王宇飛, 朱宏喜, 李紅霞

(河南科技大學(xué) 工程材料實驗教學(xué)中心， 河南 洛陽 471023)

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實驗教學(xué)內(nèi)容改革與探索

王宇飛, 朱宏喜, 李紅霞

(河南科技大學(xué) 工程材料實驗教學(xué)中心， 河南 洛陽 471023)

針對 “材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實驗教學(xué)中存在的問題，對原有實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，除保留并改進(jìn)少量經(jīng)典的驗證性小實驗外，將多數(shù)驗證性小實驗進(jìn)行了整合并擴(kuò)充，增設(shè)了綜合性實驗。實踐證明，增設(shè)綜合性實驗提高了設(shè)備的利用率，有利于學(xué)生對所學(xué)知識的融會貫通，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及分析和解決問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定了實踐基礎(chǔ)。

材料科學(xué)基礎(chǔ)； 綜合性實驗； 實驗教學(xué)

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是面向材料類專業(yè)所開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程從各種材料的共性基礎(chǔ)出發(fā)，闡明了材料的成分—結(jié)構(gòu)—工藝—性能之間的關(guān)系，對材料的生產(chǎn)、使用和發(fā)展具有指導(dǎo)意義[1]。該課程理論性較強(qiáng)，知識點繁多且內(nèi)容抽象。通過開設(shè)相關(guān)實驗，在驗證理論教學(xué)的同時，還可提高學(xué)生的素質(zhì)和能力[2]。為進(jìn)一步提高學(xué)生的實驗技能，我校即將實施的新版教學(xué)大綱將該課程的實驗學(xué)時由原先的18 h增至24 h。新增的實驗學(xué)時該如何設(shè)置相應(yīng)的實驗內(nèi)容，原有的實驗內(nèi)容可否進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如何確保在完成新增實驗教學(xué)任務(wù)的同時，又提高學(xué)生的動手能力，成為擺在實驗教師面前的幾個需要解決的問題。

1 原有實驗內(nèi)容設(shè)置上存在的問題

原教學(xué)大綱設(shè)置的實驗項目如表1所示。實驗項目共9個，均為2 h的驗證性小實驗。隨著高等教育課程體系改革的深化，其不足之處也日漸凸顯。

表1 原大綱實驗項目

1.1 驗證性小實驗內(nèi)容單一且分散

表1中所列的小實驗，內(nèi)容上較為單一，一般僅針對某個特定的知識點進(jìn)行設(shè)置，且安排上較分散，都是學(xué)生在學(xué)完相應(yīng)章節(jié)后隨即通過實驗進(jìn)行驗證，以此鞏固所學(xué)的理論知識。這種實驗設(shè)置割裂了原有的知識體系，學(xué)生對前后所學(xué)的知識點難以融會貫通，不利于對知識的系統(tǒng)掌握[3]。

1.2 教學(xué)模式固定且陳舊

多年來，該課程的實驗教學(xué)模式固定，實驗教師首先講解實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗設(shè)備，并給出詳細(xì)的實驗步驟，學(xué)生做實驗前基本不用預(yù)習(xí)，僅需按部就班完成各項實驗內(nèi)容、對已知的實驗結(jié)果進(jìn)行驗證即可。這種教學(xué)模式缺乏互動性，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨立動手的實驗技能，制約了學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展[4]。

1.3 設(shè)備利用率低

我校工程材料實驗教學(xué)中心每年承擔(dān)全校18個專業(yè)、近200個班次的35個實驗項目，時間緊、任務(wù)量大。若某一時段需要做同一個小實驗的班次較多，則實驗課只能分散插空安排(要避免與學(xué)生理論課時間發(fā)生沖突)，使得同一個小實驗用時較長，不同的實驗可能交錯在一起，這期間需進(jìn)行多次的實驗準(zhǔn)備，實驗設(shè)備利用率較低。

2 實驗教學(xué)內(nèi)容改革與探索

針對上述問題，并結(jié)合我實驗中心以往實驗教學(xué)中的經(jīng)驗，借大綱修訂之際，對原有實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革。整合后的實驗項目見表2。通過整合和增設(shè)綜合性實驗，努力為學(xué)生創(chuàng)造更多的獨立動手機(jī)會，以期通過新設(shè)的實驗來提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識[5-6]。

表2 新大綱實驗項目

2.1 保留并改進(jìn)經(jīng)典的驗證性小實驗

對比表1和表2可知，調(diào)整后的實驗內(nèi)容保留了一些必要且經(jīng)典的驗證性小實驗，但對其實驗方法也做了相應(yīng)改進(jìn)。以數(shù)字網(wǎng)絡(luò)顯微互動實驗室為依托，增加互動環(huán)節(jié)，由傳統(tǒng)的以“教”為主的實驗教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴白灾鲗W(xué)、互動學(xué)”為主的過程教學(xué)；由單純地強(qiáng)調(diào)學(xué)生知識的積累轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；由單純地為了完成實驗教學(xué)任務(wù)而轉(zhuǎn)變?yōu)榻o學(xué)生畢業(yè)后的發(fā)展搭建素質(zhì)平臺[7-10]。

