“金相显微技术”课程改革与实践

葛利玲

(西安理工大学 材料科学与工程学院， 陕西 西安 710048)



实验课程改革

“金相显微技术”课程改革与实践

葛利玲

(西安理工大学 材料科学与工程学院， 陕西 西安 710048)

以“注重基础理论、强化实验技能、提高工程实践能力，培养创新意识和现代人文精神”为教学理念，依托“陕西省实验教学示范中心”实验教学平台，对“金相显微技术”技术基础课程从教学内容、教学方法与手段、运行机制等进行了深入改革。采用“开放式、自主性和实战型”教学模式，有效地培养了学生“做中学、学中思、思中创”的实践能力和创新意识。良好的实验平台和多年的教学资料积淀为学生提供了优质的教学资源，有利于学生的实践能力和文化素养的培养。

金相显微技术； 教学改革； 实践能力培养； 人文精神

实验教学是大学人才培养的一个不可缺少的重要环节，在学生能力培养方面起着重要的作用，尤其是2010年教育部提出的“卓越工程师教育培养计划”对实践教学提出了更高的要求。计划要求培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才[1-2]。金相显微技术是材料类各专业的一门重要的技术基础课程，它是分析研究材料微观组织结构的基础实验技术，该技术随着材料科学技术的不断发展，它的内容也在不断地丰富与改进。因此，该课程在理论联系实际和适应科技发展的综合应用能力等方面具有其他课程难以替代的作用。为了实现“基础扎实、实践能力强、综合素质高、具有创新精神的工程应用型专业人才”的培养目标，以“注重基础理论、强化实验技能、提高工程实践能力，培养创新意识和现代人文精神”为教学理念，依托“陕西省实验教学示范中心”实验教学平台，对该课程从教学内容、教学方法与手段、运行机制等方面进行了深入改革。

1 不断更新扩充教学内容

1.1 不断更新完善教学内容与时俱进

“金相显微技术”课程是我校在1949年建校以来为金相专业开设的一门专业技术基础课，1978年延伸到铸造专业和焊接专业，随着材料物理与材料化学专业的建立，2002年已成为面向材料科学与工程、材料成型与控制、材料物理、材料化学大类专业的必修课。

在建国初期，由于实验设备落后、功能单一，教学内容仅限于金相显微试样的制备、金相显微镜操作、金相黑白显微摄影及暗室技术。随着科技的发展、新技术不断出现和实验设备的更新，实验内容在内涵上得到了扩充。实验内容在原有的基础上增加了显微镜的明场、暗场、偏光、微差干涉原理及其应用，数码技术在显微摄影中的应用，显微硬度测试原理及其应用，纳米压入技术等材料微观组织结构与性能测试方法，计划学时36学时(其中理论授课12学时，实验24学时)。2011年，我校材料科学与工程专业卓越班实施，为了提高卓越班学生的工程实践应用能力，计划学时增加到48学时(其中理论授课16学时，实验32学时)，实验内容除了在每一章节增加更多的工程应用典型案例外，还增加了金属材料金相热处理检验方法国家标准的应用。

1.2 丰富实验教学内容 激发学生学习热情

对于刚刚进入专业基础课学习的学生来说，他们对材料学科的研究内容及方法认识不足，金相显微技术对他们来说是一门既新鲜又感兴趣的课程，该课程的学习能使学生掌握材料学科的基本技能，对材料学科产生深刻的感性认识，使学生对材料的认识从宏观走向微观，这是一个质的飞跃。这将对他们随后的课程学习、毕业设计、继续深造以及未来的实际工作产生很大的影响。

为了拓宽学生视野和紧密联系实际，在实验内容上改革旧式的单一的、就事论事的做法。例如金相试样制备实验所选的材料除了过去普通的纯铁、碳钢和铸铁等钢铁材料外，增加了铜及铜合金、钛及钛合金、铝及铝合金等实际生活中学生熟悉的常用材料。通过实验不仅让学生掌握了不同材料的制备方法，更重要的是让他们理解了这些材料具有不同的物理与化学属性及力学性能，其内在的原因是材料成分不同和微观组织结构不同所致，对材料学科的研究内容有所了解，激发学习材料科学的积极性。

