工程熱處理課改實踐教學分析

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一、引言

工程材料與熱處理課程是應用型高校機械類和近機類各專業(yè)必修的技術基礎課。根據(jù)應用型高校的人才培養(yǎng)方案，本課程從機械工程的應用角度出發(fā)，闡明機械工程材料的基本理論，系統(tǒng)介紹材料的成分、組織和性能之間的關系，以及加工工藝對材料組織和性能的影響。課程的教學目的是，使學生在掌握工程材料基本理論和基本知識的基礎上，具備根據(jù)機械零件的工作條件和性能要求，進行合理的選材與熱處理工藝制定的初步能力。實驗教學是該課程主要的教學環(huán)節(jié)之一。近年來，由于各高校專業(yè)調(diào)整和教學計劃的變更，包括本課程在內(nèi)的教學學時被壓縮，其實驗教學也受到了很大的影響，因此為了適應新的教學形勢，對工程材料與熱處理課程實驗教學進行改革，建立新實驗教學模式，以適應當前新人才培養(yǎng)方案和教學計劃，是勢在必行的重要研究課題。

二、課程實驗教學改革的必要性

（一）課程實驗教學的作用和地位

工程材料與熱處理課程實踐性強，其主要基礎理論及一些專業(yè)理論都是通過實驗并總結(jié)實驗的規(guī)律而建立起來的。實驗教學作為重要的課程教學環(huán)節(jié)之一，對于學生加深理解和掌握課程內(nèi)容，了解工程材料的成分、組織和性能之間的關系，從而初步學會典型機械零件的選材和熱處理工藝制定具有重要的意義；同時，實驗教學也是培養(yǎng)應用型高校工科學生工程意識和創(chuàng)新思維的重要手段。對于本課程來說，其突出特點是概念多、內(nèi)容雜、知識抽象，如果不通過實驗教學，學生很難掌握課程的基本知識。例如，對工程材料的組織，只有在光學顯微鏡，有的甚至必須在電子顯微鏡下才能觀察到其特性，這是在課堂教學中無法實現(xiàn)的。課程中有許多基本結(jié)論，也是建立在實驗的基礎上的。因此，高質(zhì)量的實驗教學是提高課程教學質(zhì)量的重要途徑。

（二）實驗教學存在的問題

1.實驗內(nèi)容少。由于學時不足，只能開設兩個實驗，且兩個實驗之間缺少有機聯(lián)系。對鋼經(jīng)熱處理前后的組織變化沒有直觀的對比，學生對鋼的平衡組織和非平衡組織的概念理解不透。熱處理實驗后，學生沒有時間進行金相試樣的磨制，影響了對金屬材料金相分析方法的掌握和運用。

2.學生在實驗中缺乏自主性。在整個實驗教學中，學生始終處于被動狀態(tài)，基本上是教師講，學生照著做。這種教學方法，學生的實驗能力和動手能力都得不到提高，影響實驗教學的效果。

3.學生對實驗教學興趣不高。由于前述原因，使大部分學生對本課程實驗缺乏足夠的興趣，主要表現(xiàn)在實驗課前不預習，不看實驗指導書；實驗中操作不認真，能不動手就不動手；實驗報告不規(guī)范等。此外，筆者對本課程實驗教學作過一次調(diào)查，參加調(diào)查的學生分別來自機械制造專業(yè)、材料成形及控制工程專業(yè)和汽車服務工程專業(yè)，共收回調(diào)查表152份，其主要調(diào)查內(nèi)容及結(jié)果。從調(diào)查結(jié)果可看出，學生對該課程實驗教學不滿意度很高，說明實驗教學已到了必須改革的時候。這就促使我們從2008年開始，對工程材料與熱處理實驗教學計劃、教學方法和教學模式進行了根本性的改革，摒棄傳統(tǒng)的實驗教學計劃，建立新的實驗教學模式。

