材料成型及控制工程专业实验课教学的探讨

摘 要：作者以哈尔滨工业大学材料成型及控制工程专业为例，论述了实验教学的重要性，并提出了实验教学发展的一些建议性观点。得出结论：实验课程教学是专业课程教学的重要组织部分，其作用毋庸置疑，必须充分加强对其重要性的认识。因为其对于将专业知识形象化讲解、学生的创新意识和动手能力的培养以及教师素质的提高都具有重要意义。必须加强实验基础设施建设，多开展综合性、设计性实验教学，为高质量实验教学的建设奠定基础。

关键词：实验教学 材料成型及控制工程 创新意识 专业知识

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0191-02

实验教学作为高等学校教学工作的重要组成部分，是培养合格人才的基本环节，在学生能力培养和综合素质提高方面有其独特的作用[1]。所以国内很多高等学校都非常重视实验课程教学。无论从教学大纲的制定、教学计划的安排，还是实验课程的软、硬件条件配备都做了很多细致的工作。实验课程体系是以学习实验技术理论和培养能力为主要功能的实验课程组合系统[2]。实验教学是专业课程教学的重要组成部分，他对专业课程教学具有相辅相成的重要作用[3]。学者们对开放性实验建设[4，5]、课程考核模式的改革[6]、创新能力的培养[7]、教学体系的改革[8～11]及学生创新能力的培养[12～14]等都提出了很多有建设性的观点和看法。这些都说明实验教学是培养学生获得专业知识、创新能力等方面非常重要的教学手段。

划分专业是区分学术领域的主要方法之一。因为各个专业所涉及的科学内容不同，所以各个专业具有各自的学术特点。实验课程教学往往也都是根据专业特点来科学、合理地设置和实施。哈尔滨工业大学的材料成型及控制工程专业是一个主要研究不同状态金属材料（或者复合材料）的在压力下变形规律、组织演变规律或者液态金属材料的凝固流动行为及组织演变规律等。它具有复杂程度高、涉及领域多和多场耦合的特点。其实验安排具有非常明显的特点。本文将对哈尔滨工业大学材料成型及控制工程专业实验教学的特点及重要性加以阐述，提出在该专业开展实验教学的几点思考。

1 在材料成型及控制工程专业开展实验教学的重要性

1.1 有利于使专业知识形象化，增加学生的感性认识

材料成型及控制工程专业涉及的知识面很宽。由于国家实施的专业调整，国内很多高校的材料成型及控制工程专业是由原来的“铸造”“锻压”和“焊接”三个老专业合并产生的。哈尔滨工业大学由于老焊接专业独立设系且具有独立的本科专业，新的材料成型及控制工程专业是由锻压和铸造两个大专业合并而成。虽然较国内其它高校的材料成型及控制工程专业所涉及的科学内容少了一个“焊接”，但是其所涉及的科学内容也非常多。所以进行专业实验课程教学对将这些复杂的专业课知识形象化非常重要。因为通过专业实验课教学可以将晦涩难懂的专业知识通过具体实验过程展示给学生。使学生在更加形象、直接地实验里面产生更强的感性认识，从而加强对专业知识的理解和掌握。例如：在弹性与塑性力学基础专业课程中在讲述金属材料的应力-应变关系曲线时，学生可能对该曲线是怎样产生的、具体需要哪些过程之类的专业知识并不十分清楚。

这时，在“材料成型综合实验”课程中开设的“塑性加工中真实应力-应变曲线的绘制”就可以非常有效地解决该问题。通过该实验课程教学，学生自己亲自会看到实际的力学测试试样的形貌，可以亲自安装工装夹具，亲自去操作实验、采集数据并利用Origin分析数据，最终绘制出金属材料在拉伸过程中的应力-应变曲线。这样，学生对材料的力学性能测试的主要方法之一的拉伸实验过程有了更深入的理解。这远比老师光在课堂上照着教科书上现成的应力-应变曲线枯燥地讲述什么是弹性阶段、什么是塑性阶段和屈服点之类的知识收效更多。而且，即使学生对老师专业课程课堂教学理解非常好，专业课程实验也可以将这种理解深化，做到相辅相成的效果。

