金属材料工程专业实验教学的探讨

摘 要 作为应用型专业，金属材料工程专业的特点在于理工结合、强理论性、重实践性。针对该方向的专业特点和培养目标，本文从专业发展方向、专业课程群构建、综合实验与设计性实验构建等方面，注重理论知识和实践能力培养的有机结合，提出了实验教学体系构建的设想，即在专业课程设置和专业基础实验课程基础上，增设金属材料工程的综合性实验与设计性实验，结合研究课题开展研究性创新实验，进而提高学生的独立思考能力、创新能力、分析和解决问题能力。

关键词 金属材料工程 实验教学 创新改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.12.049

Discussion on Metal Material Engineering Experiment Teaching

ZUO Min， WANG Yan， TENG Xinying， GENG Haoran

（School of Material Science and Engineering， University of Jinan， Ji'nan， Shandong 250022）

Abstract As an application-based professional and professional characteristics of metal materials engineering Polytechnic that combine strong theoretical and practical weight. Professional characteristics and training objectives for the direction of this article from a professional development， curriculum group construction， integrated experimental and design experiments to build and so on， pay attention to the combination of theoretical knowledge and practical ability training， put forward the idea of Experimental Teaching System that in the professional curriculum and professional curriculum based on experimental basis， an additional comprehensive experiment and designing experiment metal materials engineering， combined with research innovation research experiments， and to improve students' independent thinking， innovation， analysis and resolution solving skills.

Key words metal material engineering； experimental teaching； innovation reform

国家“十二五”科技规划中提出了“科技与经济紧密结合，将促进科技成果转化为现实生产力作为主攻方向”的战略方针。①济南大学设立了材料物理专业合金方向，旨在培养掌握材料制备（或合成）、材料加工、材料的结构与性能测定及应用等方面的基本原理和实验技能的高素质人才。

作为应用型专业，金属材料工程专业强调理论与实践、开发与应用相结合。在专业教学过程中，实验教学是高等学校教学体系的重要组成部分，其对于提高学生的专业综合素养、培养学生创新精神与思维、锻炼学生的动手能力及分析与解决实际问题的实践能力均具有不可或缺的作用。②③为进一步顺应社会的发展与人才的需求，经过多年的积累与努力，我校（济南大学）对本科专业人才培养方案进行了相应修订，对专业课程教学体系进行了调整与完善，提出了培养学生的综合素质与创新能力的目标，从专业课程设置、课程实验设置、综合性实验和设计性试验设置、研究性创新实验设置等四个方面，拓宽了实验教学方法，丰富了专业实验教学内容。金属材料工程专业实验教学的开设与建立，将有利于培养学生将理论与实际相结合的能力，针对实际情况利用理论分析、解决实际问题的能力，其对学生的实验技能的提高、理论知识的理解、创新思维的培养均具有良好的促成作用。

1 结合专业发展，专业课程设置支撑实验教学

材料物理专业合金方向的专业必修课程包括“金属工艺学”、“金属学与热处理”、“金属材料成型技术”、“金属材料性能与测试”、“合金材料基础”等等。基于金属材料工程专业的发展，我校本科专业人才培养方案做了相应调整，增设了“金属功能材料”、“金属基复合材料”等专业方向选修课程，并设置了“先进材料科技进展”、“材料腐蚀与防护”等专业任选课。

在新增设的课程中，选用了“十二五”国家重点图书出版规划项目之材料科学研究与工程技术系列图书，针对磁性材料、导电功能材料、形状记忆合金、储氢材料、光学功能材料、非晶态合金、超导材料及生物医学功能材料进行了阐述。功能材料对电子信息、生物技术、航空、航天等一大批高科技产业起着支撑和先导作用。除此之外，有目的地增设了“材料腐蚀与防护”课程。该门课程以物理化学为基础，涉及材料电化学、金属学、表面科学、工程力学等多门学科。通过该门课程的讲解，可引导学生关注节能环保技术的发展，开阔学术视野，为学生将来从事有关金属腐蚀与防护方面的工作或研究奠定基础。

专业课程的设置，是整个教学体系的重要组成部分。而实验教学可增强学生对于所学知识的理解，培养学生发现问题、解决问题的能力，真正实现活学活用，对启迪与培养学生的创新意识与思维具有重要的作用。

2 促进专业学习，课程实验辅助实验教学

在专业课程合理配置基础上，针对部分课程的特点，设立相应的课程实验，其可对实验教学起到一定的辅助作用。比如，在“金属学与热处理”授课过程中，设立了观察金属金相组织的课程实验；针对“现代材料测试技术”课程内容，设立了试样扫描电镜观察、X射线衍射分析以及晶体光学性能观察等相应课程实验内容；针对“材料物理”课程内容，设立了测定试样雾度、测量温度对材料超导性影响的课程实验；针对“金属材料性能与测试”课程内容，设立了测定不同组织铸铁强度与硬度的课程实验。

在课程实验进行过程中，不仅深化了学生对于课程内容的理解，更是锻炼了学生基本的实验技能。同时，课程实验的开设，也可系统整合金属材料工程专业的实验教学资源，为合理配置实验设备、优化实验内容提供了途径。

3 加深专业素养，开设综合性实验与设计性试验

在金属材料工程实验教学过程中，除增设相应课程实验以外，需进一步整合实验资源、改进教学的内容和教学手段，开设综合性实验与设计性实验，充分调动学生在实验过程中的积极性，培养其创新能力。金属材料工程专业的实验教学侧重于学生对于材料内基本结构、工艺、性能及其相互间关系的研究，要求学生通过实验获得基本实验数据的同时，能够结合实验数据对实验结果进行分析。综合性实验与设计性实验的开设，对学生专业知识的掌握与理解、创新能力的培养具有重要的作用。

