“金相顯微技術”課程改革與實踐

葛利玲

(西安理工大學 材料科學與工程學院， 陜西 西安 710048)

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實驗課程改革

“金相顯微技術”課程改革與實踐

葛利玲

(西安理工大學 材料科學與工程學院， 陜西 西安 710048)

以“注重基礎理論、強化實驗技能、提高工程實踐能力，培養創新意識和現代人文精神”為教學理念，依托“陜西省實驗教學示范中心”實驗教學平臺，對“金相顯微技術”技術基礎課程從教學內容、教學方法與手段、運行機制等進行了深入改革。采用“開放式、自主性和實戰型”教學模式，有效地培養了學生“做中學、學中思、思中創”的實踐能力和創新意識。良好的實驗平臺和多年的教學資料積淀為學生提供了優質的教學資源，有利于學生的實踐能力和文化素養的培養。

金相顯微技術； 教學改革； 實踐能力培養； 人文精神

實驗教學是大學人才培養的一個不可缺少的重要環節，在學生能力培養方面起著重要的作用，尤其是2010年教育部提出的“卓越工程師教育培養計劃”對實踐教學提出了更高的要求。計劃要求培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才[1-2]。金相顯微技術是材料類各專業的一門重要的技術基礎課程，它是分析研究材料微觀組織結構的基礎實驗技術，該技術隨著材料科學技術的不斷發展，它的內容也在不斷地豐富與改進。因此，該課程在理論聯系實際和適應科技發展的綜合應用能力等方面具有其他課程難以替代的作用。為了實現“基礎扎實、實踐能力強、綜合素質高、具有創新精神的工程應用型專業人才”的培養目標，以“注重基礎理論、強化實驗技能、提高工程實踐能力，培養創新意識和現代人文精神”為教學理念，依托“陜西省實驗教學示范中心”實驗教學平臺，對該課程從教學內容、教學方法與手段、運行機制等方面進行了深入改革。

1 不斷更新擴充教學內容

1.1 不斷更新完善教學內容與時俱進

“金相顯微技術”課程是我校在1949年建校以來為金相專業開設的一門專業技術基礎課，1978年延伸到鑄造專業和焊接專業，隨著材料物理與材料化學專業的建立，2002年已成為面向材料科學與工程、材料成型與控制、材料物理、材料化學大類專業的必修課。

在建國初期，由于實驗設備落后、功能單一，教學內容僅限于金相顯微試樣的制備、金相顯微鏡操作、金相黑白顯微攝影及暗室技術。隨著科技的發展、新技術不斷出現和實驗設備的更新，實驗內容在內涵上得到了擴充。實驗內容在原有的基礎上增加了顯微鏡的明場、暗場、偏光、微差干涉原理及其應用，數碼技術在顯微攝影中的應用，顯微硬度測試原理及其應用，納米壓入技術等材料微觀組織結構與性能測試方法，計劃學時36學時(其中理論授課12學時，實驗24學時)。2011年，我校材料科學與工程專業卓越班實施，為了提高卓越班學生的工程實踐應用能力，計劃學時增加到48學時(其中理論授課16學時，實驗32學時)，實驗內容除了在每一章節增加更多的工程應用典型案例外，還增加了金屬材料金相熱處理檢驗方法國家標準的應用。

1.2 豐富實驗教學內容 激發學生學習熱情

對于剛剛進入專業基礎課學習的學生來說，他們對材料學科的研究內容及方法認識不足，金相顯微技術對他們來說是一門既新鮮又感興趣的課程，該課程的學習能使學生掌握材料學科的基本技能，對材料學科產生深刻的感性認識，使學生對材料的認識從宏觀走向微觀，這是一個質的飛躍。這將對他們隨后的課程學習、畢業設計、繼續深造以及未來的實際工作產生很大的影響。

為了拓寬學生視野和緊密聯系實際，在實驗內容上改革舊式的單一的、就事論事的做法。例如金相試樣制備實驗所選的材料除了過去普通的純鐵、碳鋼和鑄鐵等鋼鐵材料外，增加了銅及銅合金、鈦及鈦合金、鋁及鋁合金等實際生活中學生熟悉的常用材料。通過實驗不僅讓學生掌握了不同材料的制備方法，更重要的是讓他們理解了這些材料具有不同的物理與化學屬性及力學性能，其內在的原因是材料成分不同和微觀組織結構不同所致，對材料學科的研究內容有所了解，激發學習材料科學的積極性。

