《材料工程基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革探索

趙紅利 張紅霞 羅成

摘 ? 要：針對(duì)我?！恫牧瞎こ袒A(chǔ)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程存在的問(wèn)題，以培養(yǎng)大學(xué)生高創(chuàng)新能力為目的，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的管理模式和教學(xué)手段方法等進(jìn)行了創(chuàng)新性的探索研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高學(xué)生動(dòng)手能力、加強(qiáng)開(kāi)放性思維的綜合訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和綜合能力。

關(guān)鍵詞：材料工程基礎(chǔ) ?工程意識(shí) ?教學(xué)質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（c）-0206-03

《材料工程基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)》是結(jié)合《材料工程基礎(chǔ)》課程開(kāi)設(shè)的綜合實(shí)驗(yàn)課，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作能力。促進(jìn)學(xué)生了解新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用情況，開(kāi)發(fā)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行科研的綜合素質(zhì)。

綜合實(shí)驗(yàn)改革的思路為：以具體的機(jī)械零件為實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)對(duì)象，首先根據(jù)其具體的服役環(huán)境，分析零件使用性能要求，以此為依據(jù)，確定材料成分牌號(hào)，典型熱處理強(qiáng)化方式，進(jìn)一步制定熱處理工藝參數(shù)， 并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行具體操作，并完成微觀組織和性能檢驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行全過(guò)程地綜合訓(xùn)練。將選材-熱處理工藝制定-設(shè)備操作—性能測(cè)試-組織分析等內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，通過(guò)實(shí)施理論聯(lián)系實(shí)踐的方法，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中鞏固理論知識(shí)，發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，開(kāi)闊視野，提高學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

1 ?教學(xué)改革的具體做法

1.1 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備

綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是運(yùn)用相關(guān)理論知識(shí)和熟悉實(shí)驗(yàn)相關(guān)的技術(shù)，解決機(jī)械零件的熱處理改性問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，涉及到一系列的設(shè)備、儀器、水電、耗材、工具等物品。要想做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必須提前做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)的準(zhǔn)備工作。 一般來(lái)說(shuō)， 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容。

（1）學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前， 認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，查閱教材等有關(guān)資料，依據(jù)理論課教學(xué)內(nèi)容， 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，分析特定的機(jī)械零件使用性能要求;了解鋼在熱處理時(shí)，碳錳硅化學(xué)成分的含量、加熱溫度、加熱時(shí)間、冷卻速度及回火溫度等主要因素對(duì)其熱處理后組織與性能的影響，確定出其熱處理技術(shù)要求以及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)， 以滿足零件的使用性能要求。如傳動(dòng)類(lèi)零件（ 汽車(chē)，拖拉機(jī)、摩托車(chē)軸，等） ， 要求具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能， 材質(zhì)可選用中碳45鋼或者40Cr鋼， 熱處理應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)， 以滿足其使用性能要求。再如常接觸到的承受振動(dòng)與沖擊載荷的工具類(lèi)（如榔頭、鉆頭等），要求具有足夠的韌性和較高硬度，材質(zhì)可選用高碳T8或T10鋼，熱處理采用淬火及低溫回火處理方式，獲得高硬度的細(xì)彌馬氏體和碳化物，滿足其使用性能要求。

（2）實(shí)驗(yàn)方案討論。讓學(xué)生提出達(dá)到零件使用性能指標(biāo)的多種可行方案， 并分析討論，給學(xué)生提供較大的發(fā)揮空間。對(duì)于學(xué)生提出的各種方案， 關(guān)于方案的合理性及優(yōu)缺點(diǎn)，老師只做引導(dǎo)，讓學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)室通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)操作，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，評(píng)判對(duì)與錯(cuò)、優(yōu)與劣。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們可以很好地掌握所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)學(xué)到了解決工程實(shí)際問(wèn)題的思路。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施及實(shí)驗(yàn)過(guò)程的指導(dǎo)

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)， 教師首先要針對(duì)包括儀器設(shè)備的使用必須規(guī)范操作， 安全注意事項(xiàng)等作講解，力求重點(diǎn)突出，簡(jiǎn)明扼要。本實(shí)驗(yàn)操作包括熱處理和金相制備，金相組織分析性能測(cè)試四個(gè)部分，熱處理前讓學(xué)生熟悉熱處理加熱爐的基本結(jié)構(gòu)及原理、操作方法以及注意事項(xiàng)，比如怎樣減少高溫加熱時(shí)材料表層的氧化脫碳。金相樣品制備前， 讓學(xué)生知道金相試樣制備的流程及注意要點(diǎn)，金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)和操作方法。突出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，如金相采用金相砂輪機(jī)粗磨采用水冷卻，砂紙細(xì)磨和拋光過(guò)程中， 也不能過(guò)熱， 防止溫度過(guò)高導(dǎo)致金相組織及性能的改變。

