“新工科”背景下应用型本科《材料科学基础》课程实验的教学改革尝试

陈林 卿培林 石伟和 曹阿林

摘要：随着“新工科”建设的发展，原有的《材料科学基础》实验教学已不能满足新形势下的材料专业人才培养需求，依据“新工科”人才培养要求对实验课程内容进行了改革，保留和改进经典验证性实验，增加综合实验，并引入学科竞赛，以赛促教。实践证明，此次《材料科学基础》课程实验教学改革是成功的，获得了较好的效果，为后续课程改革提供了新思路。

关键词：新工科;材料科學基础;实验教学;教学改革

一、课程介绍

《材料科学基础》是材料成型专业的主要专业基础课程之一，是一门边缘交叉科学，涉及许多学科，如数学、化学、物理学和生物学等，是研究材料成分、组织结构、制备工艺与材料性能和应用之间相互关系的基础学科。《材料科学基础》不仅理论性强、知识点多，比较抽象、枯燥，但又是一门实践性很强的科学基础课。协调好课程教学与课程实验，开好实验课，对正确理解课程知识尤为重要。本文基于“新工科”人才培养要求，在借鉴相关教学改革方案的基础上，提出对材料科学基础的教学模式进行创新型研究与设计。

二、传统《材料科学基础》课程教学的不足

学院原《材料科学基础》课程大纲中实验教学包含6个实验，且均为验证性实验，如图1所示。随着材料学科的发展，以及“新工科”人才培养体系的内涵要求，强调专业理论与工程应用相结合，培养学生在掌握专业基础理论知识的情况下，结合产业发展需求和学生的兴趣，加强或适度增设实践应用类课程比重，适当减少纯理论课程，构建“新工科”的实践教学体系，原有的课程设置的不足也日渐突出。

（一）实验内容单

图1中课程改革前均为的验证性小实验，一般仅针对个别知识点所设定，且课时安排分散，通常是在学习相应的理论课程章节后进行验证性实验，目的是为了巩固所学基础理论。这种实验课程设置割裂了材料科学知识的固有体系，打断了学生对前后所学知识点的融会贯通，不利于材料科学基础理论的系统性学习。

（二）教学模式缺乏灵活性

多年来，《材料科学基础》实验课程指导教师一般都是先讲解实验目的、原理、所使用的设备，然后会给出详细的实验步骤，学生所需要的仅仅是按部就班遵照完成，最后对已知的结果进行验证便可。这种教学模式缺乏师生互动，限制了学生的创新和实践能力的培养。

三、实验教学内容改革探索

针对上述问题，经过课程教师与实验教师的协同分析，并结合相关课程教学改革成果和学院实验中心近年的建设经验，对原有实验课程教学大纲进行必要性的改革，整合后的实验开设情况如图1。

（一）保留并改进经典实验项目内容

对比改革前后的实验项目内容保留了一些经典的验证性实验，同时对其实验实施方法进行了相应的改进。将原有的“金相显微试样的制备和金相显微镜的原理、结构及使用”2个小验证性实验进行整合，改设“金相实验技术”这一综合实验。实验流程为：金相试样制备金相显微镜的使用拍摄高清金相电子图片金相定量分析。更注重学生的动手能力的培养，实验材料选用退伙态的45#钢，使学生对金相制备分析技术有系统的了解，同时让学生对常见金相制样设备（金相切割机、金相磨抛机、电子金相显微镜等）的操作和维护方法有了清晰的认识。

此外，还充实了碳钢的热处理（增加了淬火、回火）组织观察实验内容，使其成为综合实验，增加了实验内容的系统性。

（二）增设综合实验项目内容

增设了“金属材料塑性变形与再结晶组织观察”综合性实验，注重培养学生亲自操作的机会。分发给学生的实验材料为150 mm × 25 mm × 0.8 mm的铝片，首先将铝片置于料万能实验机上进行不同变形量的拉伸变形处理，然后在热处理炉中进行固溶处理，空冷，最后侵蚀样品表面，直至观察到清晰的晶粒组织，分组讨论不同变形量对铝合金再结晶晶粒尺寸的影响，并手动绘制组织示意图。这样的设置使得原本枯燥无味的理论知识经过学生自己的亲自动手实际操作后，变得更形象具体而印象深刻。

（三）引入材料学科竞赛，以赛促教

组织校级大学生金相技能大赛，经校内评选，推荐金相制样技能优异的学生参加由教育部高等学校材料类专业教学指导委员会主办的全国大学生金相技能大赛（大赛规定一个参赛学校每一届只允许推荐3名学生参赛）。先后参加第五 ～ 八届全国大学生金相技能大赛，累计荣获个人一等奖3项，二等奖5项，三等奖2项，团体一等奖1项，二等奖1项。经过参加国家级学科技能大赛的锻炼，检验了实验课程改革的效果，开阔了眼界，认识了不足;为以后的教学和比赛注入正能量。

结语

实验教学是高校专业教学的重要组成部分，“新工科”建设对高校实验实践课程的教学提出了新的更高要求。本文作者以百色学院材料学院材料成型及控制工程专业《材料科学基础》实验教学改革为载体，丰富实验内容，激发了学生的求知欲和创新思维，提高了学生的专业动手能力和学科认知深度。培养了具备材料专业素养满足国民经济发展需求的应用型人才。

参考文献：

[1]余永宁. 材料科学基础[M]. 北京： 高等教育出版社， 2012.

[2]李琦， 徐亦斌. 新工科背景下材料学科育人体系的构建[J]. 中国大学教学， 2019（03）： 76-78.

[3]全国大学生金相技能大赛竞赛委员会[EB/OL]. http：//www.mse-cn.com/.

作者简介：

陈林（1987年-），男，湖南新邵人，博士，讲师，研究方向：超细晶铝合金、高熵合金涂层。

基金项目：

本文系2019年度广西高等教育本科教学改革工程重点项目（项目编号：2019JGZ148）。