“材料科學基礎”課程實驗教學內容改革與探索

王宇飛, 朱宏喜, 李紅霞

(河南科技大學 工程材料實驗教學中心， 河南 洛陽 471023)

“材料科學基礎”課程實驗教學內容改革與探索

王宇飛, 朱宏喜, 李紅霞

(河南科技大學 工程材料實驗教學中心， 河南 洛陽 471023)

針對 “材料科學基礎”課程實驗教學中存在的問題，對原有實驗教學內容進行了改革，除保留并改進少量經典的驗證性小實驗外，將多數驗證性小實驗進行了整合并擴充，增設了綜合性實驗。實踐證明，增設綜合性實驗提高了設備的利用率，有利于學生對所學知識的融會貫通，有利于培養學生的動手能力以及分析和解決問題的能力，為后續課程的學習奠定了實踐基礎。

材料科學基礎； 綜合性實驗； 實驗教學

“材料科學基礎”是面向材料類專業所開設的一門技術基礎課，該課程從各種材料的共性基礎出發，闡明了材料的成分—結構—工藝—性能之間的關系，對材料的生產、使用和發展具有指導意義[1]。該課程理論性較強，知識點繁多且內容抽象。通過開設相關實驗，在驗證理論教學的同時，還可提高學生的素質和能力[2]。為進一步提高學生的實驗技能，我校即將實施的新版教學大綱將該課程的實驗學時由原先的18 h增至24 h。新增的實驗學時該如何設置相應的實驗內容，原有的實驗內容可否進行適當調整，如何確保在完成新增實驗教學任務的同時，又提高學生的動手能力，成為擺在實驗教師面前的幾個需要解決的問題。

1 原有實驗內容設置上存在的問題

原教學大綱設置的實驗項目如表1所示。實驗項目共9個，均為2 h的驗證性小實驗。隨著高等教育課程體系改革的深化，其不足之處也日漸凸顯。

表1 原大綱實驗項目

1.1 驗證性小實驗內容單一且分散

表1中所列的小實驗，內容上較為單一，一般僅針對某個特定的知識點進行設置，且安排上較分散，都是學生在學完相應章節后隨即通過實驗進行驗證，以此鞏固所學的理論知識。這種實驗設置割裂了原有的知識體系，學生對前后所學的知識點難以融會貫通，不利于對知識的系統掌握[3]。

1.2 教學模式固定且陳舊

多年來，該課程的實驗教學模式固定，實驗教師首先講解實驗目的、實驗原理、實驗設備，并給出詳細的實驗步驟，學生做實驗前基本不用預習，僅需按部就班完成各項實驗內容、對已知的實驗結果進行驗證即可。這種教學模式缺乏互動性，不利于培養學生獨立動手的實驗技能，制約了學生創新思維的發展[4]。

1.3 設備利用率低

我校工程材料實驗教學中心每年承擔全校18個專業、近200個班次的35個實驗項目，時間緊、任務量大。若某一時段需要做同一個小實驗的班次較多，則實驗課只能分散插空安排(要避免與學生理論課時間發生沖突)，使得同一個小實驗用時較長，不同的實驗可能交錯在一起，這期間需進行多次的實驗準備，實驗設備利用率較低。

2 實驗教學內容改革與探索

針對上述問題，并結合我實驗中心以往實驗教學中的經驗，借大綱修訂之際，對原有實驗教學內容進行了改革。整合后的實驗項目見表2。通過整合和增設綜合性實驗，努力為學生創造更多的獨立動手機會，以期通過新設的實驗來提高學生的實踐能力和創新意識[5-6]。

表2 新大綱實驗項目

2.1 保留并改進經典的驗證性小實驗

對比表1和表2可知，調整后的實驗內容保留了一些必要且經典的驗證性小實驗，但對其實驗方法也做了相應改進。以數字網絡顯微互動實驗室為依托，增加互動環節，由傳統的以“教”為主的實驗教學轉變為以“自主學、互動學”為主的過程教學；由單純地強調學生知識的積累轉變為培養學生的創新能力；由單純地為了完成實驗教學任務而轉變為給學生畢業后的發展搭建素質平臺[7-10]。

2.2 整合并擴充實驗內容，增設綜合性實驗

通過近幾年的實驗教學改革，綜合性實驗普遍得到了廣大學生的認可，從我?！皩W生實驗調查表”中反饋的信息可知，綜合性實驗應該多開，不僅可使實驗時間相對集中(更利于學生對所學知識的系統掌握)，學生的動手能力以及分析、解決問題的能力也有明顯提高[11]。通過整合并擴充實驗內容，增設了3個綜合性實驗，具體方案如下：

(1) 將原有的“金相試樣的制備、金相顯微鏡的構造與使用、金相顯微數碼攝影技術”3個小實驗(2 h / 個，共6 h)進行整合，增設“金相實驗技術”綜合性實驗(8 h)。實驗流程包括：樣品制備—顯微鏡使用—數碼拍照—定量金相分析。該綜合實驗更偏重于增強學生的感性認識和動手能力的培養，其中的實驗內容均為學生首次接觸，他們興趣十足但經驗不足。采用最簡單的45號鋼退火試樣，以點帶面，使學生在對金相分析的基本方法有所了解的同時，達到了練手的目的。同時學生還學習了常見實驗設備(砂輪機、拋光機、金相顯微鏡、數碼采集裝置等)的使用方法，為后續實驗的順利進行奠定了實踐基礎。

