工程材料实验教学改革初探

2022-09-11

为了面向21世纪、适应科学技术发展的需要和满足现代社会对创新型人才的要求, 高等教育已经把教学的重点放到培养和发展学生的综合素质和创新能力上来。高等学校的根本任务就是培养具有良好综合素质和创新能力的新一代大学生, 而实验室作为培养人才的前沿阵地, 对培养学生动手能力、创造能力和综合分析能力起着不可替代的作用。我校工程材料实验室除了承担金属材料工程专业的专业课程实验教学外, 还承担了材料加工类和机械类专业的《工程材料》课程的实验教学任务。因此, 加强工程材料课程的实验教学对于培养和提高机械类大学生的实验操作技能和综合分析能力以及解决问题的能力具有十分重要的意义[1,2]。

1 工程材料实验教学改革的必要性

多年来, 教育部已经反复强调在加强理论教学的同时, 要注重学生能力的培养, 克服“高分低能”的现象, 这是当前高校深化教学改革的主要目标之一, 也是教育要主动适应世界科技发展和我国社会主义市场经济逐步完善对人才培养的必然[2]。然而, 由于历史的原因, 传统的工程材料实验教学存在着比较大的局限性和不足, 严重阻碍了学生综合能力和创新能力的培养。因此必须进行改革和创新, 才能够达到科学培养人才的目标。

改革前的工程材料实验教学存在的问题如下:

1.1 知识陈旧、多为验证性实验

传统的实验室教学的内容依附于理论课程, 其内容只是理论知识的验证。实验目的只是为了验证或加深巩固课堂所学内容, 学生在已知实验结果的前提下来做实验, 缺少岁实验的兴趣和探索, 学习积极性不高。此外, 为了满足理论课教学进程的需要, 实验教学内容零散, 缺乏综合性。例如, 《工程材料》实验主要有三个: (1) 铁碳合金平衡组织观察与分析; (2) 钢的热处理及硬度测定; (3) 钢热处理后的组织观察与分析。以上三个实验的内容都只是课堂知识的验证。然而事实上, 这三个实验从课程内容上来讲, 联系是非常大的。将一个系统性、综合性的实验分割为三个实验, 其内容互相分割、缺乏综合性和连贯性, 学生的思维也被局限于相应的理论课程。这种模式只适用于基本技能的训练, 不适应综合能力和创新能力的培养, 不能激发学生的积极性和创造性, 学生也难以形成工程设计的整体概念。

1.2 传统的注入式教学方法

工程材料实验教学以教师为中心, 学生是被动地按照已经安排好的实验步骤进行。这种“照方抓药”的教学方法不利于开发学生的潜力, 使得工科学生得不到必备实验技能的培养和训练。同时, 学生也感到实验单调、枯燥, 极大地束缚了学生综合分析能力和创新能力的培养。久而久之, 部分学生便会形成“课前不预习, 课上跟着走, 课后抄报告”的不良实验学习定势。

1.3 考核方法不完善

由于工程材料实验教学依附于理论课程, 很难对学生的学习情况做一个较准确的量化考核。传统的考核只能由教师根据学生的实验报告来评价, 学生总是处于被动的地位。难以做到公平、公正、准确, 有可能影响部分学生的学习积极性和创造性。

上述问题的存在, 使部分学生对实验不够重视, 实验时敷衍了事, 相互间抄袭实验数据和实验报告。有些同学甚至到课程结束时, 还不会使用仪器设备, 不会排查基本故障。因此, 实验效果较差, 根本不能适应当前培养综合应用型、创新型人才的需要。

2 工程材料实验教学改革

基于工程材料实验教学中存在的种种问题和矛盾, 我们从工程材料实验室的实际情况出发, 既着眼于培养学生具有扎实的基础理论知识, 更注重培养学生的工程实践能力。我们的目标是使学生能够运用专业基础理论知识和现代实验技术与设备进行工程材料实验的综合设计和实验, 最终提高学生的开拓、创新能力和综合素质。为使工科学生成为“高素质创新型人才”[3], 我们对工程材料实验教学进行了一系列改革, 具体体现在以下几个方面:

