工程材料課程實驗教學(xué)改革探析

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1儀器設(shè)備升級

拓展學(xué)生視野的實驗改革高等院校是教學(xué)科研工作的主要領(lǐng)域，是培養(yǎng)人才的重要基地，儀器設(shè)備是認(rèn)識世界的工具[4]?，F(xiàn)代科學(xué)儀器的發(fā)展促進(jìn)了材料科學(xué)的進(jìn)步。為了提高教學(xué)效果和介紹先進(jìn)儀器設(shè)備，筆者對部分實驗設(shè)備進(jìn)行系列升級改造，將傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡升級配備數(shù)碼金相顯微鏡圖像采集系統(tǒng)，用數(shù)字式硬度計替代指針式硬度計。例如，在實驗課顯微鏡光學(xué)原理及顯微組織分析的教學(xué)過程中，除講述原有試樣制備、金相顯微鏡成像和使用知識外，補充了“圖像采集系統(tǒng)和軟件”的相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生在觀察金相組織的同時，掌握了圖像采集系統(tǒng)操作方法，能夠?qū)@微鏡下的圖像清晰采集在計算機(jī)屏幕上。這種實驗方式改革有助于學(xué)生了解現(xiàn)代主流顯微鏡的功能，提高觀察效率，增強與教師的互動性，學(xué)生能夠和教師就金相組織細(xì)節(jié)展開有效交流，加深感性認(rèn)識和對顯微組織的理解。

2貫通理論教學(xué)內(nèi)容的實驗改革

傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計范圍較狹窄，雖然每個實驗都具有較強的針對性，但是并未將相關(guān)理論教學(xué)內(nèi)容有機(jī)串聯(lián)起來，以致學(xué)生通過實驗不能獲得全面的感性認(rèn)識，實驗課程沒有起到促進(jìn)鞏固理論教學(xué)的目的。為此，筆者對實驗課內(nèi)容進(jìn)行了再設(shè)計，力圖形成一個較為完整系統(tǒng)的有機(jī)體系。例如，在實驗課碳鋼及合金鋼的熱處理及組織分析的教學(xué)過程中，進(jìn)行了兩方面改革：(1)在原實驗設(shè)定所用的中碳45鋼和中碳合金鋼40Cr基礎(chǔ)上，增加了40CrNi和40CrNiMo兩種合金鋼種；(2)在原實驗設(shè)定的所用顯微組織(硬度)檢測方法基礎(chǔ)上，增加了沖擊韌性實驗。為了不增加實驗學(xué)時，準(zhǔn)備好預(yù)先處理過的沖擊韌性試樣。目的是使學(xué)生在掌握基本熱處理工藝基本過程和組織特征基礎(chǔ)上，通過自己實驗操作獲得沖擊韌性數(shù)據(jù)，能夠理解合金元素對高溫回火脆性的影響。具體實施時將原實驗進(jìn)行45鋼和40Cr鋼高溫回火和硬度測試的兩組學(xué)生劃分為四組，分別進(jìn)行45鋼、40Cr、40CrNi和40CrNiMo合金鋼的600℃高溫回火、硬度和沖擊韌性測試實驗，然后匯總實驗數(shù)據(jù)。通過比較四種鋼硬度的差別。學(xué)生能夠深入了解合金元素對回火穩(wěn)定性的影響；通過比較沖擊韌性的差別，學(xué)生能夠體會Cr-Ni鋼的高溫回火脆性以及合金元素Mo對消除高溫回火脆性的作用。實驗內(nèi)容改革后，學(xué)生普遍反映加深了對碳鋼和合金鋼的組織、熱處理工藝和力學(xué)性能等理論教學(xué)內(nèi)容的理解。

3實例式實驗教學(xué)改革

針對我校每年約有80%以上機(jī)械類本科畢業(yè)生進(jìn)入汽車整車和相關(guān)零部件行業(yè)就業(yè)的特點，為了進(jìn)一步鞏固工程材料課程的課堂教學(xué)效果，搭建課程與就業(yè)領(lǐng)域之間的橋梁，實驗教學(xué)團(tuán)隊收集整理了一些典型汽車零件，設(shè)立展臺展柜，就零件服役條件、材料選擇、加工路線及采用熱處理工藝等方面做出詳細(xì)說明，并且配備了相關(guān)金相組織照片。在第三個實驗課的熱處理保溫等待期間給學(xué)生講解和參觀。展品包括三類零件或材料：(1)汽車典型零部件：曲軸、凸輪軸、變速箱齒輪、活塞等；(2)汽車覆蓋件模具材料：Cr12MoV車身拉延模塊、QT700-3鑄造車身模具；(3)汽車零件加工用刃具和工具：高速鋼銑刀和鉆頭、硬質(zhì)合金刀塊、Cr12MoV搓絲板和滾絲模。通過實例式實驗教學(xué)改革，將學(xué)習(xí)內(nèi)容與零件實物聯(lián)系起來，開闊學(xué)生視野，為他們將來的職業(yè)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。

4競賽式實驗教學(xué)改革

為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，加強工程材料實驗課程的趣味性和挑戰(zhàn)性，在不增加實驗學(xué)時基礎(chǔ)上，在每學(xué)年的工程材料授課期間，實驗教學(xué)團(tuán)隊都將定期組織兩次面向機(jī)械類學(xué)生的實驗競賽活動，分別為金相試樣制備競賽和金相組織觀察辨別競賽，時間選定在周末。金相試樣制備競賽的評分標(biāo)準(zhǔn)為制備完成時間、表面質(zhì)量和采集圖像效果。在金相組織觀察辨別競賽中，選擇平衡態(tài)的鐵-碳合金、不同組織狀態(tài)(包含馬氏體、上貝氏體、下貝氏體)的碳鋼和合金鋼金相試樣，以學(xué)生通過顯微鏡觀察鑒別金相組織的準(zhǔn)確性和使用附帶圖像采集系統(tǒng)定量分析碳鋼含碳量的結(jié)果為評分標(biāo)準(zhǔn)。對競賽獲獎學(xué)生頒發(fā)獎狀，并由任課教師在課堂上宣布競賽結(jié)果。實驗競賽在學(xué)生中引起強烈反響，喚起學(xué)生對工程材料課程的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的動手能力和實驗技能。

5結(jié)語

我校在傳統(tǒng)工程材料實驗授課模式基礎(chǔ)上，采用裝備升級和拓展視野式實驗教學(xué)、貫通理論教學(xué)內(nèi)容的實驗教學(xué)、實例式實驗教學(xué)和競賽式實驗教學(xué)等多種改革形式，有效地輔助了工程材料課程的理論教學(xué)，增強了學(xué)生的動手能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，使教學(xué)效果得到明顯提升。

參考文獻(xiàn)

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作者：安健 王淵博 李建忱 單位：吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院