金屬材料工程專業表面工程綜合實驗課程的改革

王 蘭 邵紅紅 李冬升 王云龍

江蘇大學材料科學與工程學院 江蘇鎮江 212013

現代表面工程課程是我校金屬材料工程專業學生的一門必修課，而與之相配套的實驗是驗證表面工程理論知識，加強理論聯系實際的重要手段。該課程傳統的實驗是依附于課程的，實驗學時少，實驗內容單一、不系統，且多屬于驗證性實驗。按照我校金屬材料工程專業培養目標的要求，這種實驗教學模式忽視了對學生科學精神與創新意識的訓練，不利于學生創新能力和綜合能力的發展[1,2]。因此以綜合性、設計性以及創新性實驗取代原有驗證性實驗勢在必行。為此，我校在2011年開始對該課程實驗進行了改革。

1 綜合實驗內容的改革

原先的實驗是依附于現代表面工程課程設置的，實驗學時為6學時，內容包括：鋼的化學鍍、鋼鐵的磷化以及電鍍鋅。在這短短的6個學時中，學生要完成上述3個實驗內容的操作十分緊張，后續的一些性能表征實驗均由指導教師象征性地演示一遍就草草結束。為了切實培養學生的動手能力，加強學生創新能力的培養，改革后取消了原來課程設置的實驗，單獨設置了表面工程綜合實驗課程，30學時，2學分。該綜合實驗課程在大三下學期第9～16周進行，此時學生已完成了材料科學基礎、金屬組織控制原理、金屬的腐蝕與防護和現代表面工程等多門專業課的學習。表面工程綜合實驗共分為2個實驗專題：一為金屬耐磨涂層制備及性能檢測；二為金屬耐腐蝕涂層制備及性能檢測。其中專題一包括化學鍍鎳磷合金和鋁合金的陽極氧化，專題二包括鋼鐵的磷化和電鍍鋅。學生可以根據自己的興趣從中選取2個實驗內容進行實驗，鼓勵學生學習之余進行其他兩個實驗。

2 綜合實驗的實施

綜合實驗與課程實驗有較大的區別，綜合實驗內容多，周期長，系統性強。綜合實驗的具體實施過程包括以下幾部分。

(1)指導教師集中布置實驗專題，講解實驗目的、實驗內容、實驗中儀器設備的結構、操作方法等。(2)學生自由進行分組，按照目前工程教育專業認證要求，每組3～4人。(3)學生根據自己所要進行的實驗內容，查閱相關文獻資料并撰寫實驗預習報告。(4)進行實驗預習報告答辯，答辯通過后，方可進入實驗室進行實驗。(5)根據答辯通過后的實驗預習報告，進行相關實驗。(6)進行實驗數據整理、分析，撰寫實驗小論文，進行實驗論文答辯。

在綜合實驗的實施過程中，實驗預習報告答辯非常重要，它是實驗能否順利開展的前提條件。因此，指導教師根據學生撰寫的實驗預習報告，結合實驗室的現有條件，詢問實驗方案的可行性、實驗目的能否達到、如何開展實驗以及如何應對實驗過程中可能出現的一些問題，通過實驗預習報告答辯的小組才能進入實驗室進行實驗，未通過實驗預習報告答辯的小組退回重新撰寫，直至答辯通過后才可進入實驗室進行實驗。

3 綜合實驗成績的考核

綜合實驗成績考核可以激發學生的學習積極性，同時也是對學生學習勞動的一種認可[3]。綜合實驗成績的考核不再像以前僅僅局限于對實驗報告的評定，其由學生平時工作表現(出勤、實驗操作)、實驗預習報告完成質量、實驗論文撰寫以及論文答辯成績組成，所占比例分別為30%，30%和40%。這種成績評價方式能全面檢測學生的實驗效果，科學評價學生的綜合素質和創新能力。綜合實驗以小組為單位，雖然同一小組實驗數據相同，但是要求每個學生撰寫論文時語言表述上不可雷同，根據實驗結果必須有自己的獨立分析與見解。

