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工程材料學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革研究分析論文
摘要：本文分析了工程材料學(xué)實(shí)驗教學(xué)中存在的常見(jiàn)問(wèn)題，提出了一種綜合性、設計性的實(shí)驗教學(xué)模式，并探討了這種實(shí)驗教學(xué)改革的實(shí)施和成效。實(shí)踐表明:綜合性、設計性實(shí)驗教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而培養具有專(zhuān)業(yè)素養的高層次創(chuàng )新型復合人才。
關(guān)鍵詞：工程材料學(xué)；實(shí)驗教學(xué)改革；綜合性、設計性實(shí)驗；創(chuàng )新型復合人才
工程材料學(xué)這門(mén)課程是機械類(lèi)和材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)主干課程，該課程一般安排在材料科學(xué)基礎、金屬熱處理二門(mén)課程之后，與材料力學(xué)性能課程同學(xué)期開(kāi)出，其教學(xué)思路一般為：機器、零件的工作狀況→主要失效方式與受載情況→需要什么樣力學(xué)性能能滿(mǎn)足該受載情況和抵御失效→引導出組織與鋼種選定→該類(lèi)鋼的熱處理工藝及力學(xué)性能等。工程材料學(xué)教學(xué)內容多、涉及知識面廣，學(xué)生普遍反映學(xué)習該課程時(shí)內容繁多和需要記憶部分太多[1]。若能走進(jìn)實(shí)踐中親眼看看這些機器零件，體會(huì )這些機器運載方式，則學(xué)習起來(lái)事半功倍。目前，與之配套的實(shí)驗教學(xué)課程一般為基礎性驗證實(shí)驗，主要穿插在理論課程中，并且依附于理論教學(xué)的進(jìn)度[2]，例如常用合金鋼的顯微組織觀(guān)察和分析、熱處理工藝的制訂、布洛維硬度檢測等等。工程材料學(xué)是一門(mén)實(shí)驗科學(xué)，但當今大多數高校重理論輕實(shí)踐，導致實(shí)際教學(xué)中理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)通常無(wú)法有機結合，各實(shí)驗課程間缺乏關(guān)聯(lián)性和整體性，造成學(xué)生學(xué)習興趣不濃，更不利于培養學(xué)生獨立發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[3]。鑒于此，我校特對工程材料學(xué)實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行了改革，整合原來(lái)附屬于理論課程的單個(gè)實(shí)驗，開(kāi)設專(zhuān)業(yè)綜合性、設計性實(shí)驗以培養具有專(zhuān)業(yè)素養的高層次創(chuàng )新型復合人才。
1 實(shí)驗教學(xué)存在的問(wèn)題
21世紀是培養具有創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才的關(guān)鍵時(shí)期，加強高校實(shí)驗教學(xué)改革刻不容緩。實(shí)驗教學(xué)相對理論教學(xué)更具直觀(guān)性、實(shí)踐性、綜合性和創(chuàng )新性，它具有課堂理論教學(xué)所不可替代的作用，并且能將所學(xué)理論知識充分運用于實(shí)踐中。理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)都是培養學(xué)生具有創(chuàng )新精神和實(shí)踐能力的不可或缺的重要方面。當前，實(shí)驗教學(xué)改革中存在許多問(wèn)題亟須解決：從實(shí)驗內容方面看，以驗證性、演示性的基礎實(shí)驗為主，實(shí)驗內容比較陳舊；從實(shí)驗教學(xué)觀(guān)念看，過(guò)分重視理論知識傳授、輕視動(dòng)手能力培養，把實(shí)驗教學(xué)作為理論教學(xué)的附屬品，使其機械依附于理論課程；從實(shí)驗教學(xué)方法看，實(shí)驗方法比較落后，給予學(xué)生在自主方面的機會(huì )和空間很少，缺乏對學(xué)生動(dòng)手能力的培養。
2 實(shí)驗教學(xué)改革的內容
2.1 實(shí)驗教學(xué)內容改革
我校將傳統的依附于理論教學(xué)的單一實(shí)驗課程改革為綜合性、設計性的實(shí)驗課程，具體思路如圖1所示。實(shí)驗課上，教師提供給學(xué)生工程上常見(jiàn)的各類(lèi)失效零件，學(xué)生自由分組討論本組的零件的失效形式，教師引導學(xué)生設計可行性的鋼種并進(jìn)行熱處理工藝操作，最后檢測力學(xué)性能是否合格。另外，我們還提出了一個(gè)鋼種多種用途的實(shí)驗設計思想。例如：GCr15一般用作軸承套圈，有時(shí)也用作沖模和量具。根據其不同工況條件，學(xué)生設計不同的熱處理工藝以滿(mǎn)足其性能要求。這種綜合性、設計性的實(shí)驗教學(xué)遵循理論教學(xué)的基本思路，二者相互契合，能充分激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng )造性。學(xué)生能積極思考問(wèn)題，并運用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。
2.2 實(shí)驗教學(xué)方法改革
(1)開(kāi)放實(shí)驗室。
