刘亚辉 周鱼跃 李宇昂 倪增磊 彭进

摘  要  以本科课程材料力学性能必做硬度实验为研究对象，分析传统实验教学存在的问题和不足，运用现代教学工具和理念，从学生实际情况出发，对教学材料、课堂内容和成绩评定三方面进行了系列改进。以期提高学生解决问题的动手实践能力和探究性思维，对工科实践教学具有普适借鉴意义。

关键词  实验教学；教学过程；材料力学性能；硬度实验

中图分类号：G642.423    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）10-0139-03

Study on Experimental Teaching of Material Mechanical Properties： Taking Hardness Expe-riment as Example//LIU Yahui， ZHOU Yuyue， LI Yuang， NI Zenglei， PENG Jin

Abstract  The hardness experiment， which is the com-pulsory experiment of undergraduate course Material Mechanical Properties， is taken as the research object. Problems and deficiencies in the traditional experiment teaching process is analyzed. Modern tea-ching tools and ideas are used to carry on a series of improvements. Relevant improvements is taken，starting from the actual situation of students， which mainly include teaching materials， classes and grades. It is expected that students ability to solve problems with exploratory thinking and hands-on practice could be enhanced. The improvements have universal reference significance for engineering practice teaching.

Key words  experiment teaching; teaching process; material mechanical properties; hardness experiment

Authors address  College of Materials， North China University of Water Conservancy and Electric Power， Zhengzhou， China， 450046

0  引言

近年来，依据国务院发布的《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》战略决策，随着高等教育工程教育认证工作的不断推进，高校课堂的教学理念和教学方法取得了一系列的改革创新成果，逐步由传统课堂的“教师讲授为主”转变为“以学生为主体，教师为主导”的现代教育教学理念，以便更好地调动学生学习的主动性和创造性，逐步達成与国际接轨的高等教育工程教育认证目标。

廖献就等[1]对比分析对分课堂和翻转课堂两种教学模式的异同。多位学者对新型课堂的实施方案和效果进行了探究及应用，验证了翻转课堂、对分课堂及混合课堂等能有效调动学生积极主动地参与课堂知识的学习[2-5]。东北师范大学的朱文辉[6]对翻转课堂过度技术化进行反思，认为翻转课堂应让学生先解决问题后进行教师教授，重在改造教师的教学理念。张太萍等[7]基于工程教育认证从课程大纲、课堂教学和实践环节三方面对机械制造技术基础课程进行了教学研究，指出了教学过程质量监控的重要性。关于理论教学改革的研究主要基于上述新型课堂模式展开。而实验教学更侧重于培养学生的实践能力，刘志慧等[8]基于OBE成果导向理念提出了包含“思考—设计—实验—讨论”四个环节的TDED实验教学模式。但TDED模式侧重于综合实验教学的开展，理论课内的基础实验教学直接采用该模式，存在基本知识传授不够完备的风险。张鹏等[9]进行了弹塑性力学课程的研究性实验教学，旨在帮助学生理解课程知识点，对实验课堂的实践环节如何开展未做详述。

本文以材料力学性能课程中的硬度实验为例，聚焦教学全过程，探究能够更好地服务专业学科应用的基础实验教学实施方案。

1  教学目标剖析

材料力学性能在材料成型及控制工程本科培养方案中属于专业基础课程。该课程配套实验对后续专业课的学习、学科综合实践和毕业设计具有很强的支撑作用。依据毕业要求，该门课程需要达成培养目标：1）了解材料性能试验设备的使用原理和方法，理解其局限性；2）能够分析并计算复杂工程问题，包括设计实验、分析与解释数据，以及通过信息综合得到合理、有效的结论。

上述教学目标回答了学生“为什么学”这一首要问题。分解到硬度实验的教学活动中，应使学生明确硬度值与其他力学性能之间存在一定的经验关系。硬度实验因操作便捷而成为工业材料、半成品和零件的重要质检方法和科研领域的重要指标。通过硬度实验课的学习，能从应用和分析层面理解三种压入法硬度测试各自的特点和局限性，并能够根据实际试样的形状、厚度、材质等特点选择和设计合理的硬度测试方法。

2  学情分析改进

2.1  学生现状分析

从学生实验前对硬度测试的已知、未知、能知、想知四个方面，结合布鲁姆认知领域的教育目标分类法，对学生的学习情况进行分析，如表1所示。华北水利水电大学材料成型及控制专业共分焊接和模具两个专业方向。在开设本门专业基础课期间，学生尚未划分专业方向。为激发学生的认知积极性，要求学生课前搜集焊接接头和冲压模具相关零件的材质和硬度技术要求并写入实验报告。

2.2  教学材料改进

理论课教材分三小节，分别讲述了布氏、洛氏和维氏硬度测定的原理、方法、特点及应用。理论课上对比总结三者的特点和适用范围，学生难以理解。传统的实验指导书主要包括实验目的、实验原理、仪器设备、试样、实验操作步骤、数据记录分析六个部分。对实验指导书进行以下改进。

