基于应用型人才培养的金属材料及热处理课程实验教学探究

蒋亮 刘贵群 李吉林 秦春 侯俊峰 李涌泉

摘要：在材料科学与工程学院材料成型及控制工程专业培养方案修订之际，为了进一步增强本专业学生的学习积极性，培养学生具备将理论知识与实验技能相结合以解决实际问题的能力，从而适应现代社会对材料成型专业学生的需求，本文对《金属材料及热处理实验》进行了教学改革，由原有的“验证性实验”向“综合设计实验”进行转变。

关键词：应用型人才;金属材料及热处理;综合性实验;课程建设

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）20-0277-02

一、引言

随着应用型人才培养的教学理念不断深化发展，各个高校都进一步加强了对实验/实践课程的重视程度，实验课程的主要作用是帮助学生加深对理论课程的理解，因此大多数传统的实验课程是对课本上已有的知识进行重复性验证。在此类实验课程的授课过程中，由老师决定实验方案，再由学生“剧本式”地完成后续的实验工作，甚至在涉及一些大型仪器或精密仪器时，老师会完成全部的实验动手内容，而学生只作为旁观者参与实验。由此，在整个实验教学模式中学生都处于被动接受的位置，而本应通过实验激发的学生的学习能动性和主观创新性完全得不到发挥。实际上，实验教学不应从属于理论教学，二者之间应该是辩证统一关系。实验教学相对于理论教学更具有真实性、综合性和直观性，对于激发学生的创新能力更加有益，对提高学生的学习能力，理论知识运用能力和研究创新能力更具有不可取代的作用。由此可见，专业课程的实验教学模式改革在应用型人才培养过程中势在必行[1，2]。

二、应用型人才培养的指导思想

随着本科教学过程中大学生创新培养和综合素质提高的人才培养模式需要，金属材料及热处理课程传统的验证性实验已经不能适应现阶段社会发展的人才需求。过去的验证性实验项目尽管具有部分设计性理念，然而已经难以满足高素质综合人才培养的现实需要。为了适应社会对成型专业的人才培养需求，使学生能够合理运用课本所学的理论知识并结合已有实验技能解决现实所遇到的实际问题，在培养方案调整过程中，通过修改教学大纲和重新制定实验讲义，将原有的验证性金属材料及热处理实验变革为金属材料及热处理设计-实验性实验。修改后的实验课程更注重学生的创新性、自主学习性、团队写作能力和实际动手能力。通过该课程的学习能够促进理论教学效果，有助于学生将理论课程与实际相结合，提高学生的实践能力和动手能力。

三、教学目标

结合本专业的人才培养目标以及应用型人才培养的指导思想，新的《金属材料及热处理实验》应实现以下教学目标：（1）掌握通过热处理方式改善合金钢性能的方法;（2）学习材料研究的基本思路;（3）培养学生将所学理论知识综合运用于实践中的能力。

四、教学模式

新的“金属材料及热处理实验”使学生能够结合所学材料学相关知识和热处理常识进行常用材料的热处理工艺设计，并参照自己制定的实验独立完成实验所需的各项实际操作，完成热处理工艺，并对热处理后试样进行金相制备和显微组织观察分析，以及热处理后试样的力学性能检测。在试验后对所得实验结果进行分析与讨论，描述热处理工艺与所选材料的组织性能之间的联系，并通过本课程的教学答辩。通过以上教学模式能够较好地将课本所学理论知识运用于实践工作中，在未来工作中遇到材料学相关问题也具备了分析和解决问题的能力。

1.设计实验。当学生已经修完材料科学基础、金属材料学、机械设计基础和材料物理性能等课程，并在金属材料及热处理课程学习过半的时间节点，为学生下达实验任务。要求学生运用所学知识，在常用材料（20钢、35钢、45钢、T8钢、球墨铸铁和灰铸铁等）中任意选择一种，通过查阅文献和热处理手册，在小组讨论后制定实验方案。实验方案应包含常用材料介绍、热处理工艺的合理选择，以及性能检测和显微组织分析的实验方法，实验方案经任课教师审核通过后，即可准备实施。

2.实施实验。本实验以小组形式完成，每组包含四到五名同学并推举一名组长。每组成员在实验前应熟知本课程核心内容，掌握常规热处理工艺并能够以热处理原理作为指导，能够操作常规力学性能检测设备，如硬度计、万能材料试验机、冲击韧性试验机等。在本实验开放的两周时间内，实验室全天对学生开放，学生可以自由选择实验时间，在实验前首先由实验老师进行基础实验教学，后续实验由学生自主完成。大型设备（如万能材料试验机）在学生进行实验过程中需有老师陪同。每小组学生在完成全部实验后，需完成实验报告，实验报告中应包含实验结果及相应的原理分析，并针对实验结果制作PPT准备后续答辩。指导教师组成评审小组，通过评审小组共同评议，选拔金相制备和热处理操作技能优秀的学生参加同类型国家级学科竞赛;针对实验过程完成出色的小组，对其实验过程录制示范性教学视频，并选取完成较好的实验报告和金相照片装订成册，作为示范性教学材料。

金属材料及热处理设计综合性实验的实验过程如图1所示。整个实验过程包含了金属材料及热处理课程的理论知识以及金属材料及热处理的实验技术，其中包括热处理工艺操作、金相制备、显微组织观察和力学性能检测等。通过该实验能较好地培养学生综合运用理论知识于实际实践过程中的能力，同时又能培养学生较好的创新实践能力和团隊协作能力。

五、实施效果

经改革后的“金属材料及热处理实验”选拔推荐学生参加国家级学科竞赛，仅在2014—2015年本方案实施的两年中，材料科学与材料成型专业学生在2014年“蔡司杯”第三届全国大学生金相技能大赛中获得一、二、三等奖各一项，在2015年“蔡司金相学会杯”全国高校大学生金相大赛中获得二等奖一项，三等奖两项，在2015年“蔡司金相学会杯”全国高校大学生热处理技能大赛中获得二等奖一项，在2015年“永冠杯”第六届中国大学生铸造工艺设计大赛获得优秀奖一项，相关实验指导教师获得国家级优秀指导教师十余次。

六、结语

教学改革后的“金属材料及热处理实验”自2014年面向材料学院材料科学与工程专业和材料成型及控制工程专业本科生开设以来，受到了学生的广泛欢迎和一致好评。学生自发性地在实验报告中谈论在本课程中的实验体会，通过本实验课程的学习，能够提高学生查阅文献资料的能力、自主学习能力和实际动手能力，能够使得学生们运用所学知识合理解决实际问题。通过该课程的学习，学生普遍意识到金属材料及热处理课程讲授内容与实际生产息息相关，今后学习与工作相辅相成，从而学习积极性大大提高。

参考文献：

[1]徐瑞东，叶宗彬，邓先明，吴瑜.全程工程创新实践项目研究与探索[J].实验技术与管理，2018，（08）：12-15.

[2]曹忠亮，王云鹏，胡清明，张宏斌，郭建华.基于创新创业项目的大学生创新能力培养研究[J].实验技术与管理，2018，（08）：23-26.