1.3 引入工程应用典型案例 强化卓越工程师实践能力

知识只有在应用的过程中才能转化为能力，而能力只有在运用知识和技能的过程中才得以培养[3]。为了强化卓越班学生的工程实践能力，达到学以致用的目的，依托“实验教学示范中心”的优质实验设备资源，采用“实战型”教学模式，在教学内容中引入工程应用典型案例和金相检验标准的应用，如非金属夹杂物的制样方法、类型识别和评级，晶粒度的测定方法等。同时，让学生积极参与对外来样分析检测以及失效分析工作，培养学生“做中学、学中思、思中创”的工程实践能力和创新意识。

2 教学方法与手段系列改革

2.1 构建立体化教材 提高教学质量

立体化教材能最大限度地满足教师教学需要和学生学习需要，促进教学方法和教学手段的改革，全面提高“教”与“学”的质量。立体化教材也是精品课程建设的主要内容[4-6]。因此，教材立体化建设已成为目前教材建设的一个新趋势。

(1) 纸质教材。随着学科前沿的新知识、新设备、新技术和新成果不断出现，自编教材内容也在不断地改进与更新。早期的油印自编教材《金相技术培训》在1991年改编为《实用金相技术》(1993年获校优秀教材二等奖)。随着数码技术的出现，于2003年对教材进行了修订和补充，增加了数码技术在金相显微分析中的应用章节。为了提高学生创新意识，引入研究级金相显微镜、全自动显微硬度计和纳米压入仪等新设备， 2008年再次对教材进行了修订和补充，增加了显微镜新功能、显微硬度、纳米压入分析测试章节，使得教材内容与时俱进、更加完善，教材再次更名为《金相显微技术》(2011年获校优秀教材一等奖)。

(2) 多媒体教学软件。较早期为该课程开发了“金相组织观察”网络多媒体教学软件(见图1)[7]。课件中涵盖了借助金相显微镜和电子显微镜拍摄的近千幅典型微观组织结构形貌，从不同角度展现了不同材料的微观结构，为教学内容的内涵建设起到了很大的作用。学生课后通过校园局域网随时登陆学习，弥补了教学学时不足，促进了教学。2003年获陕西省现代教育技术成果三等奖，并在多所高校得到应用。

图1 “金相组织观察”教学软件部分界面

(3) 视频文件。录制了“金相显微样品制备”、“金相显微镜的构造与操作”、“显微硬度计的原理及应用”视频文件，弥补了理论课堂无法展现的内容。

(4) 电子教案。实验讲义采用电子讲稿，可根据实验内容、实验环境、实验设备等情况随时修改讲义，灵活应用，及时更新。

纸质教材、多媒体教学软件、视频文件和电子教案把教材的精华从各个角度呈现给师生，既有重复、强调，又有交叉和补充，相互配合，形成一个信息化课程的有机整体，构建了多媒体金相基础实验教学平台[8]。

2.2 注重积淀 创造优质教学资源

出色的金相图片是材料与艺术的辉映，令人爱不释手，而优秀的金相图片，无一不需要金相工作者付出大量的精力和心血。无论是科研还是教学，我们都注重典型组织的优秀金相作品的积累，60余载积淀的典型样品和图片(见图2和图3)不仅为教学营造了良好的文化环境，而且为学生开放式自主学习提供了优质资源，典型图谱已在全国20多所高校得到应用。以此为契机，面向学生开展金相样品制备技能、金相摄影大赛和优秀金相作品欣赏等活动，使课程得到很好的延伸，也为学生能力提升和个性化的展现提供了机会。

图2 新建金相显微观察室

图3 原有的金相显微观察室

将材料与艺术相结合，培养了工科学生的审美意识和人文素质，顺应了《国家长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》强调“加强美育，培养学生良好的审美情趣和人文素养”的要求[9]。评选出来的优秀作品被保留下来，陈列在开放式教室里(见图4)，这除了使获奖者自身有成就感外，还能激发后续学生对材料学科的学习热情，同时也培养了学生材料科学文化素养。

