工程材料學(xué)實驗教學(xué)改革研究分析論文
摘要：本文分析了工程材料學(xué)實驗教學(xué)中存在的常見問題，提出了一種綜合性、設(shè)計性的實驗教學(xué)模式，并探討了這種實驗教學(xué)改革的實施和成效。實踐表明:綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，從而培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。
關(guān)鍵詞：工程材料學(xué)；實驗教學(xué)改革；綜合性、設(shè)計性實驗；創(chuàng)新型復(fù)合人才
工程材料學(xué)這門課程是機(jī)械類和材料類專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，該課程一般安排在材料科學(xué)基礎(chǔ)、金屬熱處理二門課程之后，與材料力學(xué)性能課程同學(xué)期開出，其教學(xué)思路一般為：機(jī)器、零件的工作狀況→主要失效方式與受載情況→需要什么樣力學(xué)性能能滿足該受載情況和抵御失效→引導(dǎo)出組織與鋼種選定→該類鋼的熱處理工藝及力學(xué)性能等。工程材料學(xué)教學(xué)內(nèi)容多、涉及知識面廣，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)該課程時內(nèi)容繁多和需要記憶部分太多[1]。若能走進(jìn)實踐中親眼看看這些機(jī)器零件，體會這些機(jī)器運載方式，則學(xué)習(xí)起來事半功倍。目前，與之配套的實驗教學(xué)課程一般為基礎(chǔ)性驗證實驗，主要穿插在理論課程中，并且依附于理論教學(xué)的進(jìn)度[2]，例如常用合金鋼的顯微組織觀察和分析、熱處理工藝的制訂、布洛維硬度檢測等等。工程材料學(xué)是一門實驗科學(xué)，但當(dāng)今大多數(shù)高校重理論輕實踐，導(dǎo)致實際教學(xué)中理論教學(xué)和實驗教學(xué)通常無法有機(jī)結(jié)合，各實驗課程間缺乏關(guān)聯(lián)性和整體性，造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，更不利于培養(yǎng)學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力[3]。鑒于此，我校特對工程材料學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行了改革，整合原來附屬于理論課程的單個實驗，開設(shè)專業(yè)綜合性、設(shè)計性實驗以培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。
1 實驗教學(xué)存在的問題
21世紀(jì)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)人才的關(guān)鍵時期，加強高校實驗教學(xué)改革刻不容緩。實驗教學(xué)相對理論教學(xué)更具直觀性、實踐性、綜合性和創(chuàng)新性，它具有課堂理論教學(xué)所不可替代的作用，并且能將所學(xué)理論知識充分運用于實踐中。理論教學(xué)和實驗教學(xué)都是培養(yǎng)學(xué)生具有創(chuàng)新精神和實踐能力的不可或缺的重要方面。當(dāng)前，實驗教學(xué)改革中存在許多問題亟須解決：從實驗內(nèi)容方面看，以驗證性、演示性的基礎(chǔ)實驗為主，實驗內(nèi)容比較陳舊；從實驗教學(xué)觀念看，過分重視理論知識傳授、輕視動手能力培養(yǎng)，把實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的附屬品，使其機(jī)械依附于理論課程；從實驗教學(xué)方法看，實驗方法比較落后，給予學(xué)生在自主方面的機(jī)會和空間很少，缺乏對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。
2 實驗教學(xué)改革的內(nèi)容
2.1 實驗教學(xué)內(nèi)容改革
我校將傳統(tǒng)的依附于理論教學(xué)的單一實驗課程改革為綜合性、設(shè)計性的實驗課程，具體思路如圖1所示。實驗課上，教師提供給學(xué)生工程上常見的各類失效零件，學(xué)生自由分組討論本組的零件的失效形式，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計可行性的鋼種并進(jìn)行熱處理工藝操作，最后檢測力學(xué)性能是否合格。另外，我們還提出了一個鋼種多種用途的實驗設(shè)計思想。例如：GCr15一般用作軸承套圈，有時也用作沖模和量具。根據(jù)其不同工況條件，學(xué)生設(shè)計不同的熱處理工藝以滿足其性能要求。這種綜合性、設(shè)計性的實驗教學(xué)遵循理論教學(xué)的基本思路，二者相互契合，能充分激發(fā)學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。學(xué)生能積極思考問題，并運用所學(xué)專業(yè)知識分析問題和解決問題。
2.2 實驗教學(xué)方法改革
(1)開放實驗室。
傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法過于單一，通常是學(xué)生課前預(yù)習(xí)并完成預(yù)習(xí)報告，之后在規(guī)定的時間進(jìn)入實驗室，教師進(jìn)行簡單的講解后學(xué)生按照實驗講義一步一步完成實驗，得出實驗結(jié)果。實驗教學(xué)時間比較緊張，學(xué)生很難獨立思考，并且學(xué)生自由發(fā)揮的余地很少，因而很難提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力，不利于培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。我校通過優(yōu)化實驗教師隊伍、整合實驗儀器設(shè)備資源、全天候開放實驗室并讓學(xué)生自己設(shè)計實驗，為學(xué)生提供了良好的實驗條件，能夠充分調(diào)動學(xué)生的積極性并培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識。
(2)網(wǎng)上答疑。
近年來，因高校連續(xù)擴(kuò)招和部屬院校歸地方管理等原因，導(dǎo)致教學(xué)投入不足，許多實驗儀器設(shè)備的技術(shù)性能低，實驗教學(xué)手段的陳舊、落后已經(jīng)是一個極其突出的問題，已經(jīng)不能適應(yīng)創(chuàng)新教育對人才培養(yǎng)的要求。創(chuàng)新教育要求實驗教學(xué)手段要緊跟社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，實驗教學(xué)要與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合。我校將實驗教學(xué)資源整合，形成了一個信息化的網(wǎng)上互動平臺。學(xué)生在實驗中遇到任何問題都可以適時與教師探討，學(xué)生成為實驗的主體而教師只需輔助學(xué)生完成實驗。
(3)科研項目。
科研項目一般是本行業(yè)相關(guān)的比較熱門和亟須解決的問題。教師將科研項目分割成幾個不同的小實驗，學(xué)生先了解相關(guān)研究背景，并設(shè)計實驗方案，最后親自動手完成實驗。在整個實驗過程中，學(xué)生既了解了相關(guān)行業(yè)的前沿科學(xué)問題，又提升了動手能力。
3 實驗教學(xué)改革的實施與成效
實驗教學(xué)改革的目的是提高學(xué)生的動手能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。通過綜合性、設(shè)計性實驗，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選定不同的失效零件，依據(jù)已掌握的基本理論知識，進(jìn)行鋼種設(shè)計、熱處理工藝和實施方案設(shè)計及每個環(huán)節(jié)的獨立動手操作等來完成整個實驗過程，這樣就把學(xué)生推到了實驗教學(xué)的前臺，使學(xué)生真正成為實驗教學(xué)的主體。通過一系列的過程，學(xué)生能夠深刻體會材料—工藝—組織—性能之間的聯(lián)系，并且能運用自己所學(xué)的知識聯(lián)系操作過程來指出組織中的缺陷產(chǎn)生的原因并分析其對性能的影響。能把知識應(yīng)用到分析和解決問題上，這才是學(xué)習(xí)的真正目的。通過開放實驗室，為學(xué)生個性發(fā)展提供了自由空間，適應(yīng)了不同學(xué)生的興趣和需要。當(dāng)學(xué)生對實驗產(chǎn)生濃厚的興趣時，他就能夠積極地思考，大膽地探索，變被動為主動。通過網(wǎng)上答疑，學(xué)生玩手機(jī)和電腦的時間大大減少，成績明顯比上一屆學(xué)生好。教師也能感受到學(xué)生的專業(yè)知識和動手能力更加扎實。通過科研項目，學(xué)生能夠解決實際生產(chǎn)中的問題。學(xué)生參加各類比賽能夠獲得獎勵，畢業(yè)論文也能夠順利獲得省級優(yōu)秀論文，從而大大提升學(xué)生的成就感。
4 結(jié)束語
綜合性、設(shè)計性實驗對學(xué)生提出了更高的要求，實驗內(nèi)容具有較高的綜合性和知識的滲透性，實驗過程與解決實際科研問題具有較高的相似性。綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)能夠給學(xué)生提供一個良好的自我能力展示的機(jī)會，而且能夠鼓勵和幫助學(xué)生將自己的優(yōu)勢最大限度地發(fā)揮出來。另外，綜合性、設(shè)計性實驗不同于驗證性實驗和演示性實驗，學(xué)生不僅要對相關(guān)專業(yè)知識有深入了解，而且對其他知識也必須有一定的了解，因而能夠拓寬學(xué)生知識面、提高其綜合素質(zhì)。總之，綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，從而培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的高層次創(chuàng)新型復(fù)合人才。
參考文獻(xiàn)
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作者：柯德慶 吳潤 趙惠忠 單位：武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院
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