1.2 对培养学生的实验创新意识和动手能力非常重要

材料成型及控制工程专业是典型的工科专业，其专业涉及的知识是很多热加工知识。该专业领域所涉及的热加工方法在国民经济中发挥着重要的作用。例如，在飞机制造、汽车制造和重型装备等领域内都发挥着举足轻重的作用。制造业要发展必须要注重创新。这就要求学生在学习专业知识上不仅要学习扎实，而且要有重要的创新意识。创新是科技进步的源动力。所以培养学生更要注重这个环节。开展专业课程实验对培养学生创新意识具有非常重要的意义。通过开展实验课程教学，学生有更多的机会去亲自动手操作设备，有更多的机会去实施实验过程，有更多的机会去处理数据、分析数据。这些对于培养学生的创新意识培养都非常有益。而且，在实验过程中学生难免会遇到这样或者那样的问题。他可能自己又会去图书馆查找资料，解决问题，拓宽知识。这些对于他们都也是非常重要的。

工科的学生不仅要具备夯实的专业知识，还必须具备一定的动手能力。因为他们毕业后可能大部分要从事专业技术工作。如果没有过硬的动手能力，他们到工作岗位上会困难很多。因为工科专业中的很多工作都需要实验探索或验证。没有过硬的动手能力，做起实验研究非常困难。例如某个学生到工作岗位遇到一个新项目，没有经验可言，必须重打鼓另开张。这是如果有很强的动手能力，他就可以亲自设计并实施一些实验方案去积累经验，为项目实施做准备。另外，对于一些要继续攻读硕士、博士的学生而言，这种能力更为重要。在硕士博士阶段，他们要面对很多实验过程设计和操作。没有一定的实验动手能力是不行的。通过专业教学实验就可以培养学生的动手能力。通过实验他们可以明白很多书本上学不到的东西。例如，如何操作试验机设备、如何安装工装模具、如何利用计算机等高科技产品控制设备和处理数据的知识等等。

1.3 对提高授课教师的自身素质非常重要

教师是保障实验教学的最重要力量。教师的知识储备和授课质量直接影响着教学的效果。所以如何提高教师的自身素质是关系到教学成败的重要因素。各个高等学校都非常注重高校教师队伍的建设。其中让教师更多的参与到教学中从而锻炼自己就是一项非常有效而且直接地措施之一。多让教师参与到实验教学中来，对提高教学质量和培养教师的授课水平非常重要。只有通过不断地实战，才能使教师积累经验，在实战中长大。实验教学是感性的、直接的。教师在参与实验教学中能学到很多知识。例如：教师可能在实验中发现某种材料的特殊现象或者工装的一些特殊特点，从而为其自身的科研内容增加知识储备和提供新的科学思路。这就为提高教学和科研的互补性提供基础，从而做到教学与科研相辅相成，相互促进[15]。另外教师在备课和讲课之中也会提高自身的语言表达能力、逻辑思维能力和知识储备。

2 材料成型及控制工程专业开展实验教学的特点

2.1 实验课程既有整合设计又有整体协调

实验课程与专业课程教学既有着千丝万缕的联系，又有其其自身的特点。即要应该根据每门专业课程的特点区别对待、整体协调，也可以结合专业课程内容整体设计。例如将原来的部分专业实验进行合理整合，开设了材料成型综合实验。该课程具有独立的教学大纲、学分和授课安排。该课程中包括若干小的实验。每个实验由专门任课教师负责。考核方式和授课安排形成了固定化模式。另外还要注重与专业课程的整体协调。例如，在材料成型模具设计课程中开设了4学时实验课程。该实验课程就是该课程内容的一部分，考核时占一定的分数。虽然是课程内容的一部分，但是该部分实验课程也是单独开设，有独立的学时分配和专业授课教授。这就形成了与专业课程教学的有机协调，相辅相成。