2.1 设置综合实验课

为了克服传统实验教学的零散性, 培养学生的工程设计能力, 我们设置了《工程材料》综合实验课。学生在具备一定的课堂知识之后, 进入相应的综合实验环节。学生在进入实验室之前, 首先编写一份设计任务书, 其中应该包括几种具体的钢铁材料 (各种碳钢和铸铁) , 学生自行制订的各种热处理工艺;然后, 学生进入实验室进行热处理实验、显微组织观察与分析以及力学性能测试, 直至得到合格的金相照片和实验数据;最后, 撰写综合实验报告。这样, 不仅完成了教学任务上要求的三个实验内容, 而且将三个实验有机地组合成一个综合实验, 其中体现了学生的自主创新能力。

由于整个考核时间较长、内容较多, 如果某一环节稍有不慎就会使整个实验失败, 因此学生在实验过程中遇到问题时会及时向老师请教, 同时能主动向指导老师汇报实验进展情况。也就是说, 在整个实验过程中, 学生发挥了他们的自主性和积极性, 由“要我学”转变为“我要学”。实验表明, 大多数学生自始至终都能独立完成整个综合实验, 实验结果也符合要求。

2.2 实验室实行开放管理

将传统的“封闭式”实验室变为“开放型”实验室, 实验室在上班时间对学生实行开放。这样学生可以比较自由地安排时间, 在实验过程中遇到难题或者产生一些创意时, 可以得到指导教师的及时帮助或者实施。实验室教师始终在学生中间, 可以及时把握学生的实验动态和发现实验过程中的问题, 便于纠正学生的不规范操作。当学生遇到实验故障时, 教师能够与学生一道找原因, 引导学生进行分析。

任课教师与实验人员共同参与实验教学和实验室管理, 教师把自己的科研课题部分融入实验室教学中, 这样不仅提高了实验设备的利用率, 也增加了实验经费, 同时一些优秀学生也参与教师的科研工作中, 使学生与科学研究有了亲密接触, 可以提高学生的综合创新能力。

2.3 采用先进的教学手段

计算机辅助教学 (CAI) 为教学提供了新的方法与模式, 尤其是多媒体技术给教学活动提供了一种全新的环境。在改革前, 工程材料实验教学仍沿用“黑板+粉笔”的落后教学手段。实验教学改革后, 我们在工程材料实验教学上应用CAI教学手段, 这样做的目的不是为了追求“高科技”或“时尚”, 而是为了实现图文并茂、激发学生的学习热情和兴趣。我们将实验教学中的一些重点及难点制作成多媒体教学软件, 让学生在模拟的环境中完成从接受知识到掌握操作的过程。比如金相显微镜的使用、金相显微组织观察和热处理工艺实验等, 可以通过多媒体实验教学向学生介绍金相显微镜的结构、如何进行显微镜的粗调和微调、如何找寻最佳视场以及工业现场的各种热处理操作等。采用多媒体软件教学, 教师的讲解可以更轻松, 学生的理解和领会也更容易。

3 实验教学改革成效

自2002年来, 我们对工程材料实验教学逐步进行了改革, 改革实施顺利且效果好。在有效管理的基础上, 实验室的资源得到了充分利用。学生对工程材料实验教学反映良好, 很多学生已经克服了“恐动手症”, 甚至有学生说这是他们在本科学习期间最有收获的实验课程之一。学生的综合设计、实验操作和创新能力都得到了锻炼和提高, 教师和学生的亲密关系也在实验中得到了巩固和加深。机械工程专业后续课程的教师认为工程材料实验教学对机械类学生学习专业课有很大的帮助。

摘要：本文分析了工程材料实验的重要性, 从实验教学内容、教学方法、教学手段与考核方法等方面对工程材料实验教学进行了改革。力求激发学生对工程材料实验的兴趣, 培养工科学生的综合实验能力, 在教学实践中取得了一定成效。

关键词：工程材料,实验教学,综合性实验