金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)實踐研究范文

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摘要：金屬材料專業(yè)中熱處理實踐課程是較為基礎(chǔ)的實踐課，對于高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)具有重要的作用。隨著熱處理學(xué)科的發(fā)展以及工程認證教育背景下，進而對金屬材料實驗教學(xué)提出了更高的要求，文章介紹了金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)改革、實踐與思考，為金屬材料實驗教學(xué)的發(fā)展提供相關(guān)參考。

關(guān)鍵詞：工程教育認證；金屬材料；熱處理；實驗教學(xué)改革

前言

目前，我國許多高等院校都開設(shè)了金屬材料專業(yè)，預(yù)期目標是通過理論教學(xué)來讓學(xué)生初步掌握金屬的熱處理工藝與組織性能變化相關(guān)的理論，同時掌握熱處理工藝的設(shè)計、微觀組織和性能檢測方法。金屬熱處理實驗課程作為理論與實踐工藝相結(jié)合的課程，是專業(yè)課程學(xué)習(xí)中不可或缺的部分。通過對金屬熱處理實驗課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握相關(guān)的實驗技能以及更加深入的理解相關(guān)理論知識。工程教育認證背景下，對金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求，包括人才培養(yǎng)方案的設(shè)置、師資隊伍配備以及辦學(xué)條件配置等。由于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容和模式過于陳舊，實驗項目更新不夠，實驗內(nèi)容與先進熱處理工業(yè)界相關(guān)的聯(lián)系不夠，這都影響了實驗教學(xué)質(zhì)量的提高以及高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，故對金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)的改革迫在眉睫。

一、金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

第一、實驗教學(xué)體系和模式的現(xiàn)狀。重視理論教學(xué)，輕視實驗教學(xué)，是金屬材料工程專業(yè)人材培養(yǎng)過程中，一直都存在的問題，這與強調(diào)課業(yè)成績而忽視培養(yǎng)人材創(chuàng)新能力是有關(guān)的。其傳統(tǒng)的金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)，大多以教師實驗為主，學(xué)生多是按照教師所做的實驗來得到結(jié)果，或者是按照課程大綱上所規(guī)定的步驟來逐一完成實驗，并沒有設(shè)置開放性的實驗項目，也沒有給予學(xué)生間在理論和實驗操作上的互動，只是單純的執(zhí)行著自己那份任務(wù)，無法在實驗進行過程中使得學(xué)生的創(chuàng)新或者操作能力得到提升，實驗教學(xué)效果得不到提升。受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，教學(xué)活動多是一對多的形式展開。學(xué)生大多根據(jù)實驗指導(dǎo)書中的實驗步驟進行實驗操作，無法體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性。當然，對于低年級的專業(yè)學(xué)習(xí)這是由必要的，因為沒有基礎(chǔ)知識的理解就不可能追求創(chuàng)新型的學(xué)習(xí)。但是，對于高年級專業(yè)同學(xué)來說，需要增加一些體現(xiàn)綜合能力和創(chuàng)新型的實驗項目，例如：失效分析項目，開放實驗項目以及團隊合作實驗項目等。

第二、實驗技術(shù)教學(xué)隊伍的現(xiàn)狀。除此之外，實驗教學(xué)師資力量也是制約實驗教學(xué)水平的一個重要方面。大多數(shù)高校實驗教學(xué)人員配置不足，人員年齡和職稱結(jié)構(gòu)不夠合理，例如：教師總體年齡偏高，學(xué)歷、職稱較低。雖然經(jīng)驗豐富，但理論功底不夠，偶有一些年輕教師加入，但是本身缺乏科研實踐，實際經(jīng)驗不足，都會導(dǎo)致難以出現(xiàn)優(yōu)異的指導(dǎo)效果，影響培養(yǎng)人才質(zhì)量。

第三、理論與實驗教學(xué)的聯(lián)系現(xiàn)狀。現(xiàn)階段下，我國部分高校對于金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)的操作還不夠完善，并且其在理論教學(xué)與實際操作方面也還存在著大量的問題，亟待解決。在理論教學(xué)中，其更多的是重視金屬材料的固態(tài)相變原理，而在實際的實驗操作中，則會出現(xiàn)各種不確定的現(xiàn)象，比如：淬火過程中操作的快慢，會導(dǎo)致冷卻速度不同，最終淬火后的效果也不一樣。只有將理論學(xué)習(xí)與實踐內(nèi)容的有效銜接后，實驗教學(xué)的教學(xué)效果才能得到提升，有利于高質(zhì)量人才的培養(yǎng)[2]。

