工程材料课程实验教学改革探析

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1仪器设备升级

拓展学生视野的实验改革高等院校是教学科研工作的主要领域，是培养人才的重要基地，仪器设备是认识世界的工具[4]。现代科学仪器的发展促进了材料科学的进步。为了提高教学效果和介绍先进仪器设备，笔者对部分实验设备进行系列升级改造，将传统光学显微镜升级配备数码金相显微镜图像采集系统，用数字式硬度计替代指针式硬度计。例如，在实验课显微镜光学原理及显微组织分析的教学过程中，除讲述原有试样制备、金相显微镜成像和使用知识外，补充了“图像采集系统和软件”的相关内容。学生在观察金相组织的同时，掌握了图像采集系统操作方法，能够将显微镜下的图像清晰采集在计算机屏幕上。这种实验方式改革有助于学生了解现代主流显微镜的功能，提高观察效率，增强与教师的互动性，学生能够和教师就金相组织细节展开有效交流，加深感性认识和对显微组织的理解。

2贯通理论教学内容的实验改革

传统实验教学内容的设计范围较狭窄，虽然每个实验都具有较强的针对性，但是并未将相关理论教学内容有机串联起来，以致学生通过实验不能获得全面的感性认识，实验课程没有起到促进巩固理论教学的目的。为此，笔者对实验课内容进行了再设计，力图形成一个较为完整系统的有机体系。例如，在实验课碳钢及合金钢的热处理及组织分析的教学过程中，进行了两方面改革：(1)在原实验设定所用的中碳45钢和中碳合金钢40Cr基础上，增加了40CrNi和40CrNiMo两种合金钢种；(2)在原实验设定的所用显微组织(硬度)检测方法基础上，增加了冲击韧性实验。为了不增加实验学时，准备好预先处理过的冲击韧性试样。目的是使学生在掌握基本热处理工艺基本过程和组织特征基础上，通过自己实验操作获得冲击韧性数据，能够理解合金元素对高温回火脆性的影响。具体实施时将原实验进行45钢和40Cr钢高温回火和硬度测试的两组学生划分为四组，分别进行45钢、40Cr、40CrNi和40CrNiMo合金钢的600℃高温回火、硬度和冲击韧性测试实验，然后汇总实验数据。通过比较四种钢硬度的差别。学生能够深入了解合金元素对回火稳定性的影响；通过比较冲击韧性的差别，学生能够体会Cr-Ni钢的高温回火脆性以及合金元素Mo对消除高温回火脆性的作用。实验内容改革后，学生普遍反映加深了对碳钢和合金钢的组织、热处理工艺和力学性能等理论教学内容的理解。

3实例式实验教学改革

针对我校每年约有80%以上机械类本科毕业生进入汽车整车和相关零部件行业就业的特点，为了进一步巩固工程材料课程的课堂教学效果，搭建课程与就业领域之间的桥梁，实验教学团队收集整理了一些典型汽车零件，设立展台展柜，就零件服役条件、材料选择、加工路线及采用热处理工艺等方面做出详细说明，并且配备了相关金相组织照片。在第三个实验课的热处理保温等待期间给学生讲解和参观。展品包括三类零件或材料：(1)汽车典型零部件：曲轴、凸轮轴、变速箱齿轮、活塞等；(2)汽车覆盖件模具材料：Cr12MoV车身拉延模块、QT700-3铸造车身模具；(3)汽车零件加工用刃具和工具：高速钢铣刀和钻头、硬质合金刀块、Cr12MoV搓丝板和滚丝模。通过实例式实验教学改革，将学习内容与零件实物联系起来，开阔学生视野，为他们将来的职业发展打下坚实基础。

4竞赛式实验教学改革

为了调动学生学习积极性，加强工程材料实验课程的趣味性和挑战性，在不增加实验学时基础上，在每学年的工程材料授课期间，实验教学团队都将定期组织两次面向机械类学生的实验竞赛活动，分别为金相试样制备竞赛和金相组织观察辨别竞赛，时间选定在周末。金相试样制备竞赛的评分标准为制备完成时间、表面质量和采集图像效果。在金相组织观察辨别竞赛中，选择平衡态的铁-碳合金、不同组织状态(包含马氏体、上贝氏体、下贝氏体)的碳钢和合金钢金相试样，以学生通过显微镜观察鉴别金相组织的准确性和使用附带图像采集系统定量分析碳钢含碳量的结果为评分标准。对竞赛获奖学生颁发奖状，并由任课教师在课堂上宣布竞赛结果。实验竞赛在学生中引起强烈反响，唤起学生对工程材料课程的学习兴趣，提高了学生的动手能力和实验技能。

5结语

我校在传统工程材料实验授课模式基础上，采用装备升级和拓展视野式实验教学、贯通理论教学内容的实验教学、实例式实验教学和竞赛式实验教学等多种改革形式，有效地辅助了工程材料课程的理论教学，增强了学生的动手能力，提高了学生的综合素质，使教学效果得到明显提升。

参考文献

[1]史美堂.金属材料及热处理[M].上海:上海科学技术出版社,1980.

[2]李凤娟,安静,兰海鹏,等.机械工程材料课程实验教学改革探讨[J].中国现代教育装备,2015(21):90-91.

[3]王宇飞,任风章,文九巴.“机械工程材料”课程实验教学内容的改革[J].实验室科学,2017(1):111-112.

[4]张小蒙,王益民.高校教学科研用仪器设备国产化研究[J].实验室研究与探索,2017(6):291-294.

作者：安健 王渊博 李建忱 单位：吉林大学材料科学与工程学院