时也降低了教师的工作量，有利于实验室的管理。让学生独立查阅资料并自主设计实验方案直至完成实验并写出实验报告，综合训练了他们的自学能力和动手能力，同时也开阔了他们的专业视野，极大地激发了他们的学习兴趣。对各个小组实验结果的展示和评比，增强了他们的竞争意识和团队合作精神。在实验过程中，难免会遇到各种问题，学生学会了耐心的反复试验或者重新查阅资料来解决，与以往试验中遇到不会就找老师截然不同，独立分析问题和解决问题的能力得到很大的提升。当然，目前的实验教学改革仍存在较多的不足，比如学生学习能力及动手能力参差不齐，要完成整个实验有的小组需要教师更多指导;学生的预实验和分散综合实验，增加了实验室的管理难度，任课教师和实验室人员也需投入更多的时间和精力。学校可考虑增加研究生参与指导，或者增加教师工作量等激励措施来改善不足，以进一步提升我院的办学质量。

[ 注 释 ]

[1] 谢飞，潘建伟.“工程材料”课综合型实验教学探索[J].江苏工业学院学报，2005（2）：79-81.

[2] 徐小明，张湘伟，丁政，等.开放型实验教学管理模式与系统实现[J].实验室研究与探索，2007（8）：81-82.

[3] 林峰.《工程材料》综合设计性实验教学改革[J].广东技术师范学院学报（自然科学），2009（2）：80-82.