王 鑫，劉夢(mèng)竹，王永鵬，路大勇

(吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

材料科學(xué)與工程主要是研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、加工制備及性能研究的一門快速發(fā)展的學(xué)科[1,2]，具有理論性特別強(qiáng)、專業(yè)概念特別多等特點(diǎn)，學(xué)生普遍反映所學(xué)內(nèi)容比較抽象難學(xué)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大學(xué)本科階段實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，起到將專業(yè)知識(shí)理論與實(shí)際生產(chǎn)緊密聯(lián)系的作用，是高等教育教學(xué)不容忽視的教學(xué)環(huán)節(jié)[3,4]。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)都對(duì)具備扎實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)理論和動(dòng)手解決實(shí)際問題能力強(qiáng)的工程技術(shù)人才需求十分廣泛，因此重視培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)理論，有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題，適應(yīng)未來的工作[5,6]。

金屬材料的應(yīng)用與發(fā)展在工業(yè)中扮演重要角色，在21世紀(jì)仍然是使用量最大的材料[7,8]。我校材料科學(xué)與工程專業(yè)建立于2011年，無機(jī)非金屬材料如BaTiO3介電陶瓷材料已形成專業(yè)特色研究方向[1]，金屬材料方向的發(fā)展一直相對(duì)緩慢，但金屬材料無論是在工程化應(yīng)用還是學(xué)生就業(yè)方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此我校材料科學(xué)與工程專業(yè)迫切需要提高金屬材料方向的教學(xué)科研水平[9]。金屬材料方向綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革是一項(xiàng)重要的措施，需要不斷的探索完善[10]。本文針對(duì)金屬材料方向?qū)嶒?yàn)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合我校材料科學(xué)與工程專業(yè)特色，提出了合理分配學(xué)時(shí)，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；增加器材投入，保障教學(xué)效果；優(yōu)化實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核機(jī)制；提高實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師教學(xué)質(zhì)量等實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力能力。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

(一) 金屬材料方向?qū)嶒?yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)分配不合理，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不夠豐富

我校材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)總學(xué)時(shí)有96學(xué)時(shí)，在第5學(xué)期有48學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，第6、7學(xué)期都是24學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其中金屬材料方向的實(shí)驗(yàn)只有四個(gè)：金相顯微鏡的構(gòu)造和使用實(shí)驗(yàn)、鐵碳合金相圖及平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)、鋁合金的陽(yáng)極氧化實(shí)驗(yàn)和銅表面電鍍鎳實(shí)驗(yàn)。金屬材料方向的實(shí)驗(yàn)只有16個(gè)學(xué)時(shí)，只占到了專業(yè)實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)的六分之一，其余全部為無機(jī)非金屬材料方向?qū)嶒?yàn)，因此材料科學(xué)與工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)分配不太合理。實(shí)驗(yàn)涉及到的金屬材料只有鐵碳合金、鋁合金、銅和鎳這幾種常見金屬材料，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置不夠豐富，大多還是幾十年前沿用至今的實(shí)驗(yàn)，沒有與快速發(fā)展的先進(jìn)金屬材料及加工技術(shù)相接軌，很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)金屬材料的熱情，無法滿足金屬材料快速發(fā)展的要求。

(二) 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備數(shù)量有限，學(xué)生數(shù)目多，上手機(jī)會(huì)少

由于我校材料科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展一直偏向無機(jī)非金屬材料，金屬材料方向的投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。很多必要的實(shí)驗(yàn)用儀器設(shè)備數(shù)目有限，例如金相顯微鏡數(shù)目只有五臺(tái)，材料科學(xué)與工程專業(yè)人數(shù)有80人，分成20個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，平均每個(gè)小組人都有4人，這樣就會(huì)導(dǎo)致每個(gè)學(xué)生真正參與到實(shí)驗(yàn)中去的機(jī)會(huì)少了許多，特別是有些不愛動(dòng)手的學(xué)生可能就是看看其他同學(xué)做實(shí)驗(yàn)，這樣很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

(三) 學(xué)生自主思考的不夠

金屬材料方向一直沿用前面提到的四個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)條件和步驟基本都一樣，導(dǎo)致很多同學(xué)可以不假思索的去做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告也基本一致，忽略了實(shí)驗(yàn)條件等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，而在金屬學(xué)中常常會(huì)遇到不同的溫度得到不同的組織，對(duì)材料的性能影響會(huì)很大，學(xué)生自主思考的缺失不利于創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