傳統的實(shí)驗教學(xué)方法過(guò)于單一，通常是學(xué)生課前預習并完成預習報告，之后在規定的時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗室，教師進(jìn)行簡(jiǎn)單的講解后學(xué)生按照實(shí)驗講義一步一步完成實(shí)驗，得出實(shí)驗結果。實(shí)驗教學(xué)時(shí)間比較緊張，學(xué)生很難獨立思考，并且學(xué)生自由發(fā)揮的余地很少，因而很難提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，不利于培養具有專(zhuān)業(yè)素養的高層次創(chuàng )新型復合人才。我校通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗教師隊伍、整合實(shí)驗儀器設備資源、全天候開(kāi)放實(shí)驗室并讓學(xué)生自己設計實(shí)驗，為學(xué)生提供了良好的實(shí)驗條件，能夠充分調動(dòng)學(xué)生的積極性并培養學(xué)生創(chuàng )新意識。
(2)網(wǎng)上答疑。
近年來(lái)，因高校連續擴招和部屬院校歸地方管理等原因，導致教學(xué)投入不足，許多實(shí)驗儀器設備的技術(shù)性能低，實(shí)驗教學(xué)手段的陳舊、落后已經(jīng)是一個(gè)極其突出的問(wèn)題，已經(jīng)不能適應創(chuàng )新教育對人才培養的要求。創(chuàng )新教育要求實(shí)驗教學(xué)手段要緊跟社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的步伐，實(shí)驗教學(xué)要與現代信息技術(shù)相結合。我校將實(shí)驗教學(xué)資源整合，形成了一個(gè)信息化的網(wǎng)上互動(dòng)平臺。學(xué)生在實(shí)驗中遇到任何問(wèn)題都可以適時(shí)與教師探討，學(xué)生成為實(shí)驗的主體而教師只需輔助學(xué)生完成實(shí)驗。
(3)科研項目。
科研項目一般是本行業(yè)相關(guān)的比較熱門(mén)和亟須解決的問(wèn)題。教師將科研項目分割成幾個(gè)不同的小實(shí)驗，學(xué)生先了解相關(guān)研究背景，并設計實(shí)驗方案，最后親自動(dòng)手完成實(shí)驗。在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，學(xué)生既了解了相關(guān)行業(yè)的前沿科學(xué)問(wèn)題，又提升了動(dòng)手能力。
3 實(shí)驗教學(xué)改革的實(shí)施與成效
實(shí)驗教學(xué)改革的目的是提高學(xué)生的動(dòng)手能力和培養學(xué)生的創(chuàng )新意識。通過(guò)綜合性、設計性實(shí)驗，學(xué)生根據自己的興趣選定不同的失效零件，依據已掌握的基本理論知識，進(jìn)行鋼種設計、熱處理工藝和實(shí)施方案設計及每個(gè)環(huán)節的獨立動(dòng)手操作等來(lái)完成整個(gè)實(shí)驗過(guò)程，這樣就把學(xué)生推到了實(shí)驗教學(xué)的前臺，使學(xué)生真正成為實(shí)驗教學(xué)的主體。通過(guò)一系列的過(guò)程，學(xué)生能夠深刻體會(huì )材料—工藝—組織—性能之間的聯(lián)系，并且能運用自己所學(xué)的知識聯(lián)系操作過(guò)程來(lái)指出組織中的缺陷產(chǎn)生的原因并分析其對性能的影響。能把知識應用到分析和解決問(wèn)題上，這才是學(xué)習的真正目的。通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗室，為學(xué)生個(gè)性發(fā)展提供了自由空間，適應了不同學(xué)生的興趣和需要。當學(xué)生對實(shí)驗產(chǎn)生濃厚的興趣時(shí)，他就能夠積極地思考，大膽地探索，變被動(dòng)為主動(dòng)。通過(guò)網(wǎng)上答疑，學(xué)生玩手機和電腦的時(shí)間大大減少，成績(jì)明顯比上一屆學(xué)生好。教師也能感受到學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識和動(dòng)手能力更加扎實(shí)。通過(guò)科研項目，學(xué)生能夠解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題。學(xué)生參加各類(lèi)比賽能夠獲得獎勵，畢業(yè)論文也能夠順利獲得省級優(yōu)秀論文，從而大大提升學(xué)生的成就感。
4 結束語(yǔ)
綜合性、設計性實(shí)驗對學(xué)生提出了更高的要求，實(shí)驗內容具有較高的綜合性和知識的滲透性，實(shí)驗過(guò)程與解決實(shí)際科研問(wèn)題具有較高的相似性。綜合性、設計性實(shí)驗教學(xué)能夠給學(xué)生提供一個(gè)良好的自我能力展示的機會(huì )，而且能夠鼓勵和幫助學(xué)生將自己的優(yōu)勢最大限度地發(fā)揮出來(lái)。另外，綜合性、設計性實(shí)驗不同于驗證性實(shí)驗和演示性實(shí)驗，學(xué)生不僅要對相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識有深入了解，而且對其他知識也必須有一定的了解，因而能夠拓寬學(xué)生知識面、提高其綜合素質(zhì)�？傊�，綜合性、設計性實(shí)驗教學(xué)能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，從而培養具有專(zhuān)業(yè)素養的高層次創(chuàng )新型復合人才。
參考文獻
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作者：柯德慶 吳潤 趙惠忠 單位：武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院
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