“新工科”背景下應用型本科《材料科學基礎》課程實驗的教學改革嘗試

陳林 卿培林 石偉和 曹阿林

摘要：隨著“新工科”建設的發展，原有的《材料科學基礎》實驗教學已不能滿足新形勢下的材料專業人才培養需求，依據“新工科”人才培養要求對實驗課程內容進行了改革，保留和改進經典驗證性實驗，增加綜合實驗，并引入學科競賽，以賽促教。實踐證明，此次《材料科學基礎》課程實驗教學改革是成功的，獲得了較好的效果，為后續課程改革提供了新思路。

關鍵詞：新工科;材料科學基礎;實驗教學;教學改革

一、課程介紹

《材料科學基礎》是材料成型專業的主要專業基礎課程之一，是一門邊緣交叉科學，涉及許多學科，如數學、化學、物理學和生物學等，是研究材料成分、組織結構、制備工藝與材料性能和應用之間相互關系的基礎學科。《材料科學基礎》不僅理論性強、知識點多，比較抽象、枯燥，但又是一門實踐性很強的科學基礎課。協調好課程教學與課程實驗，開好實驗課，對正確理解課程知識尤為重要。本文基于“新工科”人才培養要求，在借鑒相關教學改革方案的基礎上，提出對材料科學基礎的教學模式進行創新型研究與設計。

二、傳統《材料科學基礎》課程教學的不足

學院原《材料科學基礎》課程大綱中實驗教學包含6個實驗，且均為驗證性實驗，如圖1所示。隨著材料學科的發展，以及“新工科”人才培養體系的內涵要求，強調專業理論與工程應用相結合，培養學生在掌握專業基礎理論知識的情況下，結合產業發展需求和學生的興趣，加強或適度增設實踐應用類課程比重，適當減少純理論課程，構建“新工科”的實踐教學體系，原有的課程設置的不足也日漸突出。

（一）實驗內容單

圖1中課程改革前均為的驗證性小實驗，一般僅針對個別知識點所設定，且課時安排分散，通常是在學習相應的理論課程章節后進行驗證性實驗，目的是為了鞏固所學基礎理論。這種實驗課程設置割裂了材料科學知識的固有體系，打斷了學生對前后所學知識點的融會貫通，不利于材料科學基礎理論的系統性學習。

（二）教學模式缺乏靈活性

多年來，《材料科學基礎》實驗課程指導教師一般都是先講解實驗目的、原理、所使用的設備，然后會給出詳細的實驗步驟，學生所需要的僅僅是按部就班遵照完成，最后對已知的結果進行驗證便可。這種教學模式缺乏師生互動，限制了學生的創新和實踐能力的培養。

三、實驗教學內容改革探索

針對上述問題，經過課程教師與實驗教師的協同分析，并結合相關課程教學改革成果和學院實驗中心近年的建設經驗，對原有實驗課程教學大綱進行必要性的改革，整合后的實驗開設情況如圖1。

（一）保留并改進經典實驗項目內容

對比改革前后的實驗項目內容保留了一些經典的驗證性實驗，同時對其實驗實施方法進行了相應的改進。將原有的“金相顯微試樣的制備和金相顯微鏡的原理、結構及使用”2個小驗證性實驗進行整合，改設“金相實驗技術”這一綜合實驗。實驗流程為：金相試樣制備金相顯微鏡的使用拍攝高清金相電子圖片金相定量分析。更注重學生的動手能力的培養，實驗材料選用退伙態的45#鋼，使學生對金相制備分析技術有系統的了解，同時讓學生對常見金相制樣設備（金相切割機、金相磨拋機、電子金相顯微鏡等）的操作和維護方法有了清晰的認識。

此外，還充實了碳鋼的熱處理（增加了淬火、回火）組織觀察實驗內容，使其成為綜合實驗，增加了實驗內容的系統性。

（二）增設綜合實驗項目內容

增設了“金屬材料塑性變形與再結晶組織觀察”綜合性實驗，注重培養學生親自操作的機會。分發給學生的實驗材料為150 mm × 25 mm × 0.8 mm的鋁片，首先將鋁片置于料萬能實驗機上進行不同變形量的拉伸變形處理，然后在熱處理爐中進行固溶處理，空冷，最后侵蝕樣品表面，直至觀察到清晰的晶粒組織，分組討論不同變形量對鋁合金再結晶晶粒尺寸的影響，并手動繪制組織示意圖。這樣的設置使得原本枯燥無味的理論知識經過學生自己的親自動手實際操作后，變得更形象具體而印象深刻。

（三）引入材料學科競賽，以賽促教

組織校級大學生金相技能大賽，經校內評選，推薦金相制樣技能優異的學生參加由教育部高等學校材料類專業教學指導委員會主辦的全國大學生金相技能大賽（大賽規定一個參賽學校每一屆只允許推薦3名學生參賽）。先后參加第五 ～ 八屆全國大學生金相技能大賽，累計榮獲個人一等獎3項，二等獎5項，三等獎2項，團體一等獎1項，二等獎1項。經過參加國家級學科技能大賽的鍛煉，檢驗了實驗課程改革的效果，開闊了眼界，認識了不足;為以后的教學和比賽注入正能量。

結語

實驗教學是高校專業教學的重要組成部分，“新工科”建設對高校實驗實踐課程的教學提出了新的更高要求。本文作者以百色學院材料學院材料成型及控制工程專業《材料科學基礎》實驗教學改革為載體，豐富實驗內容，激發了學生的求知欲和創新思維，提高了學生的專業動手能力和學科認知深度。培養了具備材料專業素養滿足國民經濟發展需求的應用型人才。

參考文獻：

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[2]李琦， 徐亦斌. 新工科背景下材料學科育人體系的構建[J]. 中國大學教學， 2019（03）： 76-78.

[3]全國大學生金相技能大賽競賽委員會[EB/OL]. http：//www.mse-cn.com/.

作者簡介：

陳林（1987年-），男，湖南新邵人，博士，講師，研究方向：超細晶鋁合金、高熵合金涂層。

基金項目：

本文系2019年度廣西高等教育本科教學改革工程重點項目（項目編號：2019JGZ148）。