2.2.1  删除冗余重复

实验原理在理论课教材中已详细交代，此处删除实验原理部分，可避免重复信息干扰学生阅读，促进学生主动拾取理论课遗忘的知识点。

2.2.2  精简操作步骤

过于详细的操作步骤容易导致学生机械地、按部就班地对照操作，错过对操作步骤内涵的思考和理解。

2.2.3  丰富试样种类

选取Q235、45#、T10原材料的退火态及正火态试样，分别设置5 mm，10 mm和15 mm三种厚度，共18种真实试样。将传统对已知材料打硬度的验证性实验变更为鉴定未知材料的探究性实验。材质和厚度的不同导致硬度测试过程中压头和标尺选择不同，需要学生仔细查阅相关标准并进行反复实验和探索。该过程增加了实验的创新性和挑战度，训练学生结合实验现象运用相关理论知识进行感知、思考和灵活运用。

2.2.4  新增思考提升

让学生思考所用硬度测试设备的局限性，查阅当前硬度测试的应用发展等新趋势，提升实验教学的高阶性。

3  教学过程优化

传统的硬度实验教学过程如表2所示。学生参与的环节仅为第7、8项，学生参与度低；实验过程分组操作，因同组成员间存在理论知识、动手能力和学习积极性等的差异，易造成个别学生跟不上进度而搭便车的现象；第6项仪器使用演示环节，仅课堂上演示一遍，学生不易形成操作记忆；第8项撰写实验报告环节与实验课堂教学环节时段断开，易造成报告数据填写与实验脱节。针对上述问题进行以下改进。

3.1  扩充课前准备

更新实验指导书。明确实验课堂的组织形式、成绩分布和实验报告撰写要求。课前将仪器操作视频和安全注意事项放入学习通共享平台，要求学生提前自学，从而给课堂教学腾出互动交流时间。

3.2  采用翻转课堂

将实验报告的撰写提到实验课堂教学之前，作为课前必做预习，弥补参加实验的学生理论知识掌握参差不齐的不足。课前准备环节每组选派一名学生参与实验材料分发和实验仪器的检查归位，提高学生参与度，培养学生动手能力。

3.3  课中增进互动

随机挑选学生讲解实验原理和仪器基本操作。实验课中填写并整理实验报告，教师组织讨论并当堂提交，增进师生互动、生生互动，发现不足便立即纠正，克服报告数据填写与实验操作脱节问题，形成知识获取和能力提升的闭环反馈。

3.4  课后教学反思

教师基于学生的课堂表现和实验报告作答情况进行持续改进。改进后的硬度实验教学活动流程见表3，学生参与环节提高至八项。

4  成绩评定重设

传统硬度实验教学过程仅在环节9将实验报告成绩作为学生的实验成绩，不足以全面反映学生参与实验的真实情况。表3运用学习通，将实验成绩权重设置为：初步撰写实验报告10%、观看仪器操作视频10%、课堂表现20%、实验报告数据整理分析60%。完善后的成绩评定标准关注过程考核环节，能有效激发学生参与学习的积极性，同时能对整个实验教学效果进行全面客观的评价。

5  结束语

以工科的硬度实验为例，基于成果导向，明确实验教学目标，通过学情分析和教学过程梳理，对实验教学全过程实施内容、时间和空间的调整和完善，提升了基础实验教学的探究性和趣味性，为后续培养专业综合实践能力奠定了坚实基础。

6  参考文献

[1] 廖献就，黎燕，黄幼异，等.浅谈对分课堂和翻转课堂教学模式的对比[J].课程教育研究，2018（10）：157.

[2] 田媛，席玉婷.高校混合课堂教学模式的应用研究[J].中国大学教学，2020（8）：78-86，96.

[3] 赵富春，汤亚，倪亚红，等.“翻转课堂”模式下学生课堂学习参与度量表编制[J].江苏高教，2021（4）：66-72.

[4] 黄尊地，常宁，李志伟.“金课”建设背景下基于“对分课堂”理念的研讨式教学设计探索[J].大学教育，2021（8）：41-43.

[5] 王诗云，王晓远，王利岩.OBE教育理念下，以应用为背景推进数学基础课程教学改革：以复变函数为例[J].中国多媒体与网络教学学报，2021（6）：237-239.

[6] 朱文辉.翻转课堂过度技术化的反思[J].课程·教材·教法，2020，40（6）：59-65.

[7] 张太萍，郝用兴，仝玉萍，等.基于工程教育认证的机械制造技术基础课程教学改革研究[J].中国教育技术装备，2019（10）：95-96，107.

[8] 刘志慧，李爱华，牛怀磊.TDED实验教学模式探究[J].实验室研究与探索，2021，40（1）：180-183.

[9] 张鹏，王传杰，朱强，等.弹塑性力学课程研究性实验教学探索与實践[J].实验室研究与探索，2021，40（3）：149-152.