淺談《工程材料》實驗教學的改革

崔承云

摘要：《工程材料》作為高校機械類專業一門重要的專業基礎課，其實驗教學環節雖然課時較少，但和課堂教學環節同等重要。實驗教學環節的順利開展和實驗內容的與時俱進不但可以提高學生獨立解決實際問題的能力與學習積極性，而且也能鍛煉學生動手能力，讓學生透過實驗現象發現事物本質，是培養適應社會需求人才的有效方法和途徑。

關鍵詞：《工程材料》；實驗教學；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）02-0108-02

《工程材料》是高等學校機械類專業必修的一門重要的專業基礎課，主要目的是讓學生了解和掌握工程材料組織結構、性能、成型及其應用。該課程是在工程圖學、理論力學、材料力學等課程的基礎上開設的，理論性和實踐性較強，并且知識點較煩瑣，相對枯燥乏味，學生學習興趣不高，導致整體教學效果不佳。對學生來講，掌握較多理論知識有一定難度，為了加深學生對相關理論知識的理解，該課程設置了相應的實驗。通過一系列相關實驗操作，讓學生從實驗操作、數據分析等過程中總結相關知識和規律，實現從實驗現象到理論知識的反饋，從而有助于培養學生的研究能力、分析能力及解決實際問題的能力。所以，該課程主要采用課堂教學和實驗教學相結合的方式進行，希望能擴大學生的專業視野、提高學生的實驗操作能力及理解綜合知識的能力。該課程設置符合我國關于工程教育專業認證的要求。

根據中國工程教育專業認證標準（2015版）的最新要求[1]，專業認證“畢業要求”第四條規定：“第四，研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論”，著重指出了實驗環節在畢業生知識與能力培養目標中的重要性，強調了學生做好實驗操作、數據分析和撰寫實驗報告的必要性。因此，對于工程材料課程的實驗教學環節要予以高度重視，不僅能夠極大提高教師理論教學質量，而且能夠豐富和鍛煉學生的專業知識和能力[2]。

在工程教育專業認證指導下，結合機械業工程材料實驗課程目前存在的主要問題進行分析和探索。通過問題的分析和措施的提出，對工程材料實驗教學環節進行改革，從而激發學生的實驗興趣、鍛煉學生的動手操作能力，培養高素質的、符合專業認證標準的高級人才。

一、實驗教學過程存在的主要問題

課堂教學主要是將理論知識傳授給學生，相對煩瑣、枯燥，而實驗教學則是將枯燥難懂的理論知識轉化為看得見、摸得著的實踐知識的重要環節。實驗教學可以讓學生通過眼看、手觸、心記等方式對理論知識加深了解，同時提升學生的實踐動手和創新能力。工程教育專業認證標準也要求學校在制訂培養計劃時明確標出相關課程的實驗課時。但有些高校由于實驗條件、實驗設備及實驗人員等問題的限制未能及時開設實驗，僅通過課上教師講解實驗操作、動畫演示等“課內實驗”方式代替實際實驗操作，導致學生無法通過實際實驗結果驗證理論知識，從而不具備實驗操作、數據分析的能力，達不到關于實驗的畢業要求。雖然有些高校有相關實驗設備，但實驗設備相對陳舊，數量不足，達不到實驗教學的需要。為了使學生正常開展實驗，通常是分批分組，幾個人一起做，遠遠不能滿足在實驗中培養學生觀察和創新能力的要求。同時還存在某些學生對實驗操作不夠重視，主要表現在：實驗前不預習實驗指導書，在“填鴨式”教學環境下，差一些的學生在實驗課上不認真聽講，甚至逃課，把實驗課當成理論課的附屬，抄襲實驗報告，導致實驗成績不理想，影響了整個班級或專業的實驗進展或評分。這些問題都會給實驗教學帶來不良影響，因此需要對工程材料實驗課程教學進行改革，以達到實驗教學的目的。

在實驗教學過程中存在的另一個關鍵問題是實驗的課時數，課時數一直是值得關注的問題。在高校的培養計劃中，工程材料理論教學課時占比高達83%左右，而實驗教學僅占17%。受實驗課時的限制，實驗內容不能完全展開，有些實驗只能觀摩甚至取消，學生無法動手參與操作，而且有些必要實驗學生也只能在規定的時間進行操作，記錄簡單的實驗數據，由于課上沒有足夠的討論時間，發現問題只能課后或找時間和教師討論，無法創新，導致學生的創造性思維得不到充分發揮。由此看來，實驗教學課時過低在一定程度上影響了理論教學的效果，所以為了提高學生學習興趣，保證良好的教學效果，需要對工程材料實驗教學課時和內容進行調整和改革，以達到該課程的教學目的。

