雙一流大學專業建設中以學科競賽促進基礎課程實驗教學改革的實踐與研究

梁小平 張志佳 張桂芳 趙義平 翟曉飛 張亞斌

摘要：本文介紹了全國大學生金相技能大賽的實施過程和取得的成果，以競賽為載體和抓手，推動了“材料科學基礎”實驗教學改革。將學科競賽引入實驗教學體系，能較好地培養學生的實踐能力和工匠精神，提高實驗課程教學質量。實現以賽促教，以賽促改，以賽促學，不斷提高材料學人才培養質量的目標，促進雙一流學科建設。

關鍵詞：材料科學基礎；實驗教學；金相技能比賽；雙一流

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）15-0168-02

“材料科學基礎”（下面簡稱“材基”）是材料專業一門重要的專業基礎課，但是目前該課程的教學內容只有理論教學，沒有開設任何實驗課程。在以往的期末考試中，相圖一直是丟分最多的內容，學生反映聽不懂背不動。我們連續參加兩屆全國大學生金相技能大賽，首先考慮的就是開設金相實驗，通過金相組織識別來可以深入了解二元相圖中最常見的鐵碳相圖，可為學習其他相圖起到拋磚引玉的作用。本文以全國大學生金相技能大賽為例，談談金相技能比賽對“材基”課程體系實驗教學改革的啟示與影響。

一、金相大賽的準備和組織

目前，全國范圍內的金相大賽包括全國大學生金相技能大賽和全國高校大學生金相大賽暨全國高校大學生材料綜合技能大賽，這些比賽都重點強調學生的專業技能和精湛技藝。我們在無機非金屬材料工程專業做了宣傳，要求參賽學生的條件是愿意進實驗室、踏實肯干，有30%學生報名參加。開始經過2—3次集中培訓，然后就是自主練習，實驗室從早上6點到晚上10點開放，學生根據自己的學習時間進行安排，每次實驗都要登記。學生在培訓階段就自動減員，最后在五一節前后以學院金相大賽的形式對學生金相基本技能進行考核。2018年進行了天津大學—天津工業大學聯合預賽的形式，比賽全部過程完全按照全國大學生金相大賽要求，考查學生金相基本技能的掌握情況。根據預賽結果來看，學生成績的好壞與其進實驗室的時間長短和學習的認真程度成正比關系。預賽前6名學生進入參加全國大學生金相大賽名單，進行2—3個月練習，最終確定3名學生參加全國大學生金相技能大賽，其余3名參加其他金相賽事。

這部分工作經過2年的實踐，收到了良好的成效。2016年我校參加清華大學承辦的第五屆全國大學生金相技能大賽，有2名學生參賽，獲得二等獎1項、三等獎1項；2017年10月參加了由南昌大學、南昌航空大學、江西科技師范大學聯合承辦的第六屆全國大學生金相技能大賽，獲得三等獎2項。連續緊張的3—4天的競賽活動，培養了參賽選手克服困難的拼搏精神，鍛煉了參賽選手的自主學習能力、應變能力和創新能力，提高了他們的心理素質。在參賽過程中，通過參觀承辦單位的實驗室以及和參會的多所兄弟院校教師的交流，為此后實驗教學的改革帶來了諸多啟發。金相樣品的制備過程就是將樣品通過反復地磨制、拋光、浸蝕等步驟后，放在光學顯微鏡下觀察樣品結構，是一個把簡單的事情做到極致、不斷精益求精的過程，它和目前所提倡的“工匠精神”具有共通之處。因此，我們確定了“材基”實驗教學首先從金相實驗開始。

二、實驗教學改革內容

近年來受到經濟投入、人力投入和實驗室場地等因素的影響，專業課的基礎實驗發展并不迅速，相比而言，由教師們的科研成果開發的大型綜合實驗開設的比較多。由于學校辦學歷史和專業本身性質等原因，很多學校所開設的材料類課程不全或知識點覆蓋不夠。在課時緊張的情況下，“材基”變成“材基（上）”和“材基（下）”，學時由75增加至90，目的就是增加實驗教學內容。首先我們開設了金相基礎實驗，包括“金相顯微鏡的使用”、“鐵碳合金平衡組織觀察”、“材料硬度的測試”等實驗。通過實驗教學，得到以下心得：

1.首先是學生對鐵碳合金立面涉及的一些理論知識有了更深一步的理解。從鐵碳合金中主要包含是鐵素體和滲碳體，鐵素體為體心立方晶格的知識點返回到“材料科學基礎”第一章“晶體”里面的內容；Fe-Fe3C相圖上的固溶體都是間隙固溶體，屬于晶體“固溶體”的知識點；相圖中二元包晶、共晶、共析等概念等得到更好的鞏固。

2.實驗過程中強調細節和標準化。例如：腐蝕試樣采用夾子或者棉簽，手不能觸到腐蝕劑；樣品腐蝕后用水清洗干凈，使用吹風機吹干；使用顯微鏡前必須把手上的水擦干；顯微鏡低倍與高倍物鏡轉換時，先低倍再轉換高倍物鏡進行觀察等。這些都是在比賽中容易扣分事項，與兄弟院校的教師交流時，他們說原來實驗中也不太強調，現在也都開始在平日的實驗教學中嚴格要求學生養成良好的實驗習慣，注重實驗的每一個環節。

3.“材基”的考核方式是期末閉卷考試成績加平時成績。其中學生出勤情況和平時作業記為平時成績，占總成績的30%；期末閉卷考試成績占總成績的70%。增加實驗教學后，學生出勤情況、平時作業、實驗操作及實驗報告記為平時成績，總成績的40%，期末閉卷考試成績占總成績的60%。這種方式將學生的實驗表現也考慮到總成績中，對學生的實驗參與程度和態度起到監督和督促作用。閉卷考試中內容也進行調整，原來相圖部分的分數占整個卷面成績的20%左右，大部分學生的得分都是10分以下，而開設實驗后，會將相圖部分內容當場考試，減少閉卷考試內容，因實驗學生對相圖部分內容掌握比原來好。

三、結論

通過參與全國大學生金相技能大賽，我們對“材基”課程進行實驗教學改革，取得了一定的成果，下一步的發展方向主要是在兩個方面：一是擴大受益面，嘗試階段只是針對無機非金屬材料專業的學生，需要進一步擴大到整個材料學院的學生；二是繼續加大實驗教學的力度，逐步增加其他實驗內容。在參賽過程中參觀兄弟院校的實驗室、和兄弟院校的教師們深度討論，可以不斷拓展任課教師的實驗實踐教學的深度和廣度，并將其中的有益經驗反饋于對自身教學工作之中，真正做以賽促教、以賽促改，不斷提高材料學人才培養質量。2017年9月，天津工業大學入選一流學科高校，將大賽與實驗教學改革相結合，更好地發揮實驗教學對人才培養的作用，探索出培養工勤業精的創新性應用型高級專門人才的有效途徑，對促進雙一流學科建設具有重要意義。

參考文獻：

[1]陳煒曄，張樹玲，蔣亮，耿桂宏.學科競賽與材料科學基礎實驗教學改革[J].教育教學論壇，2017，（28）：108-109.

[2]王金星，劉天模.通過實驗教學提高學生創新能力的嘗試[J].實驗室研究與探索，2011，30（07）：255-258.

[3]王曉琴，劉華，宋淑華，王航平.開展實驗技能大賽 促進實驗中心建設[J].實驗室研究與探索，2011，30（05）：83-85.