关于材料科学基础实验教学改革的探索与思考

马瑞，张小燕，卫广智，万明攀，梁宇，李远会

摘要：介绍了材料科学基础课程的主要内容及其实验教学现状，提出了对实验教学改革的具体方法和措施，总结了实验教学改革的预期效果。

关键词：材料科学基础；实验教学改革；预期效果

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0036-02

材料科学基础是材料科学方法与工程专业一级学科公共主干课，是介于一般基础课与专业课之间的专业基础课，在教学中占有极其重要的地位，是学习其他相关专业课程的基础。材料科学基础实验是与材料科学基础课程教学配套的实践性课程，该课程的主要目的是培养学生的基本实验、实践能力，能应用所学的基本知识分析实验现象，解决实验中出现的问题。能根据要求查阅资料，设计实验方案，正确分析实验结果。通过实验培养学生分析和解决问题的能力以及创新精神。

随着国家高教改革的实施，实验课在教学中越来越受重视，很多高校以把实验课作为一门独立的课程来计算学分，为提高学生的动手能力，使实验与教学有机的结合起来，让学生在以后的工作中能学以致用，我们进行了一些探索和讨论，希望目前实验教学中一些不合理、不适合的方面能得以改进，充分发挥发挥实验教学在专业教学中的作用。

一、课程的主要内容及实验教学的现状

本课程将系统全面介绍材料科学的基础理论知识，诸如固体材料的结合键，材料的结构与性能，材料中的扩散，材料的相变，材料的塑性变形与强化，以及材料科学研究方法等，将金属材料、无机非金属材料、聚合物材料紧密地结合在一起。通过学习，要求学生掌握材料组织结构—成分—工艺—性能相互关系的基本规律和基本理论，深入理解他们之间的相互关系，培养学生应用所学的知识，分析、解决材料研究、开发和使用中实际问题的能力。初步掌握材料科学研究的思路和方法，为后续课程的学习和进一步深造奠定理论基础。

目前，我院材料科学基础实验课程存在着一个全国高校实验教学普遍存在的问题——实验与专业课之间为隶属关系。实验内容往往各自独立，实验之间缺乏连贯性，由于实验主要以分析材料的组织为主，因此常常出现重复实验操作的现象，往往造成实验室效益低下，教师、设备、房屋等的极大浪费。实验的模式，往往是以验证性实验为主，大多是按照实验指导书，在实验室人员的指导下按部就班地进行实验，学生做完实验后常常不知道做此实验的目的、意义是什么，使学生缺乏对实验过程的理解及相关理论知识的融会贯通，不能充分掌握和利用所学知识进行创新。同时，目前实验主要以验证实验为主，大大阻碍了学生创新能力的培养。有的实验操作具有重复性，学生常常由于重复相似的实验，而失去对实验的兴趣，进而对实验抱着敷衍的态度。如，钢铁平衡组织及铸铁组织的观察、马氏体形态观察、金属的低倍组织缺陷观察等，目前主要是学生用金相显微镜对各种组织的标样进行观察，实验具有相似性，学生做实验时实验兴趣逐渐减退，往往做完实验很快就忘了。

二、实验教学改革的内容

1.验证型实验加深学生对基本理论的理解。由于材料科学基础实验是学生首次进入专业实验室，因此他们对实验室的基本情况都不了解。基础实验，主要使学生了解实验室的规章制度、注意事项及实验设备的相关知识，掌握实验设备的结构、功能，及其操作方法。本部分的实验包括金相显微镜结构与使用、金相试样的制备、金相显微摄影技术，要求学生能按实验指导书的要求，正确进行实验，联系课堂所学知识，加深对所学知识的理解，使学生掌握金相试样的制备方法，金相显微镜的使用方法和金相显微镜的数码照相法。

2.综合型实验培养学生综合实践能力。在这一实验环节中，要求学生能根据实验目的，合理设计实验方案，正确进行实际操作，应用所学的理论知识分析问题实验结果，解决实验中出现的问题。如铁碳合金平衡组织的观察与分析等。这些实验可与材料热处理、材料工艺学课程的学习一起进行。将一个班的学生分成若干个组，每组4～6名学生，由学生根据材料热处理、材料工艺学课程所学知识，在老师的指导下，学生从原料的选择、加工开始，进行配料、成型、热处理、制备金相试样，进而进行金相实验，分析各组间观察到的金相图像不同的原因。

3.设计型实验提高学生创新能力。在有关教师的指导下，学生应用所学本课程的理论知识，在本学科的前沿进行一些探索性的实践，可以在本课程时间内提出有创新性的设想和研究方案，而后在开放实验室中进行，也可以是教师科研工作中与本课程内容有关的小课题，鼓励学生应用所学的知识提出创新性的设想。如：“高强铝合金组织与性能研究”的实验。首先，学生在研究生的指导下完成相关文献的查阅，通过查阅文献，拟定出实验目的。提高铝合金强度的方法很多，如添加合金元素、制定合理的热处理工艺、采用最佳的制备工艺等，本实验的实验目的即选取适当的方法以提高铝合金的强度。其次，学生在结合文献的基础上，根据实验室条件，选择适当的实验设备。如，我院实验室可选相应实验设备有：电阻熔炼炉、金相显微镜、硬度计、力学性能实验机、扫描电子显微镜等。学生可通过所选实验设备进行合金熔铸、合金热处理、力学性能分析、显微结构分析等实验。然后，学生结合文献在老师的指导下拟定切实可行的实验步骤。在研究生的参与下完成实验。在实验实施过程中，可以几个同学一起完成，这样又可培养学生的协作能力。

4.实验报告的撰写。目前，大多数学生在撰写专业实验报告时，仍按照大学物理实验报告的模式来撰写，包括实验题目、实验目的、实验器材、实验原理、实验步骤、实验数据处理以及问题的分析讨论几个主要部分。但综合型实验与设计型实验的实验报告要求按正规期刊上发表的小论文的格式进行撰写。这样有利于培养学生的逻辑思维、文字表达能力。较好的小论文还可以进行发表，以此来提高学生学习的兴趣、学习自信，及学院的教学影响力。

三、教学实验改革的预期效果

材料科学基础通常开设在第五学期，是我院材料类本科生接触的第一门专业基础课程，课时多，课程难度也比较大，其实验课主要围绕组织的金相分析为主，有一定的操作重复性，学生实验后往往记不住实验的内容，缺乏实验兴趣。经过实验教学改革，开设综合型实验及设计型实验后，在实验过程中，学生都是实验的主体，整个实验都是在实验室老师的指导下由学生独立完成，综合实验对培养学生主动学习、灵活运用所学理论知识及创新的能力，激发学生的学习热情，提高学生解决分析问题的能力，都具有一定的效果。

四、结束语

以上是本人在材料科学基础实验教学过程中，对实验教学改革的一些思索。实验环节是工科学生学习期间的重要环节，实验教学工作的好坏，直接影响到学生专业知识学习能力、实践动手能力及创新能力的培养，因此，实验教学的改革是一项势在必行的艰巨任务，如何开展材料科学基础实验的教学改革是值得进一步深思和探讨的。

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