综合性实验指实验内容涉及相应课程的综合知识或运用综合的实验方法、实验手段培养学生的知识、能力、素质的实验。在前期专业课程基础知识铺垫的基础上，综合性实验要求学生具备一定的基本操作技能，并可在实验过程中运用课程的综合知识，是对学生进行综合技能培养的实验教学方法。④⑤我校材料物理专业合金方向已设立题为“合金配制、微观组织与性能表征”的综合性试验，针对诸如亚共晶、共晶、过共晶Al-Si合金等合金体系进行不同熔体处理，要求学生从合金配制、微观组织观察、力学性能方面综合表征熔体处理对合金的影响。学生通过阅读实验讲义的指导内容，制定出合理实验方案，确立一系列实验过程并完成合金材料的配制与性能测试。在此过程中，学生需认真处理实验数据，将其进行画图和列表，在此基础上对实验结果进行分析讨论，独立完成实验报告。

设计性实验是指学生在老师的指导下，根据给定的实验目的、原理和实验条件，自行设计实验方案，确定实验方法，选定试验所用设备，并独立完成实验过程并学会对相应实验结果进行总结分析的实验。⑥设计性实验是材料类专业的一个重要的实践教学环节，特别是对于金属材料工程专业。针对材料物理专业合金方向，我校设立了“Fe-C合金化学成分、处理工艺对其组织和性能的影响”设计性实验，其旨在培养考察材料专业本科学生对专业知识、专业技能的掌握和运用。通过合金钢的铸造、热处理工艺，以及热处理之后对材料性能、组织成分的检测等材料制备整个流程的设计实验，要求学生设计实验方案、进行实验过程操作、对实验制备得到的试样进行性能检测和成分分析，掌握材料的化学成分、显微组织分析、建立热处理工艺与性能之间的联系，加深学生对专业基础及专业课的理解，为学生的毕业设计打下坚实的基础。

4 构建开放式实验室，设立研究性创新实验，教学相长

为进一步丰富实验教学内容，做到因材施教，充分发挥学生的主动性和创造性，较优秀的学生可以参与到专业教师的相关科研活动中。通过研究性创新实验的开设，可将实验教学与科学研究活动相结合，增加了实验的研究性与应用性。同时，由于研究内容的前沿性，给了学生耳目一新的感觉，学生可针对课题进行文献检索，调动学生的研究与学习兴趣，促使学生扩大了视野、开拓了思维，还可以促进产、学、研的高效结合。⑦

此外，研究性创新实验的确立，也可促进开放性实验室的构建。在此过程中，可改变原来封闭的实验室环境，确立自主、开放型的实验教学模式。首先，在实验室开放时间上，不仅仅限定在特定授课时间开放，可在实验室人员有效监管条件下，学生提前预约，实现学生自主选择实验时间。这在一定程度上，可有效促进实验室开放力度，提升实验室仪器、设备利用率，尽量实现每位学生都有实际操作与动手的机会。其次，在实验教学过程中，学生会遇到各种理论与实际问题，有些问题甚至专业指导教师一时无法作答。在此情况下，学生可根据需要查阅相关数据库，结合检索情况与指导教师相互讨论，从而将教学、实践紧密结合在一起，实现教学相长。此外，在实验教学开展过程中，要时刻注意对学生安全意识的培养，确保实验过程中每位学生的人身安全，避免出现安全事故。⑧

金属材料工程的实验教学效果，需要通过实验过程中学生的表现以及实验结果等信息不断反馈，并结合反馈信息来逐步完善与改进实验教学内容与方法。由于金属材料工程是理工结合、强理论性、重实践性的综合性学科，本科实验教学对于培养学生的综合素质、创新意识具有重要的作用。如何在实验教学过程中，提高学生自主学习的积极性，激发学生探求知识的欲望，培养学生的创新思维与能力，还需不断加大实验教学改革力度，不断探索实验教学的创新模式。

基金项目：“多维互动技术在金属专业课堂教学中的探索与应用”，济南大学校级教学研究项目，项目编号：J1403

注释

① 赵杰，邹龙江，程从前，戚琳.金属材料工程专业实验教学的设想及实践[J].中国现代教育装备，2014.21：1-2，5.

② 王勇，毕凤琴，张旭昀，王力霞，方华，孙丽丽，赵晓京.金属材料工程专业综合开放型创新实验教学体系探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2009.1-2：137-138.

③ 吴海江，刘龙飞，唐果宁，颜建辉，郭世柏，李会强，吴玉蓉.金属材料工程专业综合创新实验教学改革研究[J].当代教育理论与实践，2013.5（7）：109-111.

④ 邹祖莉.设计实验与科学素质的培养[J].贵州师范大学学报，1997.15（2）：299-301.

⑤ 汪冬梅，尤显卿，刘宁，凤仪，郑玉春，刘玉.关于金属材料工程专业开设综合性和设计性实验的探讨[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2007.21（4）：68-71.

⑥ 张可方.水处理技术综合性实验的组合和开设[J].实验室研究与探索，2006.25（8）：966-968.

⑦ 桑玮玮，王鑫.浅析金属材料专业的实验教学改革[J].教育教学论坛，2012.24：119-120.

⑧ 王建华，苏旭平，王鑫铭，石英.“金属材料工程”专业综合实验的教学改革[J].实验室研究与探索，2007.26（3）：81-82，150.