金相实验教学方法改革探索

秦亮 张艳 周瑞 张静 张小立 王淑艳

摘 要：本文就金相实验课程的特点和教学的现状进行了剖析，并提出了金相实验教学方法改革的办法。通过优化、扩展实验课程内容，引入多媒体教学系统，完善实验教学手段，强化教学中的薄弱环节，调动学生学习积极性。并根据学生参加金相技能大赛的经历，结合本校自身教学情况阐述如何以全国大学生金相技能大赛为契机，以赛促学，有效的改善了金相实验教学效果。

关键词：金相实验 教学改革 多媒体 金相大赛

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）05（b）-0160-02

金相实验技术是材料科学与工程专业类学生必须掌握的一门基本实验技能，也是当今金属材料开发、产品质量检验及失效分析常用的分析方法。因此，金相实验是材料专业非常重要的实验课。金相实验技术的实践性和操作性非常强，不仅要让学生掌握金相显微分析的基本知识和方法，加深对相关材料科学理论知识的理解，还要锻炼学生动手实践能力、培养学生实验技能，并进一步培养学生在材料研究过程中发现问题、分析问题和解决问题的能力[1]，为学生毕业设计实验甚至是后续解决实际工程问题奠定基础。

传统的教学模式，往往是学生在课堂上进行材料理论知识的学习，然后进实验室进行金相实验，而且实验讲义采用的金相组织照片也多为试样的典型组织形貌，与实际组织相差较大。另外，教师在实验过程中的讲解和指导有时很难对所有学生进行实验演示，学生对于实验操作方法的掌握还比较欠缺，尤其是对金相显微镜的构造、原理及使用方法都一知半解，影响金相实验教学效果。造成很多学生没有很好的掌握金相技术，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，导致金相技术基础非常薄弱。因此，十分有必要对传统的金相教学方法进行改革。本文将针对上述存在的问题，结合笔者多年的实验教学工作经验和体会提出对金相实验课程改革的设想。

1 金相实验课程的特点

金相实验课程是一项实践性和操作性非常强的教学课程，包含金相试样的制备、显微组织的观察与分析、金相摄影等，内容繁杂、信息量大[2-3]。金相试样的制备包括磨样、抛光、腐蚀等基本工序，其中每个工序都要求学生具有较强的动手能力。对于初学者来说，实验过程中容易出现各种各样的问题，比如，样品表面出现纵横交错的划痕、样品表面不平整出现多个面，抛光过程中飞样、样品表面出现拖尾以及腐蚀过程中腐蚀不均匀、腐蚀过浅或过深等等问题。显微组织的观察与分析又要求学生不仅具有一定的科学理论知识，同时还要有较强的分析能力，能够结合理论知识进行样品中组织的识别。此外，学生還要具备一定的金相摄影知识，了解显微镜的构造和成像原理，并能够使用电脑软件进行金相照片的拍摄。

这是一门既要牢固掌握专业理论知识，又要具有较强分析能力和实践能力的实验课程。我校早期办学时就已开设金相实验课程，目的也是让学生熟练和掌握金相分析的基本知识与方法，锻炼学生的动手能力和分析能力。以期在实验教学过程中培养学生创新能力，为学生走上工作岗位后解决实际问题奠定基础。

2 金相实验教学的现状

传统的金相实验教学模式是教师先给学生讲授理论知识，包括金相显微镜的原理、使用方法和金相样品的制作方法，然后再分小组进行实验技能的训练。由于实验场地的限制，教师的指导和讲解受到限制，也很难对所有学生进行实验演示。

除了客观原因，还存在许多主观原因，例如有些高校教师对实验教学的重视程度还不够，对学生的现场指导不细致。而学生对理论课程不感兴趣，状态不佳，基础不扎实，知识理解不透彻。对待实验课的态度更加敷衍，实验过程中更是对于实验技巧完全应付。很多学生在金相组织观察的实验过程中连组织都分不清，如铁素体球墨铸铁中，分不清哪些是铁素体，哪些是石墨，更不要说稍微复杂一些的组织了。这样的情况比比皆是。课堂学时有限，学生本身掌握的就不好，课外又不愿意花时间探索，严重影响了学习的效果。

此外，目前大多数的金属材料理论教学多以碳钢、铸铁为主要教学素材，对于有色金属如：铝、镁、钛等则较粗泛。实验教学中也是以45钢、40Cr、灰铸铁、球墨铸铁等为主，几乎不涉及有色金属。然而，现代社会材料的发展越来越倾向于轻量化，从军用到民用，从航空航天飞行器到汽车，有色金属正在被越来越广泛的应用。

综上所述，金相实验课程的改革势在必行。提高教师和学生对金相技能实验教学的重视，优化教学内容、改变教学方式，采取一定的手段激发学生的学习兴趣，提升金相实验教学的效果和学生金相技能的实践创新能力。

