金屬材料工程“卓越工程師”試點(diǎn)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

馮義成　姜文勇　王麗萍　康福偉　俞澤民

摘要：基于金屬材料工程“卓越工程師”試點(diǎn)專業(yè)背景及人才培養(yǎng)目標(biāo)，開設(shè)了技能訓(xùn)練實(shí)踐課。介紹了技能訓(xùn)練的實(shí)施過程及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，改革了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課模式，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的專業(yè)技能綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)金屬材料工程專業(yè)知識(shí)的積極性和主動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：金屬材料工程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）13-0244-02

一、引言

金屬材料工程專業(yè)屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才是非常重要的。哈爾濱理工大學(xué)金屬材料工程專業(yè)為國家重點(diǎn)特色專業(yè)，省級(jí)重點(diǎn)專業(yè)，所在的學(xué)科擁有碩士、博士學(xué)位授予權(quán)且可接收博士后進(jìn)站從事科研工作。主要培養(yǎng)從事金屬材料設(shè)計(jì)、制備、組織性能分析、材料液態(tài)成型及加工的科學(xué)研究、工程技術(shù)、生產(chǎn)開發(fā)及經(jīng)營管理等方面的高級(jí)工程技術(shù)人才。為貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》，教育部實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡稱“卓越計(jì)劃”）重大改革項(xiàng)目。哈爾濱理工大學(xué)金屬材料工程專業(yè)有幸成為黑龍江省“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)。為此，針對(duì)“卓越計(jì)劃”制定單獨(dú)的培養(yǎng)方案，增大實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)及力度。實(shí)踐教學(xué)是高校教學(xué)工作中最生動(dòng)、最關(guān)鍵的一環(huán)，是高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才的重要途徑。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)踐教學(xué)的重要組部分，與學(xué)科結(jié)構(gòu)、課程體系和教學(xué)改革等有著非常密切的關(guān)系，是理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，是提高整體教學(xué)質(zhì)量的根本保證，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、分析和解決實(shí)際問題能力等方面有著不可替代的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)、工作研究、研究生深造的前提和基礎(chǔ)，在高校人才培養(yǎng)中地位尤其重要。

針對(duì)卓越工程師背景下金屬材料工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革要求以及本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，在原有培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上增加技能訓(xùn)練科目，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法等方面進(jìn)行改革與探索，旨在培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問題的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。本文著重論述了技能訓(xùn)練科目在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中實(shí)施的方法、過程及取得的成效，為促進(jìn)金屬材料工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供思路和方向。

二、技能訓(xùn)練教材建設(shè)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的主導(dǎo)思想就是為了對(duì)課堂上所授的理論知識(shí)加以驗(yàn)證、鞏固和加深。多采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，采用教師講解、動(dòng)畫演示和實(shí)驗(yàn)錄像等方法，甚至有些實(shí)驗(yàn)還局限于理論教學(xué)范疇。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，與實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)。金屬材料工程專業(yè)開設(shè)的技能訓(xùn)練科目在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)上，貫徹科學(xué)發(fā)展觀，以人為本，以學(xué)生為主體，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，在實(shí)驗(yàn)材料的選取、實(shí)驗(yàn)方案制定、以及工藝制定等方面以學(xué)生為主，指導(dǎo)教師進(jìn)行答疑及指導(dǎo)。

