王宇飞, 朱宏喜, 李红霞

(河南科技大学 工程材料实验教学中心， 河南 洛阳 471023)

“材料科学基础”课程实验教学内容改革与探索

王宇飞, 朱宏喜, 李红霞

(河南科技大学 工程材料实验教学中心， 河南 洛阳 471023)

针对 “材料科学基础”课程实验教学中存在的问题，对原有实验教学内容进行了改革，除保留并改进少量经典的验证性小实验外，将多数验证性小实验进行了整合并扩充，增设了综合性实验。实践证明，增设综合性实验提高了设备的利用率，有利于学生对所学知识的融会贯通，有利于培养学生的动手能力以及分析和解决问题的能力，为后续课程的学习奠定了实践基础。

材料科学基础； 综合性实验； 实验教学

“材料科学基础”是面向材料类专业所开设的一门技术基础课，该课程从各种材料的共性基础出发，阐明了材料的成分—结构—工艺—性能之间的关系，对材料的生产、使用和发展具有指导意义[1]。该课程理论性较强，知识点繁多且内容抽象。通过开设相关实验，在验证理论教学的同时，还可提高学生的素质和能力[2]。为进一步提高学生的实验技能，我校即将实施的新版教学大纲将该课程的实验学时由原先的18 h增至24 h。新增的实验学时该如何设置相应的实验内容，原有的实验内容可否进行适当调整，如何确保在完成新增实验教学任务的同时，又提高学生的动手能力，成为摆在实验教师面前的几个需要解决的问题。

1 原有实验内容设置上存在的问题

原教学大纲设置的实验项目如表1所示。实验项目共9个，均为2 h的验证性小实验。随着高等教育课程体系改革的深化，其不足之处也日渐凸显。

表1 原大纲实验项目

1.1 验证性小实验内容单一且分散

表1中所列的小实验，内容上较为单一，一般仅针对某个特定的知识点进行设置，且安排上较分散，都是学生在学完相应章节后随即通过实验进行验证，以此巩固所学的理论知识。这种实验设置割裂了原有的知识体系，学生对前后所学的知识点难以融会贯通，不利于对知识的系统掌握[3]。

1.2 教学模式固定且陈旧

多年来，该课程的实验教学模式固定，实验教师首先讲解实验目的、实验原理、实验设备，并给出详细的实验步骤，学生做实验前基本不用预习，仅需按部就班完成各项实验内容、对已知的实验结果进行验证即可。这种教学模式缺乏互动性，不利于培养学生独立动手的实验技能，制约了学生创新思维的发展[4]。

1.3 设备利用率低

我校工程材料实验教学中心每年承担全校18个专业、近200个班次的35个实验项目，时间紧、任务量大。若某一时段需要做同一个小实验的班次较多，则实验课只能分散插空安排(要避免与学生理论课时间发生冲突)，使得同一个小实验用时较长，不同的实验可能交错在一起，这期间需进行多次的实验准备，实验设备利用率较低。

2 实验教学内容改革与探索

针对上述问题，并结合我实验中心以往实验教学中的经验，借大纲修订之际，对原有实验教学内容进行了改革。整合后的实验项目见表2。通过整合和增设综合性实验，努力为学生创造更多的独立动手机会，以期通过新设的实验来提高学生的实践能力和创新意识[5-6]。

表2 新大纲实验项目

2.1 保留并改进经典的验证性小实验

对比表1和表2可知，调整后的实验内容保留了一些必要且经典的验证性小实验，但对其实验方法也做了相应改进。以数字网络显微互动实验室为依托，增加互动环节，由传统的以“教”为主的实验教学转变为以“自主学、互动学”为主的过程教学；由单纯地强调学生知识的积累转变为培养学生的创新能力；由单纯地为了完成实验教学任务而转变为给学生毕业后的发展搭建素质平台[7-10]。

2.2 整合并扩充实验内容，增设综合性实验

通过近几年的实验教学改革，综合性实验普遍得到了广大学生的认可，从我校“学生实验调查表”中反馈的信息可知，综合性实验应该多开，不仅可使实验时间相对集中(更利于学生对所学知识的系统掌握)，学生的动手能力以及分析、解决问题的能力也有明显提高[11]。通过整合并扩充实验内容，增设了3个综合性实验，具体方案如下：

(1) 将原有的“金相试样的制备、金相显微镜的构造与使用、金相显微数码摄影技术”3个小实验(2 h / 个，共6 h)进行整合，增设“金相实验技术”综合性实验(8 h)。实验流程包括：样品制备—显微镜使用—数码拍照—定量金相分析。该综合实验更偏重于增强学生的感性认识和动手能力的培养，其中的实验内容均为学生首次接触，他们兴趣十足但经验不足。采用最简单的45号钢退火试样，以点带面，使学生在对金相分析的基本方法有所了解的同时，达到了练手的目的。同时学生还学习了常见实验设备(砂轮机、抛光机、金相显微镜、数码采集装置等)的使用方法，为后续实验的顺利进行奠定了实践基础。

