基于應用型人才培養的金屬材料及熱處理課程實驗教學探究

蔣亮 劉貴群 李吉林 秦春 侯俊峰 李涌泉

摘要：在材料科學與工程學院材料成型及控制工程專業培養方案修訂之際，為了進一步增強本專業學生的學習積極性，培養學生具備將理論知識與實驗技能相結合以解決實際問題的能力，從而適應現代社會對材料成型專業學生的需求，本文對《金屬材料及熱處理實驗》進行了教學改革，由原有的“驗證性實驗”向“綜合設計實驗”進行轉變。

關鍵詞：應用型人才;金屬材料及熱處理;綜合性實驗;課程建設

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）20-0277-02

一、引言

隨著應用型人才培養的教學理念不斷深化發展，各個高校都進一步加強了對實驗/實踐課程的重視程度，實驗課程的主要作用是幫助學生加深對理論課程的理解，因此大多數傳統的實驗課程是對課本上已有的知識進行重復性驗證。在此類實驗課程的授課過程中，由老師決定實驗方案，再由學生“劇本式”地完成后續的實驗工作，甚至在涉及一些大型儀器或精密儀器時，老師會完成全部的實驗動手內容，而學生只作為旁觀者參與實驗。由此，在整個實驗教學模式中學生都處于被動接受的位置，而本應通過實驗激發的學生的學習能動性和主觀創新性完全得不到發揮。實際上，實驗教學不應從屬于理論教學，二者之間應該是辯證統一關系。實驗教學相對于理論教學更具有真實性、綜合性和直觀性，對于激發學生的創新能力更加有益，對提高學生的學習能力，理論知識運用能力和研究創新能力更具有不可取代的作用。由此可見，專業課程的實驗教學模式改革在應用型人才培養過程中勢在必行[1，2]。

二、應用型人才培養的指導思想

隨著本科教學過程中大學生創新培養和綜合素質提高的人才培養模式需要，金屬材料及熱處理課程傳統的驗證性實驗已經不能適應現階段社會發展的人才需求。過去的驗證性實驗項目盡管具有部分設計性理念，然而已經難以滿足高素質綜合人才培養的現實需要。為了適應社會對成型專業的人才培養需求，使學生能夠合理運用課本所學的理論知識并結合已有實驗技能解決現實所遇到的實際問題，在培養方案調整過程中，通過修改教學大綱和重新制定實驗講義，將原有的驗證性金屬材料及熱處理實驗變革為金屬材料及熱處理設計-實驗性實驗。修改后的實驗課程更注重學生的創新性、自主學習性、團隊寫作能力和實際動手能力。通過該課程的學習能夠促進理論教學效果，有助于學生將理論課程與實際相結合，提高學生的實踐能力和動手能力。

三、教學目標

結合本專業的人才培養目標以及應用型人才培養的指導思想，新的《金屬材料及熱處理實驗》應實現以下教學目標：（1）掌握通過熱處理方式改善合金鋼性能的方法;（2）學習材料研究的基本思路;（3）培養學生將所學理論知識綜合運用于實踐中的能力。

四、教學模式

新的“金屬材料及熱處理實驗”使學生能夠結合所學材料學相關知識和熱處理常識進行常用材料的熱處理工藝設計，并參照自己制定的實驗獨立完成實驗所需的各項實際操作，完成熱處理工藝，并對熱處理后試樣進行金相制備和顯微組織觀察分析，以及熱處理后試樣的力學性能檢測。在試驗后對所得實驗結果進行分析與討論，描述熱處理工藝與所選材料的組織性能之間的聯系，并通過本課程的教學答辯。通過以上教學模式能夠較好地將課本所學理論知識運用于實踐工作中，在未來工作中遇到材料學相關問題也具備了分析和解決問題的能力。

1.設計實驗。當學生已經修完材料科學基礎、金屬材料學、機械設計基礎和材料物理性能等課程，并在金屬材料及熱處理課程學習過半的時間節點，為學生下達實驗任務。要求學生運用所學知識，在常用材料（20鋼、35鋼、45鋼、T8鋼、球墨鑄鐵和灰鑄鐵等）中任意選擇一種，通過查閱文獻和熱處理手冊，在小組討論后制定實驗方案。實驗方案應包含常用材料介紹、熱處理工藝的合理選擇，以及性能檢測和顯微組織分析的實驗方法，實驗方案經任課教師審核通過后，即可準備實施。

2.實施實驗。本實驗以小組形式完成，每組包含四到五名同學并推舉一名組長。每組成員在實驗前應熟知本課程核心內容，掌握常規熱處理工藝并能夠以熱處理原理作為指導，能夠操作常規力學性能檢測設備，如硬度計、萬能材料試驗機、沖擊韌性試驗機等。在本實驗開放的兩周時間內，實驗室全天對學生開放，學生可以自由選擇實驗時間，在實驗前首先由實驗老師進行基礎實驗教學，后續實驗由學生自主完成。大型設備（如萬能材料試驗機）在學生進行實驗過程中需有老師陪同。每小組學生在完成全部實驗后，需完成實驗報告，實驗報告中應包含實驗結果及相應的原理分析，并針對實驗結果制作PPT準備后續答辯。指導教師組成評審小組，通過評審小組共同評議，選拔金相制備和熱處理操作技能優秀的學生參加同類型國家級學科競賽;針對實驗過程完成出色的小組，對其實驗過程錄制示范性教學視頻，并選取完成較好的實驗報告和金相照片裝訂成冊，作為示范性教學材料。

金屬材料及熱處理設計綜合性實驗的實驗過程如圖1所示。整個實驗過程包含了金屬材料及熱處理課程的理論知識以及金屬材料及熱處理的實驗技術，其中包括熱處理工藝操作、金相制備、顯微組織觀察和力學性能檢測等。通過該實驗能較好地培養學生綜合運用理論知識于實際實踐過程中的能力，同時又能培養學生較好的創新實踐能力和團隊協作能力。

五、實施效果

經改革后的“金屬材料及熱處理實驗”選拔推薦學生參加國家級學科競賽，僅在2014—2015年本方案實施的兩年中，材料科學與材料成型專業學生在2014年“蔡司杯”第三屆全國大學生金相技能大賽中獲得一、二、三等獎各一項，在2015年“蔡司金相學會杯”全國高校大學生金相大賽中獲得二等獎一項，三等獎兩項，在2015年“蔡司金相學會杯”全國高校大學生熱處理技能大賽中獲得二等獎一項，在2015年“永冠杯”第六屆中國大學生鑄造工藝設計大賽獲得優秀獎一項，相關實驗指導教師獲得國家級優秀指導教師十余次。

六、結語

教學改革后的“金屬材料及熱處理實驗”自2014年面向材料學院材料科學與工程專業和材料成型及控制工程專業本科生開設以來，受到了學生的廣泛歡迎和一致好評。學生自發性地在實驗報告中談論在本課程中的實驗體會，通過本實驗課程的學習，能夠提高學生查閱文獻資料的能力、自主學習能力和實際動手能力，能夠使得學生們運用所學知識合理解決實際問題。通過該課程的學習，學生普遍意識到金屬材料及熱處理課程講授內容與實際生產息息相關，今后學習與工作相輔相成，從而學習積極性大大提高。

參考文獻：

[1]徐瑞東，葉宗彬，鄧先明，吳瑜.全程工程創新實踐項目研究與探索[J].實驗技術與管理，2018，（08）：12-15.

[2]曹忠亮，王云鵬，胡清明，張宏斌，郭建華.基于創新創業項目的大學生創新能力培養研究[J].實驗技術與管理，2018，（08）：23-26.