二、金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)改革措施

第一、實驗教學(xué)模式和方式的改革。熱處理實驗內(nèi)容是按照理論課教材相配合而進行實驗教學(xué)，但是這種實驗教學(xué)往往比較零散，教學(xué)內(nèi)容不成體系，使得學(xué)生學(xué)習(xí)之后沒有前后聯(lián)系的感覺，且實驗內(nèi)容得不到創(chuàng)新。所以，我校的課程中采用獨立設(shè)置課程實驗的方式來教學(xué)，金屬熱處理實驗課程為一周的實驗課程。實驗過程中，根據(jù)不同材料所要達到的性能要求，使得學(xué)生在確定目標的前提下，進行查閱資料，確定實驗方案，設(shè)計實驗步驟并將實驗任務(wù)完成，例如：設(shè)計不同的熱處理工藝，并對其組織和性能進行檢測和表征。教師在過程中只提供一些指導(dǎo)不進行實際的實驗操作。這是由于工程教育認證準則要求，實驗過程中學(xué)生自主對問題進行思考和自行獨立的工藝操作過程，進而提高學(xué)生自主思考和操作能力。實驗過程中學(xué)生可能根據(jù)自己的理解進行步驟實驗，可能實驗結(jié)果與書本內(nèi)容存在差異，但是學(xué)生會在方案操作中認識到自身不足和實驗操作中的錯誤，無形中增加了其對實驗的理解。最后，進行課程匯報，將出現(xiàn)的問題提出來大家共同討論，給出原因，教師最后點評。這增加了學(xué)生對金屬材料的認識，對今后的學(xué)習(xí)也有了新的認知。總之，教學(xué)過程中，教師不但要向?qū)W生傳遞理論知識，還要使學(xué)生熟練的掌握相關(guān)的實際動手操作流程。由于熱處理實驗中所涉及金屬材料較多，無論是從物理性能還是化學(xué)成分角度來開展教學(xué)，其所涉及到的內(nèi)容都較為多，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，也要采用多種方式、靈活多樣的教學(xué)手段，例如：虛擬教學(xué)系統(tǒng)等，讓學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生興趣，對已掌握的基礎(chǔ)理論知識的深化理解。

第二、強化實驗過程考核和評價。在實施階段要先選定課題題目，進而根據(jù)小組形式開展實驗活動。在開始之前，小組之間要根據(jù)課題進行分析，進而設(shè)計出可行實驗方案，進而根據(jù)實驗方案來準備相應(yīng)材料和相關(guān)資料，以此作為實驗前的準備，最后通過一系列實驗操作，完成實驗。在課題實施過程中大多學(xué)生對如何操作無從下手，因此，在實驗階段就需要教師根據(jù)課題來進行詳細分析，進而協(xié)助學(xué)生在實際操作中運用所學(xué)理論知識進行操作，以保證項目得以實施。除此之外，在課題實施階段，教師還要引導(dǎo)學(xué)生自主思考，能夠?qū)Σ僮髦写嬖诘膯栴}及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，進而能順利完成課題人物。教師在實驗題目選擇方面要根據(jù)小組情況進行選題，進而告知注意事項。當實驗完成之后，小組之間就實驗完成過程和完成情況進行交流和溝通，且通過討論的方式在課堂中與其它小組進行交流。在交流過程中教師要根據(jù)學(xué)生所提出的意見給予一定引導(dǎo)和鼓勵，使其能進一步創(chuàng)新方案，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識。當小組課程實施完畢之后還要進行課堂總結(jié)，以補充實驗中不完整問題。這樣不但使學(xué)生提高了創(chuàng)新精神，還能增加其實踐動手能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。改革評價模式的中心在于評價學(xué)習(xí)過程也評價學(xué)習(xí)結(jié)果，將其評價與實驗過程融合起來，這樣在一定程度上可以全方位對學(xué)生的成長情況進行了解，記錄好學(xué)生學(xué)習(xí)能力全部過程。進而達到實行教學(xué)評估改變以往單一教學(xué)評價模式，鼓勵學(xué)生自主進行評價，這樣能在一定程度上促使學(xué)生在最大范圍內(nèi)認可評價結(jié)果[3]。