(四) 實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核有些片面

實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核包含三個(gè)部分：預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，所占成績(jī)比重分別是20%、40%、40%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)成績(jī)中占有主要地位，實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)參數(shù)等基本都能在實(shí)驗(yàn)講義中找到，扼殺了部分愛思考愛設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)生的熱情，很難區(qū)分出優(yōu)秀學(xué)生，不利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、解決實(shí)際問題和創(chuàng)新能力的發(fā)展和培養(yǎng)。

(五) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師水平有待提高

目前我校材料科學(xué)與工程專業(yè)金屬材料方向的教師只有兩人，承擔(dān)了大量的理論和實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，教師日常工作量大精力有限，剛走出大學(xué)校門實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累還需要一段時(shí)間，對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的水平有待提高，缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)的精心設(shè)計(jì)這個(gè)步驟。目前我校材料科學(xué)與工程專業(yè)還沒有專門負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師，在一定程度上影響了金屬材料方向?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。

二、綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的內(nèi)容

(一) 合理分配實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，豐富金屬材料方向?qū)嶒?yàn)內(nèi)容

金屬材料方向?qū)W時(shí)由16學(xué)時(shí)增加到48學(xué)時(shí)，增加的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)可以用來豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)時(shí)間安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)，例如我校材料科學(xué)與工程專業(yè)本科學(xué)生第5學(xué)期開始學(xué)習(xí)金屬材料方向?qū)I(yè)課程《金屬學(xué)和熱處理原理及工藝》，在這個(gè)學(xué)期可以設(shè)置金相顯微鏡的構(gòu)造和使用實(shí)驗(yàn)、金相組織觀察試樣的制備、鐵碳合金鑄造組織的觀察實(shí)驗(yàn)、鐵碳合金熱回復(fù)和再結(jié)晶過程組織與性能分析實(shí)驗(yàn)這幾個(gè)典型的金屬材料方向的實(shí)驗(yàn)。各實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排與理論課程《金屬學(xué)和熱處理原理及工藝》的學(xué)習(xí)進(jìn)度一致，在學(xué)完每塊理論知識(shí)以后及時(shí)安排好實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以讓學(xué)生更好的掌握理論知識(shí)，還可以在做實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題，再回歸課本從理論上解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為以后的畢業(yè)實(shí)驗(yàn)、論文和科研打好基礎(chǔ)。第6學(xué)期學(xué)生開始學(xué)習(xí)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》這門專業(yè)課程，學(xué)生已經(jīng)有了一定的金屬學(xué)基本知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)驗(yàn)技能積累。這個(gè)學(xué)期可以多開設(shè)一些綜合性質(zhì)實(shí)驗(yàn)例如：銅合金的成分設(shè)計(jì)-熔煉鑄造-組織及拉伸力學(xué)性能研究實(shí)驗(yàn)、鈦鋁合金的成分設(shè)計(jì)-熔煉鑄造-組織及拉伸力學(xué)性能研究實(shí)驗(yàn)、SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的加工及拉伸力學(xué)性能研究實(shí)驗(yàn)、AlCoCrFeNi或CoCrCuFeNi高熵合金的熔煉及拉伸力學(xué)性能研究。綜合性實(shí)驗(yàn)更有助于學(xué)生對(duì)材料學(xué)研究的主要內(nèi)容：材料的成分-組織結(jié)構(gòu)-加工-性能有更深刻的認(rèn)識(shí)，綜合性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力提出了更高的要求，實(shí)驗(yàn)前必須要求學(xué)生學(xué)習(xí)儀器安全操作，查閱相關(guān)文獻(xiàn)設(shè)計(jì)要加工的合金成分，自己動(dòng)手準(zhǔn)備合金原料再進(jìn)行加工成形，然后用線切割設(shè)備切取試樣，觀察試樣的組織結(jié)構(gòu)，測(cè)試?yán)旎蛘邏嚎s性能，將先進(jìn)金屬材料如鈦鋁合金、高熵合金等引入到本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有助于學(xué)生對(duì)金屬材料研究前沿知識(shí)產(chǎn)生興趣。

