淺談金屬材料實驗教學研究

羅鴻金，張會明

（1.長春光華學院，吉林 長春 130000；2.松原職業技術學院，吉林 松原 138000）

金屬材料中是一門重要的基礎專業課，理論性強，計算量大，其基本理論知識的掌握程度會影響實踐教學的效果，這部分內容也是機械類課程的重要理論知識，是繼續深入學習金屬相關知識的重要依據，涉及眾多工程結構、機械零件等方面內容。學生通過理論教師的講解，讓學生充分了解金屬材料的相關性能，掌握金屬材料的力學研究和實驗的方法，培養學生科學地運用金屬材料基本理論與實踐相結合的能力，從而更好地去解決實際問題，讓這門課程在教學中發揮重要的作用。理論教學中，多體現的是課堂教學。由于本門課程專業性強、邏輯嚴密、計算難度大，很較好地掌握所學知識確實存在一定的困難性，因此，需要教師在課堂教學中不斷探索研究，提高教學質量、改善教學方法；作為實驗課教師要把金屬材料學理論所學的理論內容要在實驗環節使學生參與到實驗的操作，積極處理實驗數據，有助于理解金屬材料力學重難點知識，實驗教學還有利于培養學生動手實踐能力，潛移默化的教學中培養學生創新能力。

1 金屬材料實驗教學內容的現狀

1.1 實驗課項目單一

金屬材料實驗課的實驗項目不多，一般實驗室的課程安排較為單一，在金屬材料中主要是對鑄鐵和低碳鋼兩種材料進行材料力學性能測試，包括測定金屬材料性能的拉伸實驗、承受壓力構件的壓縮實驗以及鑒定工藝性能的扭轉實驗，雖然教師可讓學生通過實驗觀察金屬材料的性質及破壞形式，但這些實驗課程內容近些年教學沒有太大變化，雖然也加入一些純彎曲梁橫截面上正應力的分布規律實驗，但學生在實際操作中基本是按照實驗教師的指導按部就班的完成，預留學生資助創造空間少，分析數據時缺乏真實性，所以與生產實際情況聯系不密切。

1.2 實驗課教學方法傳統，實驗條件不充足

隨著高等教育的普及，本科院校學生數量不斷增多，在課程設置上實驗課增加，這就導致現有的金屬材料儀器設備、臺套數遠遠不能滿足現有學生人數的使用需求，有的設備陳舊，與新時代設備比還有一定差距，而一般高校在短期內又無法投入大量的資金來優化實驗室，不能及時更新實驗室的儀器套數、引進新型金屬材料測試設備等。基于此現狀，學生分組實驗的人數增加，會出現實驗過程中個別人操作，多數學生觀摩和記錄的現象，完全做到讓每一名學生都能親自操作實驗就有一定的難度，沒有實際操作的經驗，也很難掌握和理解理論內容，導致教學效果下降。

2 金屬材料實驗教學方法

2.1 革新驗證性實驗內容，改進教學方法

結合金屬材料原有實驗方法的基礎上，優化實驗課的課程內容，在教學中設計豐富多彩、富有趣味性的實驗環節，為學生提供輕松、愉悅的實驗氛圍，在教師的啟發下，學生可根據自己對材料掌握程度，對材料實驗的理解程度，自行靈活開展實驗測試。在實驗中，實驗教師采用啟發式教學方法，根據學生自行設計的實驗引導學生，其主要在于學生要認真學習實驗報告書，明確實驗目的，確定現有的實驗設備和條件后，對學生要有合理的分工，要組長負責制，學生之間要默契配合。

諸如純彎曲橫截面上正應力的分布規律實驗，可充分發揮每一名同學的作用。實驗教師為學生介紹設備的傳感器以及電阻應變片的粘貼方法、粘貼要求等等，學生還要自己獨立繪制實驗表格，為實驗數據的分析和處理奠定基礎，本實驗的另一大特點是根據圖一的實驗基礎數據進行實驗。

驗證性實驗要求老師始終以輔助的角色從旁指導學生實驗，循序漸進地引導學生，在教師的指導下學生還可以將所學運用到實際中去。在實際的教學中發現，教學效果是明顯的，學生的參與度是比較高的，實驗時間要具有靈活性，不局限于課堂教學，為學生提供公用實驗場所，讓學生有充分時間調研、討論和實驗，同時也可達到分流學生充分利用實驗室資源的效果。

2.2 拓寬實驗思路優化教學資源與學習環境

（1）要加大學校實驗室的開放。針對實驗室場所、時間、資源、內容合理管控，加大時間性的開放，實驗室在合理管控的基礎上，學生可充分利用自己的時間來實驗室開展實驗，增強自我學習能力，自我管理能力，有利于學生實驗素質培養，增強探索未知領域的信心，激發學生對本專業課程更深入的理解，也能充分利用實驗室資源。開放性實驗室的開放程度應結合院校自身條件，以學生為中心，立足于培養學生科學實驗，養成自我學習的學習習慣，充分調動學生積極性。

（2）學校要加大對實驗室建設的支持度。學科帶頭人在設計實驗項目上可以更加豐富，對學生進行金屬材料實驗的測試階段可以更加的靈活，金屬材料實驗室要為學生打造良好的實驗條件，與生產實踐相結合，與職場要求相匹配，把金屬材料的實驗控制與操作結合信息化手段進行創新，適當進行遠程操作，優化實驗過程，提升實驗的合理性，如有必要與企業之間進行現場互動，模擬實際測試場所，高校若有條件，可建立深度實驗室，把仿真模擬帶到實驗室。校企互訪，組織企業員工到校與同學們交流經驗，學生可到企業參觀測試現場，學習新時代的實驗要求，真正去提升學生的實驗技能，這樣可以擴大了實驗室功能。