1.3 引入工程應用典型案例 強化卓越工程師實踐能力

知識只有在應用的過程中才能轉化為能力，而能力只有在運用知識和技能的過程中才得以培養[3]。為了強化卓越班學生的工程實踐能力，達到學以致用的目的，依托“實驗教學示范中心”的優質實驗設備資源，采用“實戰型”教學模式，在教學內容中引入工程應用典型案例和金相檢驗標準的應用，如非金屬夾雜物的制樣方法、類型識別和評級，晶粒度的測定方法等。同時，讓學生積極參與對外來樣分析檢測以及失效分析工作，培養學生“做中學、學中思、思中創”的工程實踐能力和創新意識。

2 教學方法與手段系列改革

2.1 構建立體化教材 提高教學質量

立體化教材能最大限度地滿足教師教學需要和學生學習需要，促進教學方法和教學手段的改革，全面提高“教”與“學”的質量。立體化教材也是精品課程建設的主要內容[4-6]。因此，教材立體化建設已成為目前教材建設的一個新趨勢。

(1) 紙質教材。隨著學科前沿的新知識、新設備、新技術和新成果不斷出現，自編教材內容也在不斷地改進與更新。早期的油印自編教材《金相技術培訓》在1991年改編為《實用金相技術》(1993年獲校優秀教材二等獎)。隨著數碼技術的出現，于2003年對教材進行了修訂和補充，增加了數碼技術在金相顯微分析中的應用章節。為了提高學生創新意識，引入研究級金相顯微鏡、全自動顯微硬度計和納米壓入儀等新設備， 2008年再次對教材進行了修訂和補充，增加了顯微鏡新功能、顯微硬度、納米壓入分析測試章節，使得教材內容與時俱進、更加完善，教材再次更名為《金相顯微技術》(2011年獲校優秀教材一等獎)。

(2) 多媒體教學軟件。較早期為該課程開發了“金相組織觀察”網絡多媒體教學軟件(見圖1)[7]。課件中涵蓋了借助金相顯微鏡和電子顯微鏡拍攝的近千幅典型微觀組織結構形貌，從不同角度展現了不同材料的微觀結構，為教學內容的內涵建設起到了很大的作用。學生課后通過校園局域網隨時登陸學習，彌補了教學學時不足，促進了教學。2003年獲陜西省現代教育技術成果三等獎，并在多所高校得到應用。

圖1 “金相組織觀察”教學軟件部分界面

(3) 視頻文件。錄制了“金相顯微樣品制備”、“金相顯微鏡的構造與操作”、“顯微硬度計的原理及應用”視頻文件，彌補了理論課堂無法展現的內容。

(4) 電子教案。實驗講義采用電子講稿，可根據實驗內容、實驗環境、實驗設備等情況隨時修改講義，靈活應用，及時更新。

紙質教材、多媒體教學軟件、視頻文件和電子教案把教材的精華從各個角度呈現給師生，既有重復、強調，又有交叉和補充，相互配合，形成一個信息化課程的有機整體，構建了多媒體金相基礎實驗教學平臺[8]。

2.2 注重積淀 創造優質教學資源

出色的金相圖片是材料與藝術的輝映，令人愛不釋手，而優秀的金相圖片，無一不需要金相工作者付出大量的精力和心血。無論是科研還是教學，我們都注重典型組織的優秀金相作品的積累，60余載積淀的典型樣品和圖片(見圖2和圖3)不僅為教學營造了良好的文化環境，而且為學生開放式自主學習提供了優質資源，典型圖譜已在全國20多所高校得到應用。以此為契機，面向學生開展金相樣品制備技能、金相攝影大賽和優秀金相作品欣賞等活動，使課程得到很好的延伸，也為學生能力提升和個性化的展現提供了機會。