三、課程實驗教學改革的基本思路

（一）新實驗教學模式的目的

在不增加課程教學學時的前提下，豐富實驗內(nèi)容；發(fā)揮學生在實驗教學中的自主性、能動性和創(chuàng)新性，變被動為主動；提高學生的實驗設計能力、實驗動手能力和實驗結(jié)果分析能力；使實驗教學成為課堂理論教學的重要補充，為學生學好工程材料與熱處理課程奠定基礎；培養(yǎng)學生掌握或了解金屬材料金相分析的基本方法、實驗方案的制訂能力及對相關實驗儀器的試用和保養(yǎng)常識。

（二）新實驗教學模式的設置原則

新實驗教學模式設置的原則是：實用性、互動性、綜合性和開放性。實用性就是嚴格根據(jù)課程教學大綱要求合理安排實驗，并盡可能結(jié)合生產(chǎn)實際，使學生通過實驗，理一步理解和掌握工程材料的成分、組織和性能之間的關系，為學習后續(xù)課程、畢業(yè)設計及在以后實際工作中正確選材及安排熱處理工藝打下必要的基礎。互動性是指在實驗教學中，做到學生和指導教師互動，各基本實驗內(nèi)容之間的互動，工程材料與熱處理課程與后續(xù)的各專業(yè)有關專業(yè)課程之間的互動。充分發(fā)揮學生在實驗中的自主和主導作用，使學生全面理解實驗教學目的要求，克服以往實驗內(nèi)容分散，各實驗間缺乏有機聯(lián)系的不足，為以后學習專業(yè)課奠定良好的基礎。綜合性實驗是實驗教學改革的重點內(nèi)容。合理設置綜合性實驗，能使學生全面、深入地理解實驗目的和實驗方法，培養(yǎng)和提高學生制訂實驗方案、設計實驗步驟、分析實驗數(shù)據(jù)的能力。開放性是指對于大部分實驗，教學計劃中只規(guī)定基本要求，其實驗名稱、實驗目的、實驗步驟、實驗報告格式均由學生自行設計，學生還可以自主選擇指導教師，其實驗主要由學生在課程教學學時外進行，通過精品課程網(wǎng)絡實驗預約系統(tǒng)，學生可在開課學期內(nèi)任意時間進行預約，并完成實驗。

（三）新實驗教學模式的保障措施

為了保證實驗教學改革的順利進行，從轉(zhuǎn)變教學管理機制到實驗室條件的必要改善均須得到有力的保障。在教學管理方面，打破以往的課程考核模式，允許部分學生在課程考試結(jié)束后再自主完成綜合性實驗，然后由任課教師給出本課程的最終成績。同時為了保證學生自覺地在課外時間完成實驗，對按要求完成實驗并合格者，給予適當?shù)莫剟顚W分，作為學生完成學校規(guī)定必須達到的任選課學分的組成部分。實驗場地的擴充、實驗儀器的添置以及指導教師的足量配備是新實驗教學模式順利推行的基本前提。為此我們增添了一批金相顯微鏡、熱處理加熱設備、金相試樣制備設備、數(shù)顯硬度計（洛氏、布氏、維氏和顯微硬度計），同時還添置了金屬材料熔煉爐、多功能輝光離子表面處理設備、真空加熱爐、萬能磨損試驗機和鹽霧試驗機等。為了滿足學生自行選擇實驗時間，除了增設實驗員，我們采取了任課教師和實驗室專業(yè)指導教師共同負責的方法，以確保實驗室全天候開放。

四、改革后的實驗教學方案

經(jīng)過教師討論，并吸收學生意見，新的實驗教學方案分為三個模塊：基礎實驗、金相互動實驗和綜合性實驗。

（一）設置基礎實驗

利用有限的課堂實驗教學時間，使學生掌握金相實驗室和熱處理實驗室各種儀器儀表的使用方法和保養(yǎng)方法。增設“金相分析與熱處理工藝實驗儀器使用方法”實驗，為學生完成開放性實驗和綜合實驗打下基礎。