图4 集典型样品和图片为一体的开放式教室

2.3 保留传统实验项目 培养现代人文精神

对于人才培养，不仅要求学生获得有用的知识，还要培养学生的现代人文精神[10]。尽管现在已是数码技术时代，传统的金相摄影使用得很少，但是传统摄影及暗室技术既是一个技术含量很高的实验项目，又是学生一直最喜爱的实验，为此我们一直保留该实验项目。

学生在实验中不仅了解材料学科的传统技术，更重要的是培养了现代人才的综合素质以及现代人文精神[11]。一个优秀的金相照片需要具备以下缺一不可的条件：

(1) 制备出一个合格的金相样品；

(2) 选择反映材料真实组织的典型形貌；

(3) 合适的曝光参数，影响曝光参数的因素有金相试样磨面反光能力即腐蚀的深浅程度、底片的感光度、显微镜的光源强度、光圈的大小以及曝光时间等；

(4) 正确的冲洗底片和印相方法等。

在暗室中冲洗底片和印洗照片是很辛苦的工作，尽管如此，学生依旧热情很高，不怕辛苦，出错就改，积极思考，及时改进，直到做出一个合格的照片。当每个人走出暗室时都留下了发自内心的许多令教师欣慰的感言。在这个过程中培养了他们独立思考、严谨细致、追求完美、战胜困难、肯定自己的现代人文精神。

3 运行机制和保障

3.1 组建课程教学团队

学生要学得好，首先要教师教得好。教师只有知识渊博、创造力及创新性强，才能创造性地获取、加工、输出教育信息，才能启发学生、激发其创造性灵感，培养出创新人才。因此，教师要以科研与教学并重进行自身修炼，正确运用科研与教学的相互促进作用，才能提高教学水平[12-13]。

金相显微技术是一门专业基础技术课，也是随材料科学技术发展而不断提高和扩充的技术，因此，教师除了具备一定的综合理论知识和实践能力与经验外，还要不断修炼提高，将最新的思想、方法、成果和新技术及时融入教学中，才能真正推动教学改革。为此，组建了长期从事本专业具备一定理论基础和丰富实践经验以及一定科研能力的教授、副教授、高级工程师、讲师和工程师8人组成的课程教学团队。教授既是课程主讲人又是课程负责人，负责课程改革方案和建设目标。

3.2 运行机制探索

本课程涉及的知识面广，实践操作环节多，学生人数多(每一届普通班13个近400名学生和1个卓越班)，在师资、实验设施与场地有限的情况下，如何在有限的时间内完成400余名学生的系列综合性实验是一项十分复杂而繁重的工作。为了做好该教学工作，我们从以下几个方面入手，积极探索，取得了良好的效果。

首先，在时间、空间以及内容上进行有机的安排。采用穿插交替与前后相差方式进行，即一个班上理论课，另一个班进行实践操作，并且每个班进入实验室的时间不同。实践操作环节按照实验场地和设备台套数分组，如显微镜操作可30人一组，样品制备15人一组，显微摄影及暗室技术7～8人一组、显微硬度测试4～5人一组，使得教学有序进行。

其次，改变教学思路与方式。教学由以教师为主转向以学生为主的自主式学习方式，培养学生“做中学、学中思、思中创”的动手能力和创新意识。采用“开放式、自主性”教学模式，实行实验室全面开放，派教师轮流值班。每天安排2位教师值班，负责现场指导学生和解答学生在留言板里的问题、发放实验材料、维护设备以及负责实验室安全。

再之，充分利用网络教学资源。由于教学计划学时有限，为了提高教学质量，将开发的优质教学资源(教学软件、视频文件等)上传到中心网站，以便学生利用业余时间使用。网站上设置了学生问题留言，在规定的时间内，教师要做出回答。

最后，认真做好总结工作。教师应对整个实验从理论到实际结果进行认真总结，要求学生认真撰写实验报告，对实验结果进行分析与讨论以及写出体会，全面培养学生掌握科学实验基本方法与动手能力。

