工程热处理课改实践教学分析

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一、引言

工程材料与热处理课程是应用型高校机械类和近机类各专业必修的技术基础课。根据应用型高校的人才培养方案，本课程从机械工程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，系统介绍材料的成分、组织和性能之间的关系，以及加工工艺对材料组织和性能的影响。课程的教学目的是，使学生在掌握工程材料基本理论和基本知识的基础上，具备根据机械零件的工作条件和性能要求，进行合理的选材与热处理工艺制定的初步能力。实验教学是该课程主要的教学环节之一。近年来，由于各高校专业调整和教学计划的变更，包括本课程在内的教学学时被压缩，其实验教学也受到了很大的影响，因此为了适应新的教学形势，对工程材料与热处理课程实验教学进行改革，建立新实验教学模式，以适应当前新人才培养方案和教学计划，是势在必行的重要研究课题。

二、课程实验教学改革的必要性

（一）课程实验教学的作用和地位

工程材料与热处理课程实践性强，其主要基础理论及一些专业理论都是通过实验并总结实验的规律而建立起来的。实验教学作为重要的课程教学环节之一，对于学生加深理解和掌握课程内容，了解工程材料的成分、组织和性能之间的关系，从而初步学会典型机械零件的选材和热处理工艺制定具有重要的意义；同时，实验教学也是培养应用型高校工科学生工程意识和创新思维的重要手段。对于本课程来说，其突出特点是概念多、内容杂、知识抽象，如果不通过实验教学，学生很难掌握课程的基本知识。例如，对工程材料的组织，只有在光学显微镜，有的甚至必须在电子显微镜下才能观察到其特性，这是在课堂教学中无法实现的。课程中有许多基本结论，也是建立在实验的基础上的。因此，高质量的实验教学是提高课程教学质量的重要途径。

（二）实验教学存在的问题

1.实验内容少。由于学时不足，只能开设两个实验，且两个实验之间缺少有机联系。对钢经热处理前后的组织变化没有直观的对比，学生对钢的平衡组织和非平衡组织的概念理解不透。热处理实验后，学生没有时间进行金相试样的磨制，影响了对金属材料金相分析方法的掌握和运用。

2.学生在实验中缺乏自主性。在整个实验教学中，学生始终处于被动状态，基本上是教师讲，学生照着做。这种教学方法，学生的实验能力和动手能力都得不到提高，影响实验教学的效果。

3.学生对实验教学兴趣不高。由于前述原因，使大部分学生对本课程实验缺乏足够的兴趣，主要表现在实验课前不预习，不看实验指导书；实验中操作不认真，能不动手就不动手；实验报告不规范等。此外，笔者对本课程实验教学作过一次调查，参加调查的学生分别来自机械制造专业、材料成形及控制工程专业和汽车服务工程专业，共收回调查表152份，其主要调查内容及结果。从调查结果可看出，学生对该课程实验教学不满意度很高，说明实验教学已到了必须改革的时候。这就促使我们从2008年开始，对工程材料与热处理实验教学计划、教学方法和教学模式进行了根本性的改革，摒弃传统的实验教学计划，建立新的实验教学模式。

三、课程实验教学改革的基本思路

（一）新实验教学模式的目的

在不增加课程教学学时的前提下，丰富实验内容；发挥学生在实验教学中的自主性、能动性和创新性，变被动为主动；提高学生的实验设计能力、实验动手能力和实验结果分析能力；使实验教学成为课堂理论教学的重要补充，为学生学好工程材料与热处理课程奠定基础；培养学生掌握或了解金属材料金相分析的基本方法、实验方案的制订能力及对相关实验仪器的试用和保养常识。

（二）新实验教学模式的设置原则

新实验教学模式设置的原则是：实用性、互动性、综合性和开放性。实用性就是严格根据课程教学大纲要求合理安排实验，并尽可能结合生产实际，使学生通过实验，理一步理解和掌握工程材料的成分、组织和性能之间的关系，为学习后续课程、毕业设计及在以后实际工作中正确选材及安排热处理工艺打下必要的基础。互动性是指在实验教学中，做到学生和指导教师互动，各基本实验内容之间的互动，工程材料与热处理课程与后续的各专业有关专业课程之间的互动。充分发挥学生在实验中的自主和主导作用，使学生全面理解实验教学目的要求，克服以往实验内容分散，各实验间缺乏有机联系的不足，为以后学习专业课奠定良好的基础。综合性实验是实验教学改革的重点内容。合理设置综合性实验，能使学生全面、深入地理解实验目的和实验方法，培养和提高学生制订实验方案、设计实验步骤、分析实验数据的能力。开放性是指对于大部分实验，教学计划中只规定基本要求，其实验名称、实验目的、实验步骤、实验报告格式均由学生自行设计，学生还可以自主选择指导教师，其实验主要由学生在课程教学学时外进行，通过精品课程网络实验预约系统，学生可在开课学期内任意时间进行预约，并完成实验。

