改进金相实验教学方法的探索与实践

徐京　陈卓　谢群　姚德伟　杨弋涛

摘要：利用多媒体互动金相实验教学系统，加强了师生的互动交流，调动了学生学习的积极性和主动性，并组织学生参加全国大学生金相技能大赛，通过总结参赛经验，改善教学中的薄弱环节，提高了学生的实践动手能力和创新意识，有效地改善了金相实验教学效果。

关键词：金相实验；教学方法；多媒体互动；金相大赛

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0036-02

随着社会和经济的快速发展，应用型人才的需求量正不断增加。高等院校人才培养应以提高学生的实践创新能力为重点，不断加强实践教学环节，努力探索应用创新型人才的培养模式。金属材料工程是一门理论知识抽象、应用性很强的学科，与生产实际紧密结合。由于实验教学在高校实践教学中扮演着重要角色，因此，金属材料工程专业实验课程在整个专业培养方案中就显得更为重要。金相技术是综合研究金属及合金成分、组织与性能之间内在关系的重要研究方法，因此，改进金相实验教学方法、提高教学质量具有重要的意义。

一、金相实验教学的现状

以往的金相实验教学模式是学生先在课堂上学习理论知识，包括金相显微镜的原理、使用方法和金相样品制备方法，然后再分组进入实验室学习实验技能。由于受到实验场地大小、金相显微镜老旧和试样种类数量的限制，教师很难直观系统地讲解和指导，也很难对所有学生进行实验演示，教学过程中学生和教师之间缺乏互动和共同分析探讨的机会。此外，由于做实验的时间有限，学生可能没有认真体会和掌握具体的实验操作方法，对于金相显微镜的构造、原理和使用方法很可能是一知半解，很难达到实验要求。因此，在传统的金相实验课中存在着互动交流性差、实践机会少等问题，造成学生学习积极性不高，兴趣不浓，一些学生没能很好地掌握金相技术，也就很难利用金相技术进一步分析金属材料显微组织结构，教学效果不理想。对这种传统的金相教学方法进行改进显得十分必要。

二、金相实验教学方法的改进思路和实践

1.引进多媒体互动金相实验教学系统。随着信息化的发展和本科生教学规模的扩大，传统的实验课教学方式已经很难实现小班教学的模式。由此而来的大班教学模式也带来了诸多问题，比如实验的演示无法顾及所有学生，学生也很少有机会在课堂上直接与教师之间有所互动，学生上机操作机会大大减少，等等。为进一步提升本科实验教学质量，改善实验教学效果，引进了多媒体互动金相实验教学系统。多媒体互动金相实验教学系统是建立在“多媒体网络教室”上的互动式金相图像分析系统。“多媒体网络教室”是一套应用于校园局域网和多媒体网络教室的教学应用软件，它针对多媒体网络技术和实际学校应用环境进行分析和优化处理，具有强大的教学能力和便捷的操作能力。该系统中教师机是控制中枢，学生机是受控终端，教师机与学生机构成一个小型局域网。在课堂上，教师机可以实时播放或演示金相显微镜中的活动影像，监视各个学生的显微镜视场和计算机运行状态，因此，教师可以将金相显微镜的调焦和寻找最佳视场等过程都演示出来，实时对照讲解，学生可以边听边自己调焦，选择视场，加深了印象，使学生能更快地掌握金相显微镜的使用方法和注意事项。教师还可以针对金属材料显微组织中的特征相或组织进行讲解，指导学生观察显微图像，辨别各种类型组织。教师可以在教师主机上查看所有学生样品的观测情况，制备金相样品时教师可以切换有代表性的学生观察视场演示给所有学生看，现场进行针对性讲解，让学生相互比较，相互交流，知道了如何才能制备出高质量的金相试样。通过让所有学生都参与讨论，使得整个课堂气氛活跃起来。这样不仅可以具体指导学生实验，而且锻炼了学生的动手能力和分析问题能力，极大地激发了学生的学习兴趣。在以往的金相实验课中，学生遇到金相显微镜的操作问题或者看不懂的组织要询问教师时，学生只能站在一旁，由教师看显微镜，再给学生演示或讲解，由于学生的专业基础还不够扎实，学生经常表述不清具体位置或问题，教师就很难具体讲解，很多时候要反复多次才能解决一个问题，费时费力，效率很低。现在，借助系统中的监控软件，教师和学生能同时在各自的计算机上观察同一个图像画面，学生如果在实验操作中遇到问题，可以通过电子举手的方式随时向教师发出互动交流请求或提问，教师可与任意选定的学生通话，进行图像的实时指导，或是参与学生们的讨论，方便了教师及时解决学生在实验中遇到的疑难问题，提高了实验课的教学质量。学生还可以以小组的形式，在自己设备上观察自己小组其他成员的金相照片，便于根据不同工艺寻找金相组织演变规律。同时，该系统可以实现计算机之间的文档传输和资源共享，学生可以随时提交自己拍摄的金相照片给教师作为课堂作业，教师查看后将信息反馈给学生，也可以将学生提交的实验结果通过投影仪进行演示，供所有学生一起探讨和学习。在监控系统的控制下，教师在自己的计算机上能够监视所有学生计算机的状态，上课时如果有学生利用计算机做与本次实验课无关的事情，教师能马上在教师机上察觉并提醒学生注意，有效地改善了课堂纪律，提高了实验教学的效果。