第三、實驗技術(shù)教學(xué)團隊的建設(shè)。在開展熱處理實驗教學(xué)時，必須要重視專業(yè)教師隊伍的構(gòu)建，只有理論與實踐并重的教師才能夠保證熱處理實驗最終完成效果能夠達到預(yù)期目標。而優(yōu)秀的教師，除了能夠教授學(xué)生基本的理論知識與實驗操作外，還能夠引導(dǎo)其對實驗進行創(chuàng)新與開發(fā)，在已學(xué)知識的基礎(chǔ)上進行拓展，提高自身的創(chuàng)造與實踐操作能力。由此可以看出，構(gòu)建一支專業(yè)素質(zhì)高，且具備強勁的引導(dǎo)力，能夠幫助學(xué)生在不斷地學(xué)習(xí)與實踐當中獲取更高的學(xué)識，這對于學(xué)生日后就業(yè)也同樣具有非常現(xiàn)實的意義。與此同時，還應(yīng)對學(xué)科發(fā)展情況、設(shè)備改進以及教學(xué)模式進行更進一步的了解。作為實驗指導(dǎo)教師，為了能夠使自己的技能以及實驗進展?jié)M足現(xiàn)代化社會不斷發(fā)展的需求，其便需要定期進行再學(xué)習(xí)與專業(yè)技能再培訓(xùn)，使自己能夠始終站在行業(yè)的行列，并且能夠為學(xué)生提供更加專業(yè)的教學(xué)。除此之外，在開展實驗時，教師還需要針對每位學(xué)生的特點來因人而異地去開展指導(dǎo)，使學(xué)生能夠通過探索問題、分析問題、找到導(dǎo)致問題出現(xiàn)的原因，然后提出相應(yīng)的解決方法。并且不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其能夠在枯燥的實驗中，獲取學(xué)習(xí)的興趣，并且使整個熱處理實驗教學(xué)變得更加的生動有趣。第四、熱處理實驗教學(xué)安排和實驗裝備的更新。在合理安排熱處理時，一定要在教學(xué)表中體現(xiàn)出來，并將其安排在教學(xué)中，值得注意的是，一定要將實驗安全在理論后面，這樣能使學(xué)生對內(nèi)容有一定的了解，之后進行實驗，可加深理解，能達到事半功倍的效果。當完成金屬學(xué)實驗、材料分析、材料性能等相關(guān)實驗課程，在實行熱處理實驗時能較為完整地運用所學(xué)理論知識。在開展實驗時要嚴格按照流程來執(zhí)行，以此預(yù)防在進行實驗途中試樣出爐發(fā)生安全隱患。之后運用熱處理實驗設(shè)備，值得注意的是，運用熱處理實驗設(shè)備時需確保完善的運行情況。定期對所有實驗教材進行校對，杜絕發(fā)生各種低級失誤或者是安全隱患，減少因器材問題所導(dǎo)致的實驗效果差的現(xiàn)象。

三、金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)實施案例

以前的金屬熱處理實驗中，要求給出一種材料的多種熱處理方案，主要為淬火、回火、退火以及正火工藝，但是未提出具體的性能指標要求，以至于學(xué)生對于熱處理后無法評定其工藝設(shè)計的質(zhì)量高低。改革后，對實驗的要求為根據(jù)材料的化學(xué)成分，設(shè)計達到指定力學(xué)性能的熱處理工藝。改革后的實驗項目名稱為“鋼的熱處理工藝設(shè)計與性能檢測”。實驗?zāi)康模哼\用所掌握的金屬學(xué)與熱處理知識，根據(jù)對多種材料所提出力學(xué)性能指標，設(shè)計合理的熱處理工藝參數(shù)以達到性能指標。同時，對熱處理后力學(xué)性能與標準的差異進行了分析。實驗要求和任務(wù)：對鋼的組織與性能產(chǎn)生影響的加熱速度、溫度以及冷卻時間等進行仔細記錄。實施設(shè)定好的實驗方案，將工藝操作和測定實驗數(shù)據(jù)做健全。解析實驗數(shù)據(jù)，書寫實驗報告。進行課題交流小結(jié)[3]。熱處理實驗教學(xué)改革之后充分調(diào)動了學(xué)生對實驗課程的興趣。尤其是分組實驗以及匯報總結(jié)中，不同分組之間會提出不同的實驗方案和想法，對操作的可行性、操作步驟等都會進行詳細分析和探討，進而確保了實驗最終結(jié)果合理性，使得學(xué)生在實驗中都能從理論上思考出現(xiàn)的問題。除此之外，教學(xué)改革中著重對學(xué)生創(chuàng)新能力進行了培養(yǎng)，所以從目前來看，學(xué)生對方案的設(shè)定和操作能力都得到了同步提高，這對學(xué)生今后發(fā)展有著重要影響。教學(xué)改革后，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和教師的教學(xué)模式上都得到了創(chuàng)新，使得教學(xué)效果方面得到了提升。