（三）新实验教学模式的保障措施

为了保证实验教学改革的顺利进行，从转变教学管理机制到实验室条件的必要改善均须得到有力的保障。在教学管理方面，打破以往的课程考核模式，允许部分学生在课程考试结束后再自主完成综合性实验，然后由任课教师给出本课程的最终成绩。同时为了保证学生自觉地在课外时间完成实验，对按要求完成实验并合格者，给予适当的奖励学分，作为学生完成学校规定必须达到的任选课学分的组成部分。实验场地的扩充、实验仪器的添置以及指导教师的足量配备是新实验教学模式顺利推行的基本前提。为此我们增添了一批金相显微镜、热处理加热设备、金相试样制备设备、数显硬度计（洛氏、布氏、维氏和显微硬度计），同时还添置了金属材料熔炼炉、多功能辉光离子表面处理设备、真空加热炉、万能磨损试验机和盐雾试验机等。为了满足学生自行选择实验时间，除了增设实验员，我们采取了任课教师和实验室专业指导教师共同负责的方法，以确保实验室全天候开放。

四、改革后的实验教学方案

经过教师讨论，并吸收学生意见，新的实验教学方案分为三个模块：基础实验、金相互动实验和综合性实验。

（一）设置基础实验

利用有限的课堂实验教学时间，使学生掌握金相实验室和热处理实验室各种仪器仪表的使用方法和保养方法。增设“金相分析与热处理工艺实验仪器使用方法”实验，为学生完成开放性实验和综合实验打下基础。

（二）设置金相互动实验

该实验设计思路为：由实验室的指导教师按照实验大纲要求事先准备好各种不同组织的试样，如各种碳素钢经不同热处理后的金相试样、各种铸铁的金相试样、常用合金钢经不同热处理后的金相试样、常用非铁合金金相试样等。学生通过网上预约或口头预约，5～6人为一组进行实验。实验时每组学生保证有一名指导教师，通过不同类型试样的观察分析和对比，让学生充分了解不同工程材料及经不同规范热处理后组织的差别，进而分析性能上的差别以及造成这些差别的原因。在选取分析试样类型时，指导教师要引导学生根据自己的专业进行选取，以便为后续学习专业课奠定基础。如对于机械制造和光机电一体化专业，要侧重于对结构钢和铸铁等材料的金相分析和热处理工艺制定，而对于材料成形及控制工程专业的学生则侧重于对模具钢和低碳钢材料的分析。

（三）设置综合性实验

该实验内容包括典型零件的选材、热处理工艺的制定和操作、力学性能测试、金相试样制作、金相显微组织分析、金相照片制作等内容。由于实验内容多，时间长，学生主要利用课外时间完成。要求4名学生一组，自主选定指导教师，自行确定实验目的、实验步骤和实验方法。实验后写出实验总结或实验报告，由指导教师批阅并给出成绩。该实验可以和学生创新设计项目或科研项目结合起来完成，其成绩按一定比例计入工程材料与热处理课程最终成绩。

五、实行新实验教学模式取得的效果

经过两年多时间的实践，本课程新的实验教学模式已基本确立，并制定出相应的教学计划和实验教学大纲。新模式的运行也取得了良好的效果，从最近在学生中进行的调查结果显示，学生对本课程实验教学的满意度达到94%。具体来说：

（一）提高了学生对实验教学的兴趣和积极性由于新的实验教学模式建立在以学生为本的基础上，特别是综合实验全部由学生自行设计，给学生提供了充分发挥其主观能动性的平台，极大地调动了他们的学习兴趣和积极性，变“要我学”为“我要学”，形成了良好的实验教学氛围。

（二）收到了良好的实验教学效果，促进了课程建设及教学质量的提高

为了解实验教学改革成果，最近我们对学生进行了抽查，检查内容为：实验报告、实验现场操作和卷面测试等。其主要结果为：实验报告全部规范，成绩达良好以上的比例为65%；现场操作合格率95%；卷面测试成绩合格率95%，成绩良好以上的比例为60%。实验教学效果的提高，有力地促进了课程建设和课程教学质量的提高。

（三）学生真正学到了知识，提高了动手能力、分析问题和解决问题的能力

以往学生对各种金属材料的不同状态的组织和性能只是死记硬背，以应付考试，而不理解它们之间的相互关系，所以出现课程一结束也就全部忘记的普遍现象。从最近两届学生的毕业设计来看，在零件的选材和热处理工艺制定方面的问题已大大减少，毕业设计质量上了一个新台阶。

六、结束语

要提高工程材料与热处理课程教学质量，为培养新时期的应用型创新人才奠定必要的工程技术基础，对课程内容设置、课程教学模式、教学方法和手段进行改革是迫切要解决的问题。实验教学改革是课程教学改革的重要组成部分，对于应用型高校，实验教学改革因受实验条件、课时等诸多因素影响，比课堂教学改革更为滞后，难度也更大。以实用性、开放性、互动性和综合性为原则的改革是我们对工程材料与热处理课程实验教学改革进行的初步探索，实践证明，这种实验教学模式以学生为本，使学生变被动为主动，既提高了学生的学习兴趣，又能充分发挥其主观能动作用，因此能取得较好的教学效果。