老師講解后， 需要學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)各步驟，包括調(diào)試操作設(shè)備、記錄實(shí)驗(yàn)中的原始數(shù)據(jù)等。

（2）學(xué)生在掌握設(shè)備的操作方法的前提下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的具體實(shí)施。

熱處理操作過(guò)程中，學(xué)生以組為單位，每組3～4人，根據(jù)所選用的材料和事先制定的實(shí)驗(yàn)方案，將實(shí)驗(yàn)所用的箱式電阻爐調(diào)節(jié)至工藝所規(guī)定的溫度后，通電加熱到所需溫度，將待處理的零件放入電阻爐，加熱至所設(shè)定溫度， 保溫至規(guī)定時(shí)間，冷卻方式的選擇也是參照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行快冷或慢冷。如果快冷淬火后的零件，還需按方案中設(shè)定的工藝流程，及時(shí)回火處理。

（3）對(duì)熱處理后的零件，為了判斷其是否達(dá)到要求的技術(shù)指標(biāo)，需要做硬度檢驗(yàn)和金相分析。 硬度檢驗(yàn)時(shí)，要根據(jù)零件熱處理后硬度的大致范圍，選用合適的布洛維硬度計(jì)測(cè)試方法，并要保證測(cè)試面滿足硬度測(cè)試的基本要求;金相樣品的制備一般包括砂輪機(jī)粗磨、金相預(yù)磨機(jī)或手工方式各號(hào)砂紙由粗到細(xì)順序磨制、拋光、侵蝕以及金相顯微鏡觀察。每一個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)做好，都影響到實(shí)驗(yàn)的最終成敗。教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)規(guī)范操作，及時(shí)糾正違反操作規(guī)程的錯(cuò)誤做法，引導(dǎo)學(xué)生操作中多思考。比如采用腐蝕劑侵蝕拋光好的試樣時(shí)，為什么要及時(shí)沖洗，怎樣才能使腐蝕程度合適，達(dá)到清晰顯示材料的金相組織的效果？

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的重難點(diǎn)是觀察分析熱處理后的金相組織特征。金相試樣制備好后， 應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)金相顯微鏡正確觀察組織形貌，進(jìn)行金相分析。因每人試樣互不相同，通過(guò)對(duì)比觀察， 熟悉不同熱處理工藝下的金相形態(tài)特點(diǎn)，分析討論各種金相組織的名稱(chēng)及金相組織與熱處理之間的關(guān)系。同學(xué)們?cè)谙嗷?duì)比過(guò)程中， 鑒定各自的金相樣品制樣效果，很好的激發(fā)金相制樣的積極性。如果出現(xiàn)和理論分析有異常的金相組織種類(lèi)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程或材料成分等來(lái)分析，查找原因， 嘗試提出解決問(wèn)題的辦法。進(jìn)一步完善自己所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，提高現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題的能力，強(qiáng)化工程技術(shù)意識(shí)。

（4）撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這個(gè)環(huán)節(jié)要求學(xué)生結(jié)合文獻(xiàn)檢索運(yùn)用理論知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析， 對(duì)于同種材料來(lái)說(shuō)，采用不同熱處理后，組織和性能的存在著一定的差異，分析工藝對(duì)零件性能和使用壽命長(zhǎng)短的影響，通過(guò)綜合比較， 找出最佳的熱處理工藝規(guī)范，有助于提高學(xué)生理論分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

1.3 采用“顯微圖像系統(tǒng)”教學(xué)， 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

我校金相實(shí)驗(yàn)室配置的多臺(tái)套“顯微圖像系統(tǒng)”，有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，組織分析出現(xiàn)的疑難問(wèn)題在電腦顯示屏顯示出來(lái)，師生同時(shí)觀察，教師的講解與視覺(jué)形象相互配合， 有相似或類(lèi)似疑問(wèn)的學(xué)生亦可同時(shí)得到解答或啟發(fā)。很好地將教與學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，解決了學(xué)生觀察困難和教師不便指導(dǎo)的難題，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