(二) 增加實(shí)驗(yàn)器材投入，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

實(shí)驗(yàn)器材充足是保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要因素。加大一些必要儀器設(shè)備和耗材的投入，在購(gòu)置設(shè)備前做好充分調(diào)研，使購(gòu)買的實(shí)驗(yàn)儀器能夠滿足使用要求，盡量多采購(gòu)一些使用頻率較高的設(shè)備，防止設(shè)備出現(xiàn)閑置的現(xiàn)象，確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘Ｓ行虻倪M(jìn)行。對(duì)于一些綜合性實(shí)驗(yàn)用到的大型設(shè)備如真空感應(yīng)熔煉爐數(shù)量非常有限，實(shí)驗(yàn)課上的時(shí)間也是有限的，這樣學(xué)生上手操作的時(shí)間就會(huì)被局限。因此可以采取日常工作時(shí)間大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)學(xué)生開放的方式保證學(xué)生學(xué)會(huì)儀器的基本操作方法制備出實(shí)驗(yàn)用的合金，不僅節(jié)省了實(shí)驗(yàn)課上的時(shí)間，還可以使學(xué)生有足夠的時(shí)間摸清儀器的操作方法，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和自主學(xué)習(xí)能力的提高是行之有效的措施。但學(xué)生操作大型儀器的安全問題是學(xué)校和老師要注意的重要事項(xiàng)，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前必須要進(jìn)行安全教育，增強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行儀器設(shè)備操作培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后才允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室使用儀器設(shè)備，每天必須有實(shí)驗(yàn)教師和助教嚴(yán)格進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全隱患排查，指導(dǎo)學(xué)生使用相關(guān)儀器設(shè)備。有些價(jià)格相對(duì)昂貴的儀器設(shè)備本學(xué)院數(shù)量可能很少，但兄弟學(xué)院如石油化工學(xué)院、化學(xué)與制藥工程學(xué)院等會(huì)有部分可以利用的設(shè)備，需要整合全校的先進(jìn)儀器設(shè)備資源。在我校建立起大型儀器設(shè)備基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)，充分利用起全校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源既節(jié)省了資金投入，防止設(shè)備閑置的現(xiàn)象，還可以促進(jìn)全校實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

(三) 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核機(jī)制

原有實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核內(nèi)容包括：預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告這三個(gè)部分。在原有考核方式基礎(chǔ)上增加小組答辯和撰寫實(shí)驗(yàn)小論文這兩個(gè)環(huán)節(jié)，要求在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后每個(gè)小組對(duì)實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行答辯也就是對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)，可以談一談實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象、存在的問題、未來設(shè)想如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)等等。最后要求每個(gè)小組提交一篇小論文，論文格式和書寫要求與畢業(yè)論文一致，增加小組答辯和撰寫小論文這兩個(gè)環(huán)節(jié)不僅可以使學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)有更清析的把握，還可以提高學(xué)生的總結(jié)和論文書寫能力，為將來大四畢業(yè)論文書寫和答辯做好充分的準(zhǔn)備。雖然這種實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核機(jī)制對(duì)于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師和學(xué)生來說增加了不少的工作量，但從實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果這個(gè)角度來看是非常值得去嘗試和探索的。

(四) 提高實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師教學(xué)質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師是整個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癜踩行蜻M(jìn)行的關(guān)鍵性因素，特別是金屬材料方向綜合性實(shí)驗(yàn)涉及到許多先進(jìn)金屬材料的知識(shí)和加工方法，要求指導(dǎo)老師有更高的教學(xué)水平。因此實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師必須具備扎實(shí)的理論功底、大量的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及一定的創(chuàng)新性思維，熟悉傳統(tǒng)金屬材料的成分、組織、加工及性能還要時(shí)刻關(guān)注金屬材料的發(fā)展前沿，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師還可以將自己正在從事的科研工作帶到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，可以更大程度的激發(fā)學(xué)生愛好科研的熱情。學(xué)?？梢越M織青年教師去一些國(guó)內(nèi)外金屬材料名校學(xué)習(xí)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)校對(duì)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核不止要考核工作量更要注重質(zhì)的評(píng)比，建立完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核制度，可以適當(dāng)采取一些鼓勵(lì)措施例如對(duì)一些教學(xué)成果顯著的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師在評(píng)職評(píng)獎(jiǎng)中優(yōu)先考慮。

三、結(jié) 語(yǔ)

金屬材料方向?qū)嶒?yàn)教學(xué)改革內(nèi)容的探索和實(shí)施增加金屬材料方向?qū)嶒?yàn)學(xué)時(shí)，豐富金屬材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。開展一些綜合性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)金屬材料從成分設(shè)計(jì)、加工制備、組織觀察和性能研究有全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的金屬學(xué)理論不再空洞乏味。實(shí)驗(yàn)室大型儀器設(shè)備全天開放鍛煉了學(xué)生動(dòng)手能力和自主學(xué)習(xí)的能力，分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、答辯、撰寫實(shí)驗(yàn)小論文，讓學(xué)生們懂得了在科研工作中需要這種緊密合作的團(tuán)隊(duì)精神。組織青年教師去一些國(guó)內(nèi)外金屬材料名校學(xué)習(xí)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及適當(dāng)采取鼓勵(lì)措施可有效提高實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)水平?？傊?，為發(fā)展我校材料科學(xué)與工程專業(yè)金屬材料方向，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期堅(jiān)持的工作，還需要不斷完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容，值得每一位老師去深入研究。