2.2 配备高素质教师，提高专业实验教学的质量

材料工程系非常注重教师实验课程教师队伍的建设。特别充实了一批青年博士、副教授等工作在科研一线的教师到实验教学中。因为这些青年教师具有着多年科研一线工作的经验，具有着博士的学习锻炼，具有充沛的精力。在开课过程中，他们具有着独特的授课方式和对实验知识的理解力。而且，他们与学生的年纪相差不多，可以以独特的青年人的沟通方式和理解力去完成授课。这对提高教学质量非常有意义。

2.3 实验分组进行，增加学生动手机会，锻炼学生实验动手能力

以前的教学实验往往是大家一起上，老师在前面讲完后学生在下面一起做。这样教师由于授课时间的限制不可能每组同学都能详细辅导和讲解。原来另外由于某些实验设备有限，这就导致对于某些实验不可能每个同学都参与操作。采用的办法往往是演示实验居多。这势必会导致学生的实验动手能力不能得到充分锻炼。采用分组单独进行实验就避免了上述问题。教师可以有更多的时间去给学生讲解并回答学生提出的问题。采用分组单独实验可以增加学生实验动手机会，让每个同学都亲自都收实验。充分提高了锻炼了学生的动手能力的机会。实践也证明该做法具有非常有效。很多学生通过实际操作设计和分析结果收获很多。

3 材料成型及控制工程专业开展实验教学的展望

3.1 多开展综合性、设计性实验，提高学生的实验创新能力

从本质上说，实验本身就是一种创新活动。实验教学作为教学过程中的一个重要组成部分，对于培养学生的思想素质、科学素质、文化素质、身心素质和创新素质具有不可替代的作用，尤其对学生创新素质的培养具有独特的作用[13]。所以从这个意义上讲，实验的发展应该贴近创新。开展综合性、设计性实验就是非常有效地途径之一。例如，在开设实验课程中教师只布置实验目的和提供实验场所和设备，不提实验具体要求和讲解操作过程。而是让学生自己设计实验方案，实施实验过程和进行结果分析。这样可以让学生有更大的空间自己去想干什么、怎么干的问题。拓宽学生的创新空间，提高其创兴能力。这就是多开展展综合性、设计性实验的精髓所在。同时也要注意到开展综合性、设计性实验具有一定的难度，应该加强整体设计和综合考虑。要注意教师的合理引导与学生自我积极性的激发相结合，正所谓实验教学实践必须与三大课堂相结合。

3.2 加强实验基础设施建设，为高质量实验授课提供保障

实验的硬件条件是保证高质量的实验教学的最重要环节之一。应该加大实验基础设施投入，为高质量的实验教学奠定物质层面的基础。应该在实验设备和实验场地的提高方面下大功夫。例如，本文作者曾参观过英国莱斯特大学工程系的本科教学实验。他们的某些实验设施非常先进。例如在做金属材料拉伸实验教学中，他们引入了高科技的高清摄像系统，对材料在拉伸缩颈的全过程进行了高倍高清摄像，然后投放到大屏幕上。让学生更加直观更加贴切地看到材料在发生缩颈后的行为。可以说一流的实验教学设备和教学场地是保证开设高质量实验课程最为重要的环节。必须加强实验基础设施建设。这有这样才能保证实验教学质量随着社会发展和科技进步而保持长久不衰。

4 结论

实验课程教学是专业课程教学的重要组织部分，其作用毋庸置疑，必须充分加强对其重要性的认识。因为其对于将专业知识形象化讲解、学生的创新意识和动手能力的培养以及教师素质的提高都具有重要意义。必须加强实验基础设施建设，多开展综合性、设计性实验教学，为高质量实验教学的建设奠定基础。

参考文献

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