工程材料課程實驗教學改革探析

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1儀器設備升級

拓展學生視野的實驗改革高等院校是教學科研工作的主要領域，是培養人才的重要基地，儀器設備是認識世界的工具[4]。現代科學儀器的發展促進了材料科學的進步。為了提高教學效果和介紹先進儀器設備，筆者對部分實驗設備進行系列升級改造，將傳統光學顯微鏡升級配備數碼金相顯微鏡圖像采集系統，用數字式硬度計替代指針式硬度計。例如，在實驗課顯微鏡光學原理及顯微組織分析的教學過程中，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“圖像采集系統和軟件”的相關內容。學生在觀察金相組織的同時，掌握了圖像采集系統操作方法，能夠將顯微鏡下的圖像清晰采集在計算機屏幕上。這種實驗方式改革有助于學生了解現代主流顯微鏡的功能，提高觀察效率，增強與教師的互動性，學生能夠和教師就金相組織細節展開有效交流，加深感性認識和對顯微組織的理解。

2貫通理論教學內容的實驗改革

傳統實驗教學內容的設計范圍較狹窄，雖然每個實驗都具有較強的針對性，但是并未將相關理論教學內容有機串聯起來，以致學生通過實驗不能獲得全面的感性認識，實驗課程沒有起到促進鞏固理論教學的目的。為此，筆者對實驗課內容進行了再設計，力圖形成一個較為完整系統的有機體系。例如，在實驗課碳鋼及合金鋼的熱處理及組織分析的教學過程中，進行了兩方面改革：(1)在原實驗設定所用的中碳45鋼和中碳合金鋼40Cr基礎上，增加了40CrNi和40CrNiMo兩種合金鋼種；(2)在原實驗設定的所用顯微組織(硬度)檢測方法基礎上，增加了沖擊韌性實驗。為了不增加實驗學時，準備好預先處理過的沖擊韌性試樣。目的是使學生在掌握基本熱處理工藝基本過程和組織特征基礎上，通過自己實驗操作獲得沖擊韌性數據，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行45鋼和40Cr鋼高溫回火和硬度測試的兩組學生劃分為四組，分別進行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，然后匯總實驗數據。通過比較四種鋼硬度的差別。學生能夠深入了解合金元素對回火穩定性的影響；通過比較沖擊韌性的差別，學生能夠體會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。實驗內容改革后，學生普遍反映加深了對碳鋼和合金鋼的組織、熱處理工藝和力學性能等理論教學內容的理解。

3實例式實驗教學改革

針對我校每年約有80%以上機械類本科畢業生進入汽車整車和相關零部件行業就業的特點，為了進一步鞏固工程材料課程的課堂教學效果，搭建課程與就業領域之間的橋梁，實驗教學團隊收集整理了一些典型汽車零件，設立展臺展柜，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說明，并且配備了相關金相組織照片。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、硬質合金刀塊、Cr12MoV搓絲板和滾絲模。通過實例式實驗教學改革，將學習內容與零件實物聯系起來，開闊學生視野，為他們將來的職業發展打下堅實基礎。

4競賽式實驗教學改革

為了調動學生學習積極性，加強工程材料實驗課程的趣味性和挑戰性，在不增加實驗學時基礎上，在每學年的工程材料授課期間，實驗教學團隊都將定期組織兩次面向機械類學生的實驗競賽活動，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準為制備完成時間、表面質量和采集圖像效果。在金相組織觀察辨別競賽中，選擇平衡態的鐵-碳合金、不同組織狀態(包含馬氏體、上貝氏體、下貝氏體)的碳鋼和合金鋼金相試樣，以學生通過顯微鏡觀察鑒別金相組織的準確性和使用附帶圖像采集系統定量分析碳鋼含碳量的結果為評分標準。對競賽獲獎學生頒發獎狀，并由任課教師在課堂上宣布競賽結果。實驗競賽在學生中引起強烈反響，喚起學生對工程材料課程的學習興趣，提高了學生的動手能力和實驗技能。

5結語

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

參考文獻

[1]史美堂.金屬材料及熱處理[M].上海:上海科學技術出版社,1980.

[2]李鳳娟,安靜,蘭海鵬,等.機械工程材料課程實驗教學改革探討[J].中國現代教育裝備,2015(21):90-91.

[3]王宇飛,任風章,文九巴.“機械工程材料”課程實驗教學內容的改革[J].實驗室科學,2017(1):111-112.

[4]張小蒙,王益民.高校教學科研用儀器設備國產化研究[J].實驗室研究與探索,2017(6):291-294.

作者：安健 王淵博 李建忱 單位：吉林大學材料科學與工程學院