（3）實驗室要融合產業和教育文化。金屬材料實驗室是搭建企業與學校的橋梁，是知識轉化實踐的重要紐帶，因此實驗室的文化打造也至關重要，把文化的元素融入到學習和實踐中去，把新時代的產業文化符號提前印在學生的腦海中，優秀的格言警句也會發揮重要的督促、鼓勵、提醒的重要作用，是保證安全實驗的重要組成部分，是實驗中必不可少的文化奇葩，也是學生走向崗位的又一盞文化明燈。這些都可以改善實驗軟環境，真實模擬現代實驗室，使學生零距離接觸。要發揮實驗室的現實作用，因為實驗室是競賽的主要訓練和比賽場地，要通過相關的實驗教學過程，發現、培養、集訓一批掌握知識好，技術過硬的優秀學生，鼓勵和推薦學生參加省市級大賽，拓寬視野，取百家之長，補己之短。特別優秀者可以參與國家級大賽，展示學習成果，為國家和社會培養更加優秀、更加出色的應用型技術人才，同時學生優秀成績的取得會激勵后學，以榜樣的力量教育著新學生，以老帶新，源源不斷地輸送更多的學生在技術的領域里脫穎而出，為企業無縫對接崗位起到至關重要的作用。

2.3 把握好實施金屬材料實驗教學關鍵環節

（1）金屬材料教學體系要有定位。金屬材料實驗室的教學體系要有完整的定位，實驗的核心問題是要有科學合理的實驗項目來支撐，按照國家的人才培養方向定位，結合高等學校的具體情況，把實驗的教學內容歸類，針對重要的實驗要重點訓練、重要的實驗室要重點打造。金屬材料的單項實驗，訓練學生按要求準確操作的能力；對于綜合實驗要線上線下配合，數據收集與計算整理相結合，要經驗分析和理論分析相比較，在同一臺設備上進行不同實驗的測試時，要把握實驗操作的關鍵點，學生要有思考，如何設計還能更合理，為什么操作的規程如此設計，對于難度較大，操作復雜的實驗要協同配合，訓練復雜實驗問題的處置能力，逐漸是學生自行解決現場出現的問題，不斷提升實踐水平和操作能力。

（2）金屬材料實驗要設置明確的實驗目的。材料力學實驗的目的主要是驗證金屬材料性能，從而提高獨自操作的能力，實驗目的再次明確有助于學生對實驗的準確把控，如：在低碳鋼拉伸實驗中要注意觀察拉伸過程出現的各種現象，善于總結，尤其注意觀察彈性現象，觀察屈服現象，冷作硬化現象，頸縮現象以及拉斷后的斷口形狀(圖2）和拉伸圖像（圖3），讓學生詳細分析各階段所反映的材料性能和力學情況，與理論值比還有哪些差異等等。

圖2 金屬材料收縮現象以及拉斷后的斷口形狀

圖3 金屬材料拉伸圖像

（3）金屬材料的實驗要建立合理考核方案。材料力學實驗的考核是對教師教學效果和學生學習效果的檢驗，合理的考核方案不但提高教學質量，還能激發學生學習的積極性，根據不同的實驗，學生的知識掌握程度，操作水平和總結能力來制定，教師還要善于觀察學生在實驗過程中的表現，記錄學生整個實驗的操作過程，把控每一名學生對實驗的操作能力。針對每一項實驗，制定出詳盡且合理的考核方法，實驗前、實驗中、實驗后都有考核標準，都有考核的要求。金屬材料力學實驗不僅要在操作技術層面加以考量，還要在實驗素養，崗位職責，操作規范，文明實驗等方面加以考核，體現考核的綜合性和全面性。

（4）金屬材料實驗要有問題預案。對于材料力學實驗教學中出現的預見性問題要有科學合理的解決方案，特別是突發事件的應急預案，要詳盡從多角度解決問題，要模擬如何處理問題，要提前把握關于安全操作，防火等重要注意事件納入教學中，對突發事件要有能力解決。對于設備在實驗中出現異動要有科學的預判，由于學生安裝不到位，操作不規范等問題要及時處理，建立監督機制。對于試驗器材的使用要留有痕跡，對于維護維修要有記錄，要妥善處理試驗耗材，安置好廢料廢液，建立科學合理的處理辦法。

（5）金屬材料實驗教學要有創新。金屬材料實驗室的實驗方式也不要千篇一律，要及時創新，要把握新時代的實驗方向，現有實驗條件要善于優化，如壓縮鑄鐵實驗時，產生很大的響動如何消音問題，在壓裂的過程中防止飛濺碎屑等問題處理。學生實驗的時間可以靈活，學生實驗的內容可以優化，教師在教學環節，教學方法也要創新，把握好每一批學生的學習特點，制定科學、合理的實驗方式。

3 總結

金屬材料實驗課，使力學實踐教學是培養應用型人才的主渠道，金屬材料力學實驗室是承擔實踐教學任務的主陣地，金屬材料力學實驗具有培養知識、能力、態度的獨特功能，加強在教學中地不斷創新與改革，為其他實驗教學帶來借鑒性經驗，為更好地培養新時代大學生做出應有的貢獻。