(2) 將原有的“二元合金顯微組織分析、鐵碳合金相圖及平衡組織分析、三元合金顯微組織分析”3個小實驗(2 h / 個，共6 h)進行整合，增設“典型金屬的顯微組織觀察與分析”綜合性實驗(6 h)，實驗內容涵蓋二元合金、三元合金、鐵碳合金平衡組織及非平衡組織，實驗時借助顯微互動裝置，通過實物和虛擬2種方式，對各種金屬的典型組織形貌特征進行觀察比對，加深理解。

(3) 將原有的“金屬的塑性變形與再結晶”小實驗(2 h)內容進行擴充，改為綜合性實驗(6 h)，著重增加學生親自動手操作的機會。實驗時給每個學生發一鋁片(150 mm×20 mm×0.8 mm)，讓其自己將鋁片置于小型拉伸機上進行不同變形量的拉伸，然后入爐加熱保溫后，出爐空冷，最后浸蝕表面，直至顯示出清晰的晶粒，觀察并分析不同變形量對再結晶晶粒大小的影響，并畫出示意圖。使枯燥無味的理論知識，通過學生獨立動手操作，變得生動而印象深刻。

3 綜合性實驗教學的效果

增設的綜合性實驗，由于實驗周期長、學生人數多、用到的設備種類多，所以在安排這些實驗時做了周密計劃。實驗集中安排在連續數周的周末進行，每天實驗時間約12 h，各種實驗設備全部啟動，學生每間隔2 h來一個班，采用流水作業的方式進行實驗，實驗教師每人負責一個房間(定期輪換)，對分管環節進行質量監控。增設綜合性實驗，擴充了學生自由發揮的空間，有助于學生對所學理論知識的融會貫通，有利于學生動手能力和創新意識的培養，在營造創新氛圍的同時，既方便了排課，又提高了設備的利用率[12]。

4 結束語

隨著“材料科學基礎”課程實驗學時的增加，除保留并改進一些經典的驗證性小實驗外，主要通過整合并擴充實驗內容，增設了綜合性實驗，使學生進一步鞏固了所學的理論知識，培養了學生的動手能力以及分析、解決問題的能力，激發了學生的求知欲和創造力，在方便排課的同時又提高了設備的利用率。

References)

[1] 潘金生,仝健民, 田民波. 材料科學基礎[M].北京: 清華大學出版社, 2011.

[2] 崔占全,趙品,景勤,等.材料科學基礎的教學改革與實踐[J]. 教學研究, 2007, 30(1): 53-57.

[3] 寧向梅,賈淑果,李謙.“材料科學基礎”實驗教學改革探討[J].實驗室科學, 2011, 14(6): 28-30.

[4] 張小文.《材料科學基礎》實驗教學模式的創新與實踐探索[J].創新科技導報, 2011(18): 140-141.

[5] 朱莉.改革實驗教學，培養創新能力：關于開設綜合實驗的總結[J].實驗技術與管理, 2003, 20(1): 70-72.

[6] 余建潮.依托實驗教學示范中心 加強學生實驗能力的培養[J].實驗技術與管理, 2013, 30(3):117-119.

[7] 劉長虹,艾云龍,鄧克明.基于多媒體顯微互動系統的金相實驗教學的改革[J].實驗技術與管理, 2008, 25(5): 89-91.

[8] 王亞琪,趙虹,沈超明.實驗教學與培養創新人才[J].實驗技術與管理,2009,26(12): 127-129.

[9] 邢紅宏,梁承紅,張紀磊.充分利用綜合性實驗培養學生的綜合素質[J].實驗室研究與探索, 2013, 32(2): 165-167.

[10] 施鼎方,徐竟成,朱毓秀,等.開設綜合性實驗項目 促進創新能力培養[J].實驗室研究與探索, 2012, 31(8): 85-87.

[11] 文九巴,朱利敏,王順興,等.《機械工程材料學》綜合實驗教學網絡化設計及應用[J].科技資訊, 2008(9): 138-139.

[12] 王長生,王宇飛,肖宏斌.《機械工程材料學》綜合性實驗教學改革與實踐[J].實驗室科學, 2008(2): 29-31.

Reform and exploration of experimental teaching contentsof Material Science Foundation course

Wang Yufei, Zhu Hongxi, Li Hongxia

(Experimental Teaching Center of Engineering Materials, Henan Universityof Science and Technology, Luoyang 471023, China)

Aiming at the problems of experimental teaching in Materials Science Foundation course, the content of the original experimental teaching is reformed, in addition to a few classic verified experiments, which are retained and improved, the majority small verified experiments are integrated and expanded, comprehensive experiments are added. Practice has proved, adding comprehensive experiments improving equipment utilization rate, could be helpful for students to integrate knowledge, and cultivating students’ hands-on ability, analysing and solving problem ability, and laying practical foundation for subsequent courses study.

material science foundation; comprehensive experiment; experimental teaching

2014- 10- 17

河南科技大學實驗技術開發基金項目(SY1213058)

王宇飛(1977-)，男，河南開封，碩士，實驗師，主要從事工程材料實驗教學與管理.

E-mail：hkdwyf@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)5- 0242- 03