在技能訓(xùn)練科目中選取的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中一部分與球墨鑄鐵生產(chǎn)有關(guān)，并制定了球墨鑄鐵生產(chǎn)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。選取實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：球鐵成分、球鐵型砂、芯砂混制及造型工藝，球墨鑄鐵的熔制，球墨鑄鐵的熱處理，球墨鑄鐵的金相組織觀察，球墨鑄鐵的力學(xué)性能測試。所涉及的課程有金屬學(xué)原理、熱處理工藝、造型材料、合金熔煉、金屬材料學(xué)、現(xiàn)代金相、材料物理性能、鑄造工藝學(xué)等課程，有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在課程的專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行過演示實(shí)驗(yàn)。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，材料相關(guān)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中采用了更多的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，在教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的編制過程中引入最新的生產(chǎn)工藝、設(shè)備，注重有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)及使用，可使學(xué)生畢業(yè)后在工作崗位上盡快的進(jìn)入角色。例如在金相組織觀察實(shí)驗(yàn)中，將球化率、球化等級(jí)、石墨球大小等級(jí)等檢測方法的國家標(biāo)準(zhǔn)附錄教材中，實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)中能參照國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容讓學(xué)生嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行執(zhí)行，熟悉企業(yè)產(chǎn)品、理化檢測流程，了解企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量管理體系。另外，在教材建設(shè)中引入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主制定實(shí)驗(yàn)方案的能力，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

三、教學(xué)方法

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法基本上是以灌輸、模擬、演示、實(shí)驗(yàn)錄像、驗(yàn)證為主，在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)老師的要求完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，甚至學(xué)生不能親手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，很多實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取小組循環(huán)做某個(gè)實(shí)驗(yàn)的形式，教師重復(fù)指導(dǎo)，往往容易造成學(xué)生形成思維定勢，不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

金屬材料工程專業(yè)設(shè)置的技能訓(xùn)練科目，采用綜合實(shí)驗(yàn)的形式，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活多變，力求結(jié)合生成實(shí)際。實(shí)驗(yàn)前，理論課老師進(jìn)行專題講解，實(shí)驗(yàn)課老師精講實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和討論，并啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。在?shí)驗(yàn)過程中學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下自己完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。例如，在球鐵生產(chǎn)綜合實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中要完成爐料配制計(jì)算、混砂、造型、鐵水熔煉、球化孕育處理、澆鑄、爐前快速檢驗(yàn)、球化等級(jí)評(píng)定、金相試樣制備、熱處理工藝制定、力學(xué)性能測試等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。并且進(jìn)行工藝、成分、組織和性能之間的關(guān)聯(lián)分析，充分理解金屬材料專業(yè)理論知識(shí)。材料的成分設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)（包括制備工藝和處理工藝）都與材料的組織和性能密不可分，通過技能訓(xùn)練科目可以掌握球鐵生產(chǎn)過程中材料的制備、加工、處理、組織結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用的全過程、全方面的知識(shí)和技術(shù)。

四、實(shí)施過程

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課中以實(shí)驗(yàn)課教師為主，通過實(shí)驗(yàn)課老師的講解及演示完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。金屬材料工程專業(yè)技能訓(xùn)練科目的指導(dǎo)教師采用理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師相結(jié)合，教授、學(xué)術(shù)造詣深、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老師和剛參加工作不久的青年教師相結(jié)合的形式，充分發(fā)揮了理論和實(shí)踐相結(jié)合及經(jīng)驗(yàn)豐富的教授幫帶入行較淺的青年教師的教學(xué)效果，以及教學(xué)傳承作用。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般采用循環(huán)分組的形式，技能訓(xùn)練科目也采用分組的形式，但采用平行分組的形式，即每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)流程一致，但每組學(xué)生的試樣材料的成分不同，處理工藝不同。每組10人，配備兩個(gè)指導(dǎo)教師（理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師），每組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不同，并且做到每個(gè)學(xué)生至少持有一個(gè)試樣。每組同學(xué)的試樣組合在一起就能組成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。不同組學(xué)生的試樣組合在一起，就能組成一個(gè)實(shí)驗(yàn)體系，該實(shí)驗(yàn)體系能夠反映材料成分、工藝、組織和性能之間相互影響、相互聯(lián)系的密切關(guān)系。能夠使學(xué)生把理論和實(shí)踐很好的聯(lián)系在一起。這樣既能鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力，又能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。endprint