圖2 新建金相顯微觀察室

圖3 原有的金相顯微觀察室

將材料與藝術相結合，培養了工科學生的審美意識和人文素質，順應了《國家長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》強調“加強美育，培養學生良好的審美情趣和人文素養”的要求[9]。評選出來的優秀作品被保留下來，陳列在開放式教室里(見圖4)，這除了使獲獎者自身有成就感外，還能激發后續學生對材料學科的學習熱情，同時也培養了學生材料科學文化素養。

圖4 集典型樣品和圖片為一體的開放式教室

2.3 保留傳統實驗項目 培養現代人文精神

對于人才培養，不僅要求學生獲得有用的知識，還要培養學生的現代人文精神[10]。盡管現在已是數碼技術時代，傳統的金相攝影使用得很少，但是傳統攝影及暗室技術既是一個技術含量很高的實驗項目，又是學生一直最喜愛的實驗，為此我們一直保留該實驗項目。

學生在實驗中不僅了解材料學科的傳統技術，更重要的是培養了現代人才的綜合素質以及現代人文精神[11]。一個優秀的金相照片需要具備以下缺一不可的條件：

(1) 制備出一個合格的金相樣品；

(2) 選擇反映材料真實組織的典型形貌；

(3) 合適的曝光參數，影響曝光參數的因素有金相試樣磨面反光能力即腐蝕的深淺程度、底片的感光度、顯微鏡的光源強度、光圈的大小以及曝光時間等；

(4) 正確的沖洗底片和印相方法等。

在暗室中沖洗底片和印洗照片是很辛苦的工作，盡管如此，學生依舊熱情很高，不怕辛苦，出錯就改，積極思考，及時改進，直到做出一個合格的照片。當每個人走出暗室時都留下了發自內心的許多令教師欣慰的感言。在這個過程中培養了他們獨立思考、嚴謹細致、追求完美、戰勝困難、肯定自己的現代人文精神。

3 運行機制和保障

3.1 組建課程教學團隊

學生要學得好，首先要教師教得好。教師只有知識淵博、創造力及創新性強，才能創造性地獲取、加工、輸出教育信息，才能啟發學生、激發其創造性靈感，培養出創新人才。因此，教師要以科研與教學并重進行自身修煉，正確運用科研與教學的相互促進作用，才能提高教學水平[12-13]。

金相顯微技術是一門專業基礎技術課，也是隨材料科學技術發展而不斷提高和擴充的技術，因此，教師除了具備一定的綜合理論知識和實踐能力與經驗外，還要不斷修煉提高，將最新的思想、方法、成果和新技術及時融入教學中，才能真正推動教學改革。為此，組建了長期從事本專業具備一定理論基礎和豐富實踐經驗以及一定科研能力的教授、副教授、高級工程師、講師和工程師8人組成的課程教學團隊。教授既是課程主講人又是課程負責人，負責課程改革方案和建設目標。

3.2 運行機制探索

本課程涉及的知識面廣，實踐操作環節多，學生人數多(每一屆普通班13個近400名學生和1個卓越班)，在師資、實驗設施與場地有限的情況下，如何在有限的時間內完成400余名學生的系列綜合性實驗是一項十分復雜而繁重的工作。為了做好該教學工作，我們從以下幾個方面入手，積極探索，取得了良好的效果。

首先，在時間、空間以及內容上進行有機的安排。采用穿插交替與前后相差方式進行，即一個班上理論課，另一個班進行實踐操作，并且每個班進入實驗室的時間不同。實踐操作環節按照實驗場地和設備臺套數分組，如顯微鏡操作可30人一組，樣品制備15人一組，顯微攝影及暗室技術7～8人一組、顯微硬度測試4～5人一組，使得教學有序進行。

其次，改變教學思路與方式。教學由以教師為主轉向以學生為主的自主式學習方式，培養學生“做中學、學中思、思中創”的動手能力和創新意識。采用“開放式、自主性”教學模式，實行實驗室全面開放，派教師輪流值班。每天安排2位教師值班，負責現場指導學生和解答學生在留言板里的問題、發放實驗材料、維護設備以及負責實驗室安全。

再之，充分利用網絡教學資源。由于教學計劃學時有限，為了提高教學質量，將開發的優質教學資源(教學軟件、視頻文件等)上傳到中心網站，以便學生利用業余時間使用。網站上設置了學生問題留言，在規定的時間內，教師要做出回答。