2.以赛促学。为了培养学生的创新实践精神、提高学生的创新意识和实践能力、促进各高校在实验教学方面的经验交流，全国高校材料学科实验教学研究会经高等学校实验室工作研究会批准后成立，并先后举办了四届全国大学生金相技能大赛。在学校的支持下，学院积极组织学生参加了近三届全国大学生金相技能大赛，取得了优异的成绩。

大赛分为预赛、复赛和决赛三个阶段进行。其中，预赛由各参赛高校在本校范围内自行组织；复赛和决赛在大赛承办单位进行。根据大赛的要求和竞赛规则，结合实验室的自身条件，学院认真制定了合理的预赛规则，举办了三届校内预赛，由学生自愿报名参加。根据预赛学生的成绩，择优参加全国大赛。从校内预赛的比赛情况来看，学生参加的积极性非常高。由于在金相实验教学中，实验室教师将金相大赛的要求融入到了课堂教学中，一方面有助于学生更好地掌握金相制样的基本方法，更快地提高制备高质量金相试样的能力；另一方面，采用了多媒体互动金相实验教学系统，充分调动了学生学习金相技术和参加金相竞赛的积极性。学生通过参加比赛，巩固了金相学的基础知识，提高了理论联系实际、分析和解决实际问题的能力。确定了参加全国大赛的学生后，对他们进行了金相实验技术的集中训练，包括金相样品的制备和金相显微镜的正确使用。在进行显微观察之前，试样必须经过磨光与抛光。磨料选择的适当与否，对制备好金相样品是极其重要的。在训练中，针对不同材料适合的磨光与抛光磨料进行了多次摸索，对学生制作过程中出现的问题及时纠正，对出现的疑难问题进行有针对性的训练。例如，第三届大赛只提供水砂纸，这类砂纸的粘结剂通常是非水溶性粘结剂，砂粒之间的间隙较小，磨出的试样碎屑也较小，在水冲刷的条件下使用时碎屑会随水流出，从而保持砂纸使用面的锋利度。水磨时，试样与砂纸的相对速度比较大，可以很快地把较深的划痕或坑点去除，但由于摩擦力较大，不容易控制，容易磨出两个甚至更多的平面，而干磨的速度虽然可能会慢一点，但比较稳妥。由于实验室条件的限制，平时实验教学只让学生学习了干磨的操作方法。为了让学生多掌握一种制备样品的方法，并适应大赛的要求，在教学时让学生尝试在预磨机上水磨，赛前也对水磨进行了针对性训练，提高了学生机械磨光的能力和技巧。此外，学生在制备球墨铸铁试样时，试样总是产生石墨曳尾、污染和脱落等问题，为了解决这些问题，教师通过查阅相关文献资料、和学生一起磨光和抛光，很大程度上提高了学生制备球墨铸铁试样的质量。通过参加全国金相大赛，不仅提高了学生的材料分析能力和金相制样水平，也在平時训练和比赛过程中发现了一些问题。经过校内预赛和集中训练，学生对制样的操作方法和技巧已经基本掌握，但是对金相实验的基本理论以及金属材料的专业基础知识掌握的还不够扎实，对知识的应用能力也比较欠缺。例如，第三届大赛要求比赛学生在制备好金相试样后，要对试样的显微组织进行判断，一些学生已经可以制备出高质量的金相样品，但对不同钢种以及同一钢种不同热处理工艺下的显微组织形态认识得不够全面，导致在判断试样的组织时出现了失误，因此没能取得更好的成绩。参赛的学生是从预赛中选拔出来的，他们在金相实验技能方面相对比较优秀，那么对于其他大多数学生来说，可能这方面的问题更为突出一些。因此，在后面的实验教学中，进一步加强了学生对基本理论的学习，并提供了多种材料以及多种工艺条件的试样进行实验，同时也增加了磨光、抛光磨料的种类，要求学生对不同材料的显微组织进行辨认并说出材料的大概成分和工艺，提高了学生学以致用的能力。

通过引进多媒体互动金相实验教学系统，实现了师生互动式教学，使学生加深了对基础理论的理解，激发了学生自主学习的兴趣和积极性；与此同时，积极组织学生参加全国大学生金相技能大赛，提高了学生应用知识的能力，有效地改善了金相实验教学质量，为应用型和创新型人才的培养奠定了基础。