例如，本實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生制備出QT400—18、QT500—7、QT800—2等不同牌號(hào)的球鐵，根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，讓學(xué)生進(jìn)行制定實(shí)驗(yàn)方案。首先讓學(xué)生了解不同牌號(hào)球鐵所要求的基體組織，QT400—18的基體組織為鐵素體組織，QT500—7的基體組織為鐵素體和珠光體混合組織，QT800—2的基體組織為珠光體組織，然后根據(jù)要求的基體組織選取合適化學(xué)成分和合金元素。另外，球墨鑄鐵在生產(chǎn)過程中比較容易產(chǎn)生皮下氣孔，在本實(shí)驗(yàn)中選取不同水含量的型砂進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，讓學(xué)生了解生產(chǎn)中型砂檢驗(yàn)方法及皮下氣孔控制方法。再者，在球墨鑄鐵生產(chǎn)中，球化處理工藝也是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中開設(shè)了不同球化處理工藝、不同球化劑加入量及鐵水保溫時(shí)間對(duì)效果的影響，讓學(xué)生了解爐前快速檢測方法。學(xué)生學(xué)會(huì)如何使用三角試片觀察球化鐵水質(zhì)量，并且增加了熱力學(xué)法檢測球化鐵水質(zhì)量，與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)保持一致。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生既訓(xùn)練了專業(yè)技能，又可驗(yàn)證以往所學(xué)理論知識(shí)；既可以熟悉、了解先進(jìn)的儀器設(shè)備，又可以通過查閱資料，進(jìn)行深入理論研究，加強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)生對(duì)金屬材料研究的興趣。

五、考核方法

實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)場考核，動(dòng)手實(shí)踐能力；在操作現(xiàn)場考核中，著重考察學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)方案的合理性，實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和對(duì)待實(shí)驗(yàn)的認(rèn)真態(tài)度，同學(xué)之間的相互協(xié)作能力。實(shí)驗(yàn)報(bào)告書面評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括每個(gè)學(xué)生寫一份試驗(yàn)報(bào)告及每組學(xué)生共寫一份綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告；在實(shí)驗(yàn)報(bào)告書面評(píng)價(jià)中，著重考察學(xué)生的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力以及觀察問題、分析問題和解決問題的能力。提問答辯考核，考核理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)習(xí)效果。在提問答辯考核環(huán)節(jié)，了解學(xué)生在技能訓(xùn)練中所學(xué)的知識(shí)，提出問題，啟發(fā)學(xué)生的思考。最后，對(duì)每小組的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出優(yōu)點(diǎn)和不足，利于學(xué)生進(jìn)步。

六、教學(xué)效果

在技能訓(xùn)練科目中，對(duì)金屬材料工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革和實(shí)踐，形成了涵蓋材料設(shè)計(jì)、材料制備、材料處理、組織觀察、性能檢測的全流程、全方面的學(xué)生實(shí)踐內(nèi)容，形成了金屬材料工程專業(yè)的基本技能訓(xùn)練模塊，有助于提高學(xué)生綜合知識(shí)能力，激發(fā)了學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣與激情。在提問答辯環(huán)節(jié)，有的學(xué)生說要是這樣的實(shí)驗(yàn)課早些上，我們的專業(yè)理論課會(huì)學(xué)得更好；有的學(xué)生說，學(xué)校應(yīng)該多開些這樣的課，這樣課使我們的學(xué)習(xí)更有激情。

七、存在問題及建議

技能訓(xùn)練科目開課時(shí)間在第7學(xué)期末，為期為2周。技能訓(xùn)練科目的時(shí)間較短，學(xué)生不能充分、深入的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，技能訓(xùn)練任務(wù)需要提前布置，學(xué)生利用課余時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備。技能訓(xùn)練科目時(shí)間短，任務(wù)重，指導(dǎo)老師和學(xué)生經(jīng)常利用晚上時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；另外，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)緊張，有部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，現(xiàn)正擬采用學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)及制定相關(guān)政策逐步解決，保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫小華，胡宗智，黃才華，豐平.金屬材料專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國電力教育，2013，（14）.

[2]汪冬梅，鳳儀，劉家琴.金屬材料工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2009，23（1）.

[3]李文魁，周澤華，陳智琴.地方高校材料類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（6）.endprint