最后，認真做好總結工作。教師應對整個實驗從理論到實際結果進行認真總結，要求學生認真撰寫實驗報告，對實驗結果進行分析與討論以及寫出體會，全面培養學生掌握科學實驗基本方法與動手能力。

3.3 切實可行的考核方法

課程主要以實踐環節為主。因此，成績考核主要從兩方面來考慮：實踐操作過程與撰寫的實驗報告，其中實踐操作環節占60%，實驗報告占40%。實驗報告撰寫主要是理論知識(主要來自教材)的理解和實驗結果的分析，差異不大。實踐操作則更能體現學生的真實成績，對樣品的制備、顯微鏡的操作、組織識別與表述、顯微攝影等幾個環節進行現場評定。由于學生人數多，這種評定方法教師的工作量很大，但評定過程中通過教師與學生面對面的討論，甚至爭辯，學生不僅加深了理解，增加了自信心。評定結果也能全面反映學生能力，評分更加公正。同時，教師的敬業精神也影響著學生。這種考核方法的實施，已經使學生不再只注重實驗結果，現在他們更注重的是實驗的過程和知識的獲取，極大地端正了學生學習的態度，提高了心理素質。

4 結束語

金相顯微技術課程開設60余載，在教學過程中無論是教師還是學生都投入了很大的熱情，已成為學生和教師知識與感情交流的平臺。本課程已成為我校的“精品課程”，其中典型的金相圖譜已在全國20多院校得到應用，也是實驗教學示范中心的一大特色，對材料科學與工程和材料成型與控制兩個國家級特色專業的建設起到了有力的支撐。

References)

[1] 教育部啟動實施“卓越工程師教育培養計劃”:面向工業界、面向世界、面向未來，培養卓越工程師后備人才[J]. 中國大學教學,2010(7):4-5.

[2] 林健.“卓越工程師教育培養計劃”學校工作方案研究[J].高等工程教育研究，2010(5)：30-36.

[3] 米偉哲,劉思嘉,聶志強.以卓越工程師為培養目標的工程實踐教學作用分析[J].實驗技術與管理,2013,30(10):18-20.

[4] 魏江江.立體化教材建設的思考與實踐[J].科技與出版,2011(9):30-32.

[5] 葛文杰.以新的教學理念打造機械原理國家級精品課程[J].中國大學教學,2005(7)：10-12.

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[10] 楊春梅.高校理工科專業加強人文素質教育的思考[J].教育探索，2012(4)：137-139.

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[12] 楊朝暉,張薇,曾光明,等.改革高校實驗教學,培養高素質人才[J].高等理科教育,2005(4):106-108.

[13] 田有,馮晅,劉財.科研與教學并重 成就優秀的大學教師[J].實驗技術與管理,2013,30(2):33-35.

Teaching reform and practice of Optical Microscopy course

Ge Liling

(School of Materials Science and Engineering,Xi’an University of Technology,Xi’an 710048, China)

Based on the teaching philosophy of emphasizing teaching theories and experimental skills,improving practical ability,cultivating innovative consciousness and modern humanistic spirit,the reform of Optical Microscopy course is implemented on teaching contents,teaching method and approaches ,and the operation mechanism relying on the platform of Shaanxi Province Experimental Teaching Demonstration Center. It can cultivate effectively the students’ practice ability and innovative sense during the activity of learning by doing,thinking in learning,innovating by thinking by means of opening laboratory,initiative learning and practice-based teaching modes. The well-operated experimental platform and long term accumulated teaching materials can provide every student with high quality teaching resources, which are beneficial for the cultivation of the students’ practical ability and cultural accomplishment.

optical microscopy； teaching reform； cultivation of practice ability； humanistic spirit

2014- 06- 09 修改日期：2014- 07- 31

陜西省教育廳實驗教學示范中心建設資金項目(陜高教[2011]41號)；西安理工大學教學研究重點項目(Xyj0802)；西安理工大學精品課程建設項目(2008)

葛利玲(1961—)，女，陜西戶縣，教授級高級工程師，實驗中心主任，從事實驗教學與科研工作.

E-mail：geliling-xut@163.com

G423.07

A

1002-4956(2015)2- 0197- 04