机械工程材料开放性实验体系建设探讨

孙耀宁 于 青 孙文磊

新疆大学机械工程学院 新疆乌鲁木齐 830047

金属工程材料是机械之本，是高等院校机械类专业重要的基础课程。学生通过学习机械工程材料课程并进行相关的实验，将会获得金属材料选择、成分调整、性能改变等方面的系统知识。这些知识将在学生后期的机械课程设计、毕业设计以及日后工作中发挥重要的作用，在机械设计方案的创新、机械产品性能提高和寿命延长以及节能环保等多方面都发挥无可替代的作用。

1 机械工程材料实验课现状分析

金属材料与热处理课程经教改后为机械工程材料课程。该课程实验围绕金属材料展开，包含金属的性能、化学成分、金相组织、硬度、热处理工艺、耐磨、耐蚀等一系列实验与检测方法。以我校机械学院为例，由于受机械工程材料学时的影响，该课程实验一直延续着教改前的实验模式，4个实验8个学时，其中有3个实验是观察组织，1个热处理实验，虽然实验设备和实验方法都比较完善、经典，但不能激发学生对该课程的学习热情。其根源主要是验证性实验的比例大，实验课内容单调、乏味、设置不够科学，不能适应学生对金属材料的兴趣和探索，由此造成实验课落后于课堂理论教学的现状，其结果是学生对实验课产生被动、应付的态度，没有将课堂教学和实验课有机结合，这与工科专业实践性极强的专业特点不相符，使得学生毕业走上工作岗位后在金属材料的应用和检验方面存在盲点。为此，构建开放性实验是工科实践教学体系中极其重要的一部分，有助于本科生利用科研平台完成实验。

2 开放性实验体系建设的意义

开放性实验体系是以实验室为教学场所，学生以对课程知识点的掌握程度，有选择地开展实验并对实验结果进行分析，并撰写一份综合性实验报告的一种实验教学形式。实验课将学生在课堂上感到较为抽象的知识，通过实验教学平台使其形象化，以弥补课堂教学的不足。通过实验和讨论，培养学生分析问题和解决问题的综合能力，使学生在选择实验方案和实验基本技能方面得到初步训练，巩固和深化课堂上学到的知识，掌握和加深实验仪器的正确使用方法。

近二十年，我国制造业快速发展，大型设备的引进和国产化对机械类人才专业知识拓宽的要求不断提高。随着科学技术快速发展，金属材料与20年前相比有了长足的发展，金属材料牌号的细化，有色金属、稀土、钛、镍等用于普通制造业和医学，因此要求我们培养的学生不仅要有全面的专业知识，还应具备扎实的专业基础知识，并将两者有机合理地应用于工作中，以适应现代制造业的快速发展。

3 机械工程材料开放性实验体系建设

3.1 开放性实验体系建设目标

机械工程材料无论在科研上还是在日常生活中都具有极强的实用性，因此具备开设开放性实验的条件。开放性实验体系建设要充分认识实验教学在人才培养中的作用，以实践能力、创新能力、团队精神的培养为教育核心，以实验条件为保障，以开放性实验管理为驱动力。教师只提供课题，具体怎么做，应该由学生小组拟定实验方案，经讨论修改，确定实施方案，自主实验，最终得到理想的实验结果。另外，开放性实验没有教师的监督和敦促，全靠学生自觉完成，就像为学生打开了一扇窥探科研之路的门，让学生学到许多在经典实验中无法学到的知识和思维方式。开放性实验不但能锻炼学生的实验能力，培养学生的科研思维及团队合作能力，更能激发学生对科学研究的兴趣及主动性。

3.2 开放性实验体系建设内容

(1)根据开放性实验的要求重新编写机械工程材料实验指导书，由现在的6个实验增加至10～12个实验。由于机械工程材料课程设置在本科生入学后的第五个学期，此时学生比较关心毕业后工作中用到的知识，而金属材料检测在机械行业用的非常广泛，实验指导书同时附加1～2个金属材料检测方面的实验。较多的实验方案，能够更好地激发学生的学习热情。

(2)在学生自由编组的原则下组建实验小组(每组不少于8人)，由组长组织召开讨论会确定实验方案(一般不少于4个实验)，也可以跨章节参考实验指导书提出不少于8学时的1个综合性实验。

(3)开学后第5～6周提交方案，由实验教师进行初步审核并及时和组长沟通，实验教师准备学生实验所需材料、仪器、商定实验时间。

(4)在实验期间，实验教师和任课教师要充分发挥学生的主动性，有意识地培养学生的团队合作精神以及发现问题、解决问题的能力和快速适应实验环境的能力。

(5)开放性实验在具体实验过程中会有一些不确定的因素存在，这将考验学生的应变能力。在实验教师的正确引导下，学生会有意想不到的收获。

(6)学生实验报告不仅要记录实验过程、实验结果，还要总结实验中存在的问题，特别是综合性实验报告应提出对实验方案的改进意见。

3.3 开放性实验体系建设关键问题

(1)开放性实验与课堂教学是两个完全不同的环节，需要任课教师在第一次上课时对课程有一个综述，同时要求学生尽可能在开学后前5周找出各章节的知识要点并拟定实验方案。开学第3周，以班级为单位进入实验室，由实验教师介绍实验环境、仪器设备以及开放性实验的要点，以此帮助学生拟定实验方案。

(2)开放性实验的关键问题是改变过去学生被动实验的境况，切实体现以学生为本，充分发挥学生的主观能动性和对科学知识探求的愿望、兴趣、能力。

(3)实验教师要最大限度地确保学生实验项目的顺利进行，使机械工程材料实验课成为真正意义上的开放性实验。

(4)加大开放性实验和综合性实验的力度，选择生产实际中的一些典型零件，开阔学生的视野，培养学生综合运用理论知识的能力，使实验更加切合实际，更加生动，便于学生对知识的掌握和理解。

4 结束语

实验教学是高等院校教育教学的重要组成部分，同时也是创新教育的重要基础，贯彻应用型本科人才培养目标，开放性实验教学能使学生从“被动、封闭、束缚”变成“主动、开放、自由”，培养了学生自主学习的能力与创新精神。开放实验体系的建立体现了现代开放式教育的精髓，使高等教育与社会实践接轨，使学生更好地适应现代制造业的快速发展。

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