四、金屬學(xué)與熱處理實驗教學(xué)改革的建議

1.注重學(xué)科主干知識。金屬學(xué)與熱處理實驗是針對金屬材料的成分、組織以及性能間的基本規(guī)律認識與實踐的課程。如何通過熱處理工藝的實施提升金屬材料的力學(xué)性能，有效發(fā)揮材料的最大使用潛力，是該課程的知識結(jié)構(gòu)中較為重要的主干知識。實驗課程中需運用以上主干知識為材料進行改性處理。

2.挑選和有關(guān)學(xué)科較為重要的知識。金屬學(xué)和熱處理課程中的教學(xué)內(nèi)容，杜絕重復(fù)的出現(xiàn)非常重要。對重點的、非常重要的知識給予深入學(xué)習(xí)和了解，例如：鋼的熱處理后的微觀組織、組織與性能的改變等需加深了解。將有關(guān)學(xué)科中的知識可做選修內(nèi)容，比如金屬性能、變形、內(nèi)力等。在學(xué)習(xí)物理時，已經(jīng)學(xué)過，進行學(xué)習(xí)金屬學(xué)與熱處理可杜絕重復(fù)講授。

3.加大學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。提高學(xué)生實際操作能力，選取合適的教學(xué)任務(wù)實施，取其精華去其糟粕，來達到用人單位的要求。例如：金屬相熱處理的組織轉(zhuǎn)變和力學(xué)性能等方面。不同種類鋼的熱處理工藝制定與應(yīng)用，需加大該方面的應(yīng)用案例的校企合作實驗課程教學(xué)。

4.提升學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)。如果課時非常少，需將重點放在講解主干知識和實踐中去，同時還能安排有關(guān)的選修內(nèi)容。有助于提升學(xué)生眼界與思路，提升科學(xué)文化素質(zhì)，旨在為今后的深造打下堅實的基礎(chǔ)。金屬熱處理實驗屬于理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，所以在進行理論教學(xué)的同時在實踐方面也要進行相應(yīng)改革，進而才能達到學(xué)以致用效果。教學(xué)模式的改革還需要有高素質(zhì)教師的支持，所以在教學(xué)改革的同時教師也要進行一次新的創(chuàng)新和改革，能夠通過培訓(xùn)和進修、引進等方式，吸引更多高素質(zhì)教師的加入，這是熱處理實驗教學(xué)改革的根本。對于教師來說，其在教學(xué)過程中想要改革，那么必須要有改革創(chuàng)新意識，能夠系統(tǒng)的安排教學(xué)方法，以此制定合理教學(xué)方案，達到金屬學(xué)及熱處理實驗教學(xué)改革目的。

五、結(jié)束語

基于工程教育認證下的金屬學(xué)與熱處理實驗想要做到改革主要從理論與實踐兩方面進行創(chuàng)新，進而才能做到改革目的。而改革的主體是教師和學(xué)生，只有這兩方面在創(chuàng)新和自主性方面發(fā)揮有效性，才能真正達到改革效果，才能提高教學(xué)質(zhì)量和有效率，才能使學(xué)生將所學(xué)知識合理運用到實踐中去。因此，教師要指導(dǎo)學(xué)生全面的了解熱處理學(xué)科的主要內(nèi)容，增強研究意識，在以上基礎(chǔ)上提升創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。另外，還需要在一定程度上使得學(xué)生對課程產(chǎn)生非常大的興趣愛好，激起學(xué)生的求學(xué)欲望，為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課打下基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]秦海英，倪華良，李陽陽，等.《金屬熱處理實驗》課程的教學(xué)改革與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2018（24）：126-127.

[2]李涌泉，耿桂宏，蔣亮，等.民族高校金屬材料及熱處理課程教學(xué)改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017（03）：67-68.

[3]楊琳，李黎忱，鄧世岐.工程認證背景下金屬材料熱處理實驗教學(xué)改革探索[J].高教學(xué)刊，2016（13）：71-72.

作者:王澤民 龐靈歡 單位:上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)