除了實驗課時數，實驗內容及實驗安排或多或少存在一些問題。首先，工程材料實驗由于實驗場地或條件的限制多以演示性實驗或驗證性實驗為主，而考察綜合能力的綜合性實驗較少。以“碳鋼的熱處理、組織觀察、性能測定”實驗為例，實驗過程沒有具體的熱處理操作過程，熱處理和碳鋼熱處理后的各種組織主要通過觀看多媒體計算機演示，學生能夠操作的只是碳鋼熱處理后的硬度測試，學生的動手操作技能大打折扣。所以本該作為綜合性的實驗定性只能作為驗證性實驗開展。這種實驗操作很難激發學生對實驗操作的興趣，無法讓學生親身體會金屬熱處理后組織、性能的改變，使學生有一種似懂非懂、霧里看花的感覺，實驗效果也不夠明顯，更是不能發現新現象，不能通過現象發現本質，從而對相關知識的掌握和理解不夠。其次，有些實驗內容高大上，但學生無法動手操作。以“掃描電子顯微鏡在工程材料中在應用”實驗為例，由于掃描電鏡造價昂貴，操作嚴格，該實驗主要以實驗教師現場操作演示的方式介紹掃描電鏡的結構、原理及操作方法，實驗內容使學生覺得沒意思，要么不聽，要么不去，認為該實驗也與今后的工作沒關系，缺乏認真操作實驗的動力，實驗效果不理想。第三，受實驗課時數的限制以及學校機械類專業學生都要進行該實驗操作，所以在實驗安排上并不能完全和理論教學相匹配。有的實驗做完了，理論課程還沒講，反之亦然。由于實驗設備和實驗教師有限，班級各實驗在安排上有一定的時間間隔，如果間隔時間較長，再加上實驗印象不深，學生在做這個實驗時對上個實驗內容和具體操作基本沒有印象，這樣不利于學生系統地掌握理論知識、了解各個實驗之間的前后聯系，影響對知識的綜合理解。

二、實驗教學改革

實驗教學作為高校某些課程實踐環節的一個重要考察點，是學生將理論知識與實踐知識相結合的重要途徑，也是學生綜合素質的重要體現。針對以上實驗教學環節的主要問題，努力探索新形勢下如何做好實驗教學的改革，才能使學生在有限的時間內將理論知識與實踐知識有效結合，獲得較好的綜合知識，努力提升個人綜合素質，提高認識問題、分析問題和解決問題的能力。

1.針對實驗設備陳舊、數量不足的問題，要根據實際情況報廢舊設備、更換新設備，同時增加實驗設備臺套數，基本達到兩名最多三名學生一臺設備的條件，既滿足每位學生都能操作實驗設備的要求，又鍛煉了學生實際動手操作的能力，加深了對實驗過程和實驗現象的理解，能夠激勵學生認真分析實驗數據，撰寫實驗報告，對創新能力、理解能力和推理能力的培養具有積極的作用。同時，針對學生實驗課遲到或逃課的問題，可以在實驗考核成績中進行體現，增加實驗課平時成績所占比例，包括考勤、實驗表現、回答問題等，可以按照“平時成績×40%+實踐報告成績×60%=總成績”的計分方式，既照顧到了學生平時表現，又突出了實驗報告分析，并且有效杜絕了實驗報告班內大面積抄襲的不良現象。

2.根據工程教育專業認證要求，為了提高學生對所學知識的綜合應用和鍛煉實踐能力，實驗課時數占的比例將越來越高，實驗內容也會逐漸增加。但考慮現在的課時數，需要把原來課程中的一些小實驗，如可以將各種硬度測試、光學顯微鏡的使用及顯微組織的觀察等小實驗經過設計修改成綜合性操作實驗，既能夠鍛煉學生的綜合知識運用能力，又能夠加強學生對實驗操作及實驗現象的印象，同時還能將前面幾學期學到的基礎知識，如理論力學、材料力學等靈活運用到整個綜合性實驗中，所有實驗過程均由學生自己操作，提高學生學習知識的主動性。

三、結語

只有通過對工程材料實驗課程進行改革，緊跟時代形勢，設計修改實驗內容，制訂合理的實驗方案，合理安排實驗時間，才能充分發揮學生學習的主觀能動性和親自動手參與實驗的積極性，才能有效提高學生解決工程實踐問題的能力及創新能力。

參考文獻：

[1]林健.工程教育認證與工程教育改革和發展[J].高等工程教育研究，2015，（2）：10-19.

[2]蔡曉君，劉湘晨，竇艷濤，等.機械基礎實踐教學新體系的改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2015，（1）：210-214.

Abstract："Engineering Materials" is an important basic course for the major of mechanical engineering in Colleges and universities.Although the experimental teaching link is less，it is as important as the classroom teaching link.The smooth development of the experimental teaching link and the progress of the experiment can not only improve the students' ability to solve practical problems independently and learning enthusiasm，but also can exercise students' ability to do it，and let the students discover the essence of things through the experiment.It is an effective method and way to cultivate the talents to meet the needs of the society.

Key words："Engineering Materials"；experimental teaching；reform