（二）設置金相互動實驗

該實驗設計思路為：由實驗室的指導教師按照實驗大綱要求事先準備好各種不同組織的試樣，如各種碳素鋼經(jīng)不同熱處理后的金相試樣、各種鑄鐵的金相試樣、常用合金鋼經(jīng)不同熱處理后的金相試樣、常用非鐵合金金相試樣等。學生通過網(wǎng)上預約或口頭預約，5～6人為一組進行實驗。實驗時每組學生保證有一名指導教師，通過不同類型試樣的觀察分析和對比，讓學生充分了解不同工程材料及經(jīng)不同規(guī)范熱處理后組織的差別，進而分析性能上的差別以及造成這些差別的原因。在選取分析試樣類型時，指導教師要引導學生根據(jù)自己的專業(yè)進行選取，以便為后續(xù)學習專業(yè)課奠定基礎。如對于機械制造和光機電一體化專業(yè)，要側(cè)重于對結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵等材料的金相分析和熱處理工藝制定，而對于材料成形及控制工程專業(yè)的學生則側(cè)重于對模具鋼和低碳鋼材料的分析。

（三）設置綜合性實驗

該實驗內(nèi)容包括典型零件的選材、熱處理工藝的制定和操作、力學性能測試、金相試樣制作、金相顯微組織分析、金相照片制作等內(nèi)容。由于實驗內(nèi)容多，時間長，學生主要利用課外時間完成。要求4名學生一組，自主選定指導教師，自行確定實驗目的、實驗步驟和實驗方法。實驗后寫出實驗總結(jié)或?qū)嶒瀳蟾?，由指導教師批閱并給出成績。該實驗可以和學生創(chuàng)新設計項目或科研項目結(jié)合起來完成，其成績按一定比例計入工程材料與熱處理課程最終成績。

五、實行新實驗教學模式取得的效果

經(jīng)過兩年多時間的實踐，本課程新的實驗教學模式已基本確立，并制定出相應的教學計劃和實驗教學大綱。新模式的運行也取得了良好的效果，從最近在學生中進行的調(diào)查結(jié)果顯示，學生對本課程實驗教學的滿意度達到94%。具體來說：

（一）提高了學生對實驗教學的興趣和積極性由于新的實驗教學模式建立在以學生為本的基礎上，特別是綜合實驗全部由學生自行設計，給學生提供了充分發(fā)揮其主觀能動性的平臺，極大地調(diào)動了他們的學習興趣和積極性，變“要我學”為“我要學”，形成了良好的實驗教學氛圍。

（二）收到了良好的實驗教學效果，促進了課程建設及教學質(zhì)量的提高

為了解實驗教學改革成果，最近我們對學生進行了抽查，檢查內(nèi)容為：實驗報告、實驗現(xiàn)場操作和卷面測試等。其主要結(jié)果為：實驗報告全部規(guī)范，成績達良好以上的比例為65%；現(xiàn)場操作合格率95%；卷面測試成績合格率95%，成績良好以上的比例為60%。實驗教學效果的提高，有力地促進了課程建設和課程教學質(zhì)量的提高。

（三）學生真正學到了知識，提高了動手能力、分析問題和解決問題的能力

以往學生對各種金屬材料的不同狀態(tài)的組織和性能只是死記硬背，以應付考試，而不理解它們之間的相互關系，所以出現(xiàn)課程一結(jié)束也就全部忘記的普遍現(xiàn)象。從最近兩屆學生的畢業(yè)設計來看，在零件的選材和熱處理工藝制定方面的問題已大大減少，畢業(yè)設計質(zhì)量上了一個新臺階。

六、結(jié)束語

要提高工程材料與熱處理課程教學質(zhì)量，為培養(yǎng)新時期的應用型創(chuàng)新人才奠定必要的工程技術基礎，對課程內(nèi)容設置、課程教學模式、教學方法和手段進行改革是迫切要解決的問題。實驗教學改革是課程教學改革的重要組成部分，對于應用型高校，實驗教學改革因受實驗條件、課時等諸多因素影響，比課堂教學改革更為滯后，難度也更大。以實用性、開放性、互動性和綜合性為原則的改革是我們對工程材料與熱處理課程實驗教學改革進行的初步探索，實踐證明，這種實驗教學模式以學生為本，使學生變被動為主動，既提高了學生的學習興趣，又能充分發(fā)揮其主觀能動作用，因此能取得較好的教學效果。