工程材料学实验教学改革研究分析论文
摘要：本文分析了工程材料学实验教学中存在的常见问题，提出了一种综合性、设计性的实验教学模式，并探讨了这种实验教学改革的实施和成效。实践表明:综合性、设计性实验教学能充分发挥学生的主体作用，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，从而培养具有专业素养的高层次创新型复合人才。
关键词：工程材料学；实验教学改革；综合性、设计性实验；创新型复合人才
工程材料学这门课程是机械类和材料类专业的一门专业主干课程，该课程一般安排在材料科学基础、金属热处理二门课程之后，与材料力学性能课程同学期开出，其教学思路一般为：机器、零件的工作状况→主要失效方式与受载情况→需要什么样力学性能能满足该受载情况和抵御失效→引导出组织与钢种选定→该类钢的热处理工艺及力学性能等。工程材料学教学内容多、涉及知识面广，学生普遍反映学习该课程时内容繁多和需要记忆部分太多[1]。若能走进实践中亲眼看看这些机器零件，体会这些机器运载方式，则学习起来事半功倍。目前，与之配套的实验教学课程一般为基础性验证实验，主要穿插在理论课程中，并且依附于理论教学的进度[2]，例如常用合金钢的显微组织观察和分析、热处理工艺的制订、布洛维硬度检测等等。工程材料学是一门实验科学，但当今大多数高校重理论轻实践，导致实际教学中理论教学和实验教学通常无法有机结合，各实验课程间缺乏关联性和整体性，造成学生学习兴趣不浓，更不利于培养学生独立发现问题、分析问题和解决问题的能力[3]。鉴于此，我校特对工程材料学实验教学进行了改革，整合原来附属于理论课程的单个实验，开设专业综合性、设计性实验以培养具有专业素养的高层次创新型复合人才。
1 实验教学存在的问题
21世纪是培养具有创新精神和实践能力的高素质人才的关键时期，加强高校实验教学改革刻不容缓。实验教学相对理论教学更具直观性、实践性、综合性和创新性，它具有课堂理论教学所不可替代的作用，并且能将所学理论知识充分运用于实践中。理论教学和实验教学都是培养学生具有创新精神和实践能力的不可或缺的重要方面。当前，实验教学改革中存在许多问题亟须解决：从实验内容方面看，以验证性、演示性的基础实验为主，实验内容比较陈旧；从实验教学观念看，过分重视理论知识传授、轻视动手能力培养，把实验教学作为理论教学的附属品，使其机械依附于理论课程；从实验教学方法看，实验方法比较落后，给予学生在自主方面的机会和空间很少，缺乏对学生动手能力的培养。
2 实验教学改革的内容
2.1 实验教学内容改革
我校将传统的依附于理论教学的单一实验课程改革为综合性、设计性的实验课程，具体思路如图1所示。实验课上，教师提供给学生工程上常见的各类失效零件，学生自由分组讨论本组的零件的失效形式，教师引导学生设计可行性的`钢种并进行热处理工艺操作，最后检测力学性能是否合格。另外，我们还提出了一个钢种多种用途的实验设计思想。例如：GCr15一般用作轴承套圈，有时也用作冲模和量具。根据其不同工况条件，学生设计不同的热处理工艺以满足其性能要求。这种综合性、设计性的实验教学遵循理论教学的基本思路，二者相互契合，能充分激发学生的主动性和创造性。学生能积极思考问题，并运用所学专业知识分析问题和解决问题。
2.2 实验教学方法改革
(1)开放实验室。
传统的实验教学方法过于单一，通常是学生课前预习并完成预习报告，之后在规定的时间进入实验室，教师进行简单的讲解后学生按照实验讲义一步一步完成实验，得出实验结果。实验教学时间比较紧张，学生很难独立思考，并且学生自由发挥的余地很少，因而很难提升学生分析问题和解决问题的能力，不利于培养具有专业素养的高层次创新型复合人才。我校通过优化实验教师队伍、整合实验仪器设备资源、全天候开放实验室并让学生自己设计实验，为学生提供了良好的实验条件，能够充分调动学生的积极性并培养学生创新意识。
(2)网上答疑。
近年来，因高校连续扩招和部属院校归地方管理等原因，导致教学投入不足，许多实验仪器设备的技术性能低，实验教学手段的陈旧、落后已经是一个极其突出的问题，已经不能适应创新教育对人才培养的要求。创新教育要求实验教学手段要紧跟社会经济发展的步伐，实验教学要与现代信息技术相结合。我校将实验教学资源整合，形成了一个信息化的网上互动平台。学生在实验中遇到任何问题都可以适时与教师探讨，学生成为实验的主体而教师只需辅助学生完成实验。
(3)科研项目。
科研项目一般是本行业相关的比较热门和亟须解决的问题。教师将科研项目分割成几个不同的小实验，学生先了解相关研究背景，并设计实验方案，最后亲自动手完成实验。在整个实验过程中，学生既了解了相关行业的前沿科学问题，又提升了动手能力。
3 实验教学改革的实施与成效
实验教学改革的目的是提高学生的动手能力和培养学生的创新意识。通过综合性、设计性实验，学生根据自己的兴趣选定不同的失效零件，依据已掌握的基本理论知识，进行钢种设计、热处理工艺和实施方案设计及每个环节的独立动手操作等来完成整个实验过程，这样就把学生推到了实验教学的前台，使学生真正成为实验教学的主体。通过一系列的过程，学生能够深刻体会材料—工艺—组织—性能之间的联系，并且能运用自己所学的知识联系操作过程来指出组织中的缺陷产生的原因并分析其对性能的影响。能把知识应用到分析和解决问题上，这才是学习的真正目的。通过开放实验室，为学生个性发展提供了自由空间，适应了不同学生的兴趣和需要。当学生对实验产生浓厚的兴趣时，他就能够积极地思考，大胆地探索，变被动为主动。通过网上答疑，学生玩手机和电脑的时间大大减少，成绩明显比上一届学生好。教师也能感受到学生的专业知识和动手能力更加扎实。通过科研项目，学生能够解决实际生产中的问题。学生参加各类比赛能够获得奖励，毕业论文也能够顺利获得省级优秀论文，从而大大提升学生的成就感。
4 结束语
综合性、设计性实验对学生提出了更高的要求，实验内容具有较高的综合性和知识的渗透性，实验过程与解决实际科研问题具有较高的相似性。综合性、设计性实验教学能够给学生提供一个良好的自我能力展示的机会，而且能够鼓励和帮助学生将自己的优势最大限度地发挥出来。另外，综合性、设计性实验不同于验证性实验和演示性实验，学生不仅要对相关专业知识有深入了解，而且对其他知识也必须有一定的了解，因而能够拓宽学生知识面、提高其综合素质。总之，综合性、设计性实验教学能充分发挥学生的主体作用，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，从而培养具有专业素养的高层次创新型复合人才。
参考文献
[1] 袁广银.基础理论与前沿研究相结合——工程材料学教学体会[J].中国现代教育装备,2013(19):23-24.
[2] 韦青燕.专业课程实验教学研究与探索[J].实验科学与技术,2013(4):111-114.
[3] 吕霞付,王平,罗萍.加强实验教学示范中心建设，培养学生创新能力[J].实验技术与管理,2013(5):95-98.
[4] 王长生,王宇飞,肖宏滨,朱利敏.《机械工程材料学》综合性实验教学改革与实践[J].实验室科学,2008(2):29-32.
作者：柯德庆 吴润 赵惠忠 单位：武汉科技大学材料与冶金学院
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