3 金相实验教学的方法改革

3.1 优化、扩展实验课程内容

目前，金相实验教学中组织观察基本都是实验教师将制备好的标准金相试样提供给学生进行观察，样品常规显微组织居多，数量也有限，每个学生可能观察的只有有限几种显微组织。而且标准试样多次使用后表面容易有划痕，影响实验教学效果。因此，如果教师建立一个金相图库，除了常规的显微组织，将自己平时搜集到的一些试样显微组织图片都放入金相图库。课上学生不仅能看到常规的金相显微组织，还可以随意调取其他显微组织图片进行观察和对比分析。不仅丰富了实验教学内容，还激发了学生的学习兴趣，建立教师和学生之间的互动。除了各种各样的典型显微组织，教学中对于缺陷组织也应该多引入些案例，让学生结合案例分析，自己做一回“助理工程师”，和教师一起找出缺陷产生的原因。

3.2 引入多媒体教学系统，完善实验教学手段

随着信息化的发展，传统的金相实验教学模式也应该加入多媒体技术及网络大数据来丰富教学内容和手段并且充分调动学生的学习积极性。

首先，教师在教学之前要进行多媒体课件、实验演示等教程的完善。将抽象的实验原理进行具体化，多设计动画进行演示。而实验的演示也通过操作录像、解说录像、软件等将金相实验技术的具体操作步骤、操作细节及操作技巧等进行更加具体的演示。让学生通过多媒体能够清楚的看到，以解决传统的教学过程中学生对于教师的演示看不清，掌握不透的问题。

其次，设计一些多媒体互动模块，实现师生之间一对一或一对多的互动交流教学。多媒体互动教室每台显微镜配置一台电脑，设置一台主机和若干子机。设计一个局域网平台，主机作为教师的控制平台，子机分成若干个由学生操作。教学过程中，进行主机进行课程教学，学生可以通过子机观摩学习。而且局域网平台还可以实现资源共享，学生可以通过子机展示自己的实验结果，让教师和其他学生都能够看到。例如，不同热处理工艺的金相实验中，分组进行后，各组学生将结果通过局域网发布。学生可以清楚的认识和对比不同热处理状态的金相组织，加深对理论知识的掌握。此外，学生和教师可以进行在线互动，学生有任何金相实验技术有关的问题都可以通过局域网平台提问，教师也可以直接回答，进行讲解。不仅方便了师生之间交流和沟通，也让学生和学生之间的交流变得更容易。

3.3 以赛促学，提升实验教学效果

为了培养学生创新时间精神、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比准后成立，并先后举办了六届全国大学生金相技能大赛。经过我校积极鼓励金属材料专业学生参加金相大赛，自2013年以来连续5年参加全国大学生金相技能大赛，都取得了不错的成绩。学生的金相实验技能较之前有了大幅度的提高，这些成果都缘于平时对金相实验的时间及精力的投入。

正式参赛前半年，我校会在材料实验室分别举行预赛、复赛和决赛进行人才的选拔。比赛的要求和竞赛规则都按照全国金相大赛的要求进行，学生自愿报名参加。从校内预赛比赛的情况来看，学生的参加积极性一年比一年高。由于教师对校内金相技能选拔赛的学生指导的经验越来越丰富，将金相大赛的要求也融入到了平时的金相实验教学中。学生的金相实验技能得到了大幅度的提升，教学效果也取得了更好的效果。

另一方面，学生经过比赛如果没被选拔参加全国大赛，自己的金相实验技能可以得到了一定程度的提高；如果被选拔参加全国大赛，不仅金相实验技能得到了大幅度提高，自信心也得到了极大的加强。尤其是教师要对选拔参加全国大赛的学生集中训练，在训练过程中从金相试样的制备到金相显微镜的正确使用都要进行详细的指导。对于学生在实验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，参加第六届全国金相大赛时复赛中提供的是球墨铸铁试样，虽然材料的硬度比较大，相对碳钢不容易出现划痕，但是由于石墨的存在，经验不足的学生极易在抛光过程中出现石墨曳尾、污染和脱落等问题。因此今年在校内集训时，指导教师针对这一问题特别做了指导，大大提高了学生制备球磨铸铁试样的质量。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，也增加了教师对于金相实验教学方法的思考。

4 结语

本文总结了传统金相实验课程的特点，分析了目前金相实验教学存在的问题，并提出了金相实驗教学改革的方法。通过优化、扩展实验课程内容，引入多媒体教学系统及网络平台等实验手段，并结合全国金相大赛，以赛促学，努力提升金相实验教学的效果，加强学生金相实验技能，并将全面培养创新性实用型人才的教学理念融入到实验教学中去。

参考文献

[1] 马杰，王长征，黄宝旭，等.金相实验教学改革及实验技术能力提升探索[J].考试周刊，2015（77）：11.

[2] 赵先锐，冯尚坤.本科院校金相及热处理专业方向教学改革[J].中国冶金教育，2013（1）：12-15.

[3] 魏建忠，王国红，宗斌.金相样品制备和分析中的技巧及方法[J].理化检测-物理分册，2006，42（3）：154-156.