(2) 将原有的“二元合金显微组织分析、铁碳合金相图及平衡组织分析、三元合金显微组织分析”3个小实验(2 h / 个，共6 h)进行整合，增设“典型金属的显微组织观察与分析”综合性实验(6 h)，实验内容涵盖二元合金、三元合金、铁碳合金平衡组织及非平衡组织，实验时借助显微互动装置，通过实物和虚拟2种方式，对各种金属的典型组织形貌特征进行观察比对，加深理解。

(3) 将原有的“金属的塑性变形与再结晶”小实验(2 h)内容进行扩充，改为综合性实验(6 h)，着重增加学生亲自动手操作的机会。实验时给每个学生发一铝片(150 mm×20 mm×0.8 mm)，让其自己将铝片置于小型拉伸机上进行不同变形量的拉伸，然后入炉加热保温后，出炉空冷，最后浸蚀表面，直至显示出清晰的晶粒，观察并分析不同变形量对再结晶晶粒大小的影响，并画出示意图。使枯燥无味的理论知识，通过学生独立动手操作，变得生动而印象深刻。

3 综合性实验教学的效果

增设的综合性实验，由于实验周期长、学生人数多、用到的设备种类多，所以在安排这些实验时做了周密计划。实验集中安排在连续数周的周末进行，每天实验时间约12 h，各种实验设备全部启动，学生每间隔2 h来一个班，采用流水作业的方式进行实验，实验教师每人负责一个房间(定期轮换)，对分管环节进行质量监控。增设综合性实验，扩充了学生自由发挥的空间，有助于学生对所学理论知识的融会贯通，有利于学生动手能力和创新意识的培养，在营造创新氛围的同时，既方便了排课，又提高了设备的利用率[12]。

4 结束语

随着“材料科学基础”课程实验学时的增加，除保留并改进一些经典的验证性小实验外，主要通过整合并扩充实验内容，增设了综合性实验，使学生进一步巩固了所学的理论知识，培养了学生的动手能力以及分析、解决问题的能力，激发了学生的求知欲和创造力，在方便排课的同时又提高了设备的利用率。

References)

[1] 潘金生,仝健民, 田民波. 材料科学基础[M].北京: 清华大学出版社, 2011.

[2] 崔占全,赵品,景勤,等.材料科学基础的教学改革与实践[J]. 教学研究, 2007, 30(1): 53-57.

[3] 宁向梅,贾淑果,李谦.“材料科学基础”实验教学改革探讨[J].实验室科学, 2011, 14(6): 28-30.

[4] 张小文.《材料科学基础》实验教学模式的创新与实践探索[J].创新科技导报, 2011(18): 140-141.

[5] 朱莉.改革实验教学，培养创新能力：关于开设综合实验的总结[J].实验技术与管理, 2003, 20(1): 70-72.

[6] 余建潮.依托实验教学示范中心 加强学生实验能力的培养[J].实验技术与管理, 2013, 30(3):117-119.

[7] 刘长虹,艾云龙,邓克明.基于多媒体显微互动系统的金相实验教学的改革[J].实验技术与管理, 2008, 25(5): 89-91.

[8] 王亚琪,赵虹,沈超明.实验教学与培养创新人才[J].实验技术与管理,2009,26(12): 127-129.

[9] 邢红宏,梁承红,张纪磊.充分利用综合性实验培养学生的综合素质[J].实验室研究与探索, 2013, 32(2): 165-167.

[10] 施鼎方,徐竟成,朱毓秀,等.开设综合性实验项目 促进创新能力培养[J].实验室研究与探索, 2012, 31(8): 85-87.

[11] 文九巴,朱利敏,王顺兴,等.《机械工程材料学》综合实验教学网络化设计及应用[J].科技资讯, 2008(9): 138-139.

[12] 王长生,王宇飞,肖宏斌.《机械工程材料学》综合性实验教学改革与实践[J].实验室科学, 2008(2): 29-31.

Reform and exploration of experimental teaching contentsof Material Science Foundation course

Wang Yufei, Zhu Hongxi, Li Hongxia

(Experimental Teaching Center of Engineering Materials, Henan Universityof Science and Technology, Luoyang 471023, China)

Aiming at the problems of experimental teaching in Materials Science Foundation course, the content of the original experimental teaching is reformed, in addition to a few classic verified experiments, which are retained and improved, the majority small verified experiments are integrated and expanded, comprehensive experiments are added. Practice has proved, adding comprehensive experiments improving equipment utilization rate, could be helpful for students to integrate knowledge, and cultivating students’ hands-on ability, analysing and solving problem ability, and laying practical foundation for subsequent courses study.

material science foundation; comprehensive experiment; experimental teaching

2014- 10- 17

河南科技大学实验技术开发基金项目(SY1213058)

王宇飞(1977-)，男，河南开封，硕士，实验师，主要从事工程材料实验教学与管理.

E-mail：hkdwyf@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)5- 0242- 03