1.4 考核方式的改革

為進(jìn)一步提高課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，考核實(shí)現(xiàn)了理論考試與實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。明確對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)分析能力進(jìn)行綜合評(píng)測(cè)。要求及時(shí)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，一周內(nèi)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對(duì)不參加實(shí)驗(yàn)或參加試驗(yàn)后不提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的學(xué)生，規(guī)定不能參加該課程的考試。并將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有機(jī)地嵌入到本課程考試的考題中。

實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容包括考核實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的規(guī)范性和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)的完整性，必須條理清楚。實(shí)驗(yàn)報(bào)告首先要求詳細(xì)地講述的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，這一部分包括實(shí)驗(yàn)方案的制定及參照依據(jù)、實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)節(jié)使用、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄完整性、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（包括金相組織）處理過(guò)程合理性。另外，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論中要將材料科學(xué)的四要素：成分-組織結(jié)果-熱處理-性能這一主線貫穿始終，綜合比較。為了鼓勵(lì)學(xué)生多思考，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告有創(chuàng)新點(diǎn)的適當(dāng)加分。

通過(guò)這一系列的措施，學(xué)生的主觀能動(dòng)性大大提高，能自覺(jué)、認(rèn)真地做好實(shí)驗(yàn)，在前期的方案制定及后期撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告過(guò)程中，主動(dòng)查閱大量的資料。學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告不再敷衍，質(zhì)量提升很多，內(nèi)容完整性好，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分，分析詳盡，杜絕了抄襲。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)后的反饋情況調(diào)查，以具體零件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方式和與課程聯(lián)動(dòng)的考核方式有效激發(fā)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，學(xué)生對(duì)這樣的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式認(rèn)可度高，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力，鞏固了專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握，有助于學(xué)生更好地理解理論知識(shí)并形成系統(tǒng)，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)的成就感。

1.5 完善實(shí)踐教學(xué)文件

根據(jù)我院系的《材料工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱和專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的特色，結(jié)合綜合實(shí)驗(yàn)改革的內(nèi)容和需要，整理完善“材料工程基礎(chǔ)課程實(shí)踐教學(xué)大綱”、“設(shè)備安全操作規(guī)程及注意事項(xiàng)”、“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及參考文獻(xiàn)”和“實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求及考核辦法”等規(guī)范性實(shí)踐教學(xué)文件，使該課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有章可循， 有條不紊， 確保了實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展和實(shí)施。

2 ?實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成效

通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等方面深入的改革和創(chuàng)新， 教學(xué)質(zhì)量明顯提高， 學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)均有了較大的提升。

2.1 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

以真實(shí)的機(jī)械零件為設(shè)計(jì)對(duì)象， 引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，獲得實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求相關(guān)聯(lián)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。學(xué)生如果專(zhuān)業(yè)知識(shí)欠缺， 會(huì)主動(dòng)地根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)提供的參考書(shū)目到圖書(shū)館查詢(xún)資料和自學(xué)專(zhuān)業(yè)課程，學(xué)生在文獻(xiàn)閱讀中，加深了對(duì)專(zhuān)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的了解。

2.2 培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)

實(shí)驗(yàn)中，組員分工合作，相互協(xié)調(diào)，鍛煉了個(gè)人能力，并培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。學(xué)生在綜合實(shí)驗(yàn)的操作實(shí)踐中， 互幫互助加深了同學(xué)間的友情。

2.3 培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的工作能力

學(xué)生面對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)自擬實(shí)驗(yàn)方案的現(xiàn)實(shí)， 由于模擬生產(chǎn)，針對(duì)具體的零件， 要求學(xué)生綜合運(yùn)用已掌握的知識(shí)技能去解決實(shí)際問(wèn)題， 實(shí)驗(yàn)?zāi)康妮^以往更加明確。促使學(xué)生主動(dòng)充實(shí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，消化實(shí)驗(yàn)涉及的相關(guān)理論，在制訂實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中兼顧考慮材料、設(shè)備、安全等各方面因素，并獨(dú)立完成從試樣準(zhǔn)備到設(shè)備儀器使用的各個(gè)環(huán)節(jié)。充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和動(dòng)手能力，為以后開(kāi)展工程技術(shù)研究打下了良好的基礎(chǔ)。

3 ?結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育中培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量是培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才的重要保障，我校《材料工程基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)》課程通過(guò)積極的改革探索，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)熱情，營(yíng)造良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，有效地培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、分析和創(chuàng)新能力，使學(xué)生具備較強(qiáng)的工作適應(yīng)能力，為學(xué)生未來(lái)成才打下了較好的工程基礎(chǔ)。

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