4 綜合實驗的效果

通過近幾年該綜合實驗的實施，取得了良好的實驗效果。主要表現在以下幾方面。

(1)真正做到理論聯系實際，提高學生的實驗技能以及分析、解決實際工程問題的能力。學生在實驗論文的結束語中反映，通過綜合實驗的系統訓練，對所學的現代表面工程課程的理論知識有了更加深入的理解，不再僅僅局限于傳統意義上的“紙上談兵”。同時通過該綜合實驗的系統訓練，實驗技能水平以及分析問題、解決實際工程問題的能力有了明顯提高。通過該實驗，學生能夠熟練地制備出合格的金相樣品；能夠正確測量表面改性層的深度；能夠熟練進行鑲嵌機、顯微硬度計、磨損試驗機、鹽霧試驗機等儀器設備的使用。在鋼鐵磷化的實驗內容中，有些學生想探究溫度對磷化膜的影響，對高、中、低溫磷化均進行了實驗。通過實驗，學生發現溫度不僅對磷化膜成膜速度、磷化膜厚度有明顯影響，而且還對磷化膜的外觀形貌有很大的影響。隨著溫度的增加，磷化膜成膜速度快、磷化膜厚度增加，磷化膜的顏色也隨之加深，從淺灰色變為深灰色。有些學生采用2種不同的藥液配方(配方1：磷酸二氫鋅，硝酸鋅；配方2：氧化鋅，磷酸)進行高溫磷化實驗，在相同的磷化時間下，發現藥液配方對磷化膜成膜速度、磷化膜厚度影響不大，但對磷化膜的顏色和表面粗糙度有明顯影響，配方1形成的磷化膜為灰色，表面較光滑；而配方2形成的磷化膜顏色發黑，表面粗糙且有閃亮的點，這些不同形態的磷化膜就促使學生思考這兩種配方得到的磷化膜會不會在性能上產生明顯的差異。

(2)培養學生參與科學研究的濃厚興趣。由于該綜合實驗是學生進入專業學習后首次由自己全部獨立完成，看著由自己獨立完成得到的可靠的實驗數據，學生進行實驗的自信心和參加科研的興趣明顯提高，激發了學生對科學研究的熱情，這一點在我校每年大學生科研立項申請上表現尤為突出，每年本專業學生獲批江蘇大學大學生科研立項多達15～20項。

(3)為后續的現代表面工程課程設計、金屬材料專業綜合實驗、畢業設計以及未來踏上工作崗位奠定了良好的基礎。通過前期本綜合實驗的訓練，學生在文獻查閱、實驗方案制訂、實驗操作、性能檢測、實驗數據整理與分析、論文撰寫等方面均已得到了全面、系統地訓練，在后續的現代表面工程課程設計、金屬材料專業綜合實驗、畢業設計以及未來從事專業科研工作中均能體現出良好的專業素養。

5 結語

以上是我校近年來對表面工程綜合實驗進行的改革及所取得的成效。通過近幾年的實施，可以發現，單獨設置課程綜合實驗對專業教學來說是一種非常有益的嘗試，一方面加強了學生對課程理論知識的理解、吸收與消化；另一方面切實增強了學生的創新意識、實際動手能力，提高了學生的專業綜合素質。當然，在表面工程綜合實驗實施的過程中，也存在一些問題，以小組為單位進行實驗，有部分小組成員做實驗的積極性不太高，團隊協作精神不夠，這些需要指導教師在今后的實驗中不斷進行正確引導與監督，讓每個學生都積極參與到表面工程綜合實驗中，促進表面工程綜合實驗教學朝著更有利于學生全面發展的方向發展。

[1]周衡志,巴志新,王章忠.應用型本科材料專業表面工程綜合實驗課程改革初探[J].科教文匯,2010(10):39-40.

[2]苗潤生,邵紅紅,王蘭.金屬材料工程專業綜合實驗課程的教學實踐[J].實驗科學與技術,2012,10(2):92- 93.

[3]王紅俠,李新星,劉照文.金屬材料專業實驗教學內容的改革[J].實驗室科學,2014,17(5):111-112.