3.3 切实可行的考核方法

课程主要以实践环节为主。因此，成绩考核主要从两方面来考虑：实践操作过程与撰写的实验报告，其中实践操作环节占60%，实验报告占40%。实验报告撰写主要是理论知识(主要来自教材)的理解和实验结果的分析，差异不大。实践操作则更能体现学生的真实成绩，对样品的制备、显微镜的操作、组织识别与表述、显微摄影等几个环节进行现场评定。由于学生人数多，这种评定方法教师的工作量很大，但评定过程中通过教师与学生面对面的讨论，甚至争辩，学生不仅加深了理解，增加了自信心。评定结果也能全面反映学生能力，评分更加公正。同时，教师的敬业精神也影响着学生。这种考核方法的实施，已经使学生不再只注重实验结果，现在他们更注重的是实验的过程和知识的获取，极大地端正了学生学习的态度，提高了心理素质。

4 结束语

金相显微技术课程开设60余载，在教学过程中无论是教师还是学生都投入了很大的热情，已成为学生和教师知识与感情交流的平台。本课程已成为我校的“精品课程”，其中典型的金相图谱已在全国20多院校得到应用，也是实验教学示范中心的一大特色，对材料科学与工程和材料成型与控制两个国家级特色专业的建设起到了有力的支撑。

References)

[1] 教育部启动实施“卓越工程师教育培养计划”:面向工业界、面向世界、面向未来，培养卓越工程师后备人才[J]. 中国大学教学,2010(7):4-5.

[2] 林健.“卓越工程师教育培养计划”学校工作方案研究[J].高等工程教育研究，2010(5)：30-36.

[3] 米伟哲,刘思嘉,聂志强.以卓越工程师为培养目标的工程实践教学作用分析[J].实验技术与管理,2013,30(10):18-20.

[4] 魏江江.立体化教材建设的思考与实践[J].科技与出版,2011(9):30-32.

[5] 葛文杰.以新的教学理念打造机械原理国家级精品课程[J].中国大学教学,2005(7)：10-12.

[6] 郭华安,加玛力汗·库马什,刘新刚,等.精品课程建设的改革与实践研究[J].实验技术与管理.2013,30(4):174-176.

[7] 葛利玲,张英杰,井晓天,等.基于网络的金相组织观察与分析软件的设计与实现[J].金属热处理,2003,28(4):47-50.

[8] 葛利玲,井晓天,卢正欣,等.多媒体金相实验教学平台的建立[J].实验技术与管理，2004,21(1):96-99.

[9] 骆兵,王中云,赵骞,等.论国学教育与大学生人文素质培养[J].教育与教学研究，2011(8):32-36.

[10] 杨春梅.高校理工科专业加强人文素质教育的思考[J].教育探索，2012(4)：137-139.

[11] 刘文奕.传统摄影暗房技术教学与现代人格因素习得[J].实验室研究与探索,2013,32(1):165-172.

[12] 杨朝晖,张薇,曾光明,等.改革高校实验教学,培养高素质人才[J].高等理科教育,2005(4):106-108.

[13] 田有,冯晅,刘财.科研与教学并重 成就优秀的大学教师[J].实验技术与管理,2013,30(2):33-35.

Teaching reform and practice of Optical Microscopy course

Ge Liling

(School of Materials Science and Engineering,Xi’an University of Technology,Xi’an 710048, China)

Based on the teaching philosophy of emphasizing teaching theories and experimental skills,improving practical ability,cultivating innovative consciousness and modern humanistic spirit,the reform of Optical Microscopy course is implemented on teaching contents,teaching method and approaches ,and the operation mechanism relying on the platform of Shaanxi Province Experimental Teaching Demonstration Center. It can cultivate effectively the students’ practice ability and innovative sense during the activity of learning by doing,thinking in learning,innovating by thinking by means of opening laboratory,initiative learning and practice-based teaching modes. The well-operated experimental platform and long term accumulated teaching materials can provide every student with high quality teaching resources, which are beneficial for the cultivation of the students’ practical ability and cultural accomplishment.

optical microscopy； teaching reform； cultivation of practice ability； humanistic spirit

2014- 06- 09 修改日期：2014- 07- 31

陕西省教育厅实验教学示范中心建设资金项目(陕高教[2011]41号)；西安理工大学教学研究重点项目(Xyj0802)；西安理工大学精品课程建设项目(2008)

葛利玲(1961—)，女，陕西户县，教授级高级工程师，实验中心主任，从事实验教学与科研工作.

E-mail：geliling-xut@163.com

G423.07

A

1002-4956(2015)2- 0197- 04