2.2 整合并擴(kuò)充實驗內(nèi)容，增設(shè)綜合性實驗

通過近幾年的實驗教學(xué)改革，綜合性實驗普遍得到了廣大學(xué)生的認(rèn)可，從我?！皩W(xué)生實驗調(diào)查表”中反饋的信息可知，綜合性實驗應(yīng)該多開，不僅可使實驗時間相對集中(更利于學(xué)生對所學(xué)知識的系統(tǒng)掌握)，學(xué)生的動手能力以及分析、解決問題的能力也有明顯提高[11]。通過整合并擴(kuò)充實驗內(nèi)容，增設(shè)了3個綜合性實驗，具體方案如下：

(1) 將原有的“金相試樣的制備、金相顯微鏡的構(gòu)造與使用、金相顯微數(shù)碼攝影技術(shù)”3個小實驗(2 h / 個，共6 h)進(jìn)行整合，增設(shè)“金相實驗技術(shù)”綜合性實驗(8 h)。實驗流程包括：樣品制備—顯微鏡使用—數(shù)碼拍照—定量金相分析。該綜合實驗更偏重于增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識和動手能力的培養(yǎng)，其中的實驗內(nèi)容均為學(xué)生首次接觸，他們興趣十足但經(jīng)驗不足。采用最簡單的45號鋼退火試樣，以點帶面，使學(xué)生在對金相分析的基本方法有所了解的同時，達(dá)到了練手的目的。同時學(xué)生還學(xué)習(xí)了常見實驗設(shè)備(砂輪機(jī)、拋光機(jī)、金相顯微鏡、數(shù)碼采集裝置等)的使用方法，為后續(xù)實驗的順利進(jìn)行奠定了實踐基礎(chǔ)。

(2) 將原有的“二元合金顯微組織分析、鐵碳合金相圖及平衡組織分析、三元合金顯微組織分析”3個小實驗(2 h / 個，共6 h)進(jìn)行整合，增設(shè)“典型金屬的顯微組織觀察與分析”綜合性實驗(6 h)，實驗內(nèi)容涵蓋二元合金、三元合金、鐵碳合金平衡組織及非平衡組織，實驗時借助顯微互動裝置，通過實物和虛擬2種方式，對各種金屬的典型組織形貌特征進(jìn)行觀察比對，加深理解。

(3) 將原有的“金屬的塑性變形與再結(jié)晶”小實驗(2 h)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充，改為綜合性實驗(6 h)，著重增加學(xué)生親自動手操作的機(jī)會。實驗時給每個學(xué)生發(fā)一鋁片(150 mm×20 mm×0.8 mm)，讓其自己將鋁片置于小型拉伸機(jī)上進(jìn)行不同變形量的拉伸，然后入爐加熱保溫后，出爐空冷，最后浸蝕表面，直至顯示出清晰的晶粒，觀察并分析不同變形量對再結(jié)晶晶粒大小的影響，并畫出示意圖。使枯燥無味的理論知識，通過學(xué)生獨立動手操作，變得生動而印象深刻。

3 綜合性實驗教學(xué)的效果

增設(shè)的綜合性實驗，由于實驗周期長、學(xué)生人數(shù)多、用到的設(shè)備種類多，所以在安排這些實驗時做了周密計劃。實驗集中安排在連續(xù)數(shù)周的周末進(jìn)行，每天實驗時間約12 h，各種實驗設(shè)備全部啟動，學(xué)生每間隔2 h來一個班，采用流水作業(yè)的方式進(jìn)行實驗，實驗教師每人負(fù)責(zé)一個房間(定期輪換)，對分管環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。增設(shè)綜合性實驗，擴(kuò)充了學(xué)生自由發(fā)揮的空間，有助于學(xué)生對所學(xué)理論知識的融會貫通，有利于學(xué)生動手能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，在營造創(chuàng)新氛圍的同時，既方便了排課，又提高了設(shè)備的利用率[12]。

4 結(jié)束語

隨著“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實驗學(xué)時的增加，除保留并改進(jìn)一些經(jīng)典的驗證性小實驗外，主要通過整合并擴(kuò)充實驗內(nèi)容，增設(shè)了綜合性實驗，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固了所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力以及分析、解決問題的能力，激發(fā)了學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造力，在方便排課的同時又提高了設(shè)備的利用率。

References)

[1] 潘金生,仝健民, 田民波. 材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2011.

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Reform and exploration of experimental teaching contentsof Material Science Foundation course

Wang Yufei, Zhu Hongxi, Li Hongxia

(Experimental Teaching Center of Engineering Materials, Henan Universityof Science and Technology, Luoyang 471023, China)

Aiming at the problems of experimental teaching in Materials Science Foundation course, the content of the original experimental teaching is reformed, in addition to a few classic verified experiments, which are retained and improved, the majority small verified experiments are integrated and expanded, comprehensive experiments are added. Practice has proved, adding comprehensive experiments improving equipment utilization rate, could be helpful for students to integrate knowledge, and cultivating students’ hands-on ability, analysing and solving problem ability, and laying practical foundation for subsequent courses study.

material science foundation; comprehensive experiment; experimental teaching

2014- 10- 17

河南科技大學(xué)實驗技術(shù)開發(fā)基金項目(SY1213058)

王宇飛(1977-)，男，河南開封，碩士，實驗師，主要從事工程材料實驗教學(xué)與管理.

E-mail：hkdwyf@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)5- 0242- 03