工程材料課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探析

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1儀器設(shè)備升級(jí)

拓展學(xué)生視野的實(shí)驗(yàn)改革高等院校是教學(xué)科研工作的主要領(lǐng)域，是培養(yǎng)人才的重要基地，儀器設(shè)備是認(rèn)識(shí)世界的工具[4]?，F(xiàn)代科學(xué)儀器的發(fā)展促進(jìn)了材料科學(xué)的進(jìn)步。為了提高教學(xué)效果和介紹先進(jìn)儀器設(shè)備，筆者對(duì)部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行系列升級(jí)改造，將傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡升級(jí)配備數(shù)碼金相顯微鏡圖像采集系統(tǒng)，用數(shù)字式硬度計(jì)替代指針式硬度計(jì)。例如，在實(shí)驗(yàn)課顯微鏡光學(xué)原理及顯微組織分析的教學(xué)過(guò)程中，除講述原有試樣制備、金相顯微鏡成像和使用知識(shí)外，補(bǔ)充了“圖像采集系統(tǒng)和軟件”的相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生在觀察金相組織的同時(shí)，掌握了圖像采集系統(tǒng)操作方法，能夠?qū)@微鏡下的圖像清晰采集在計(jì)算機(jī)屏幕上。這種實(shí)驗(yàn)方式改革有助于學(xué)生了解現(xiàn)代主流顯微鏡的功能，提高觀察效率，增強(qiáng)與教師的互動(dòng)性，學(xué)生能夠和教師就金相組織細(xì)節(jié)展開有效交流，加深感性認(rèn)識(shí)和對(duì)顯微組織的理解。

2貫通理論教學(xué)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)改革

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)范圍較狹窄，雖然每個(gè)實(shí)驗(yàn)都具有較強(qiáng)的針對(duì)性，但是并未將相關(guān)理論教學(xué)內(nèi)容有機(jī)串聯(lián)起來(lái)，以致學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)不能獲得全面的感性認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)課程沒(méi)有起到促進(jìn)鞏固理論教學(xué)的目的。為此，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容進(jìn)行了再設(shè)計(jì)，力圖形成一個(gè)較為完整系統(tǒng)的有機(jī)體系。例如，在實(shí)驗(yàn)課碳鋼及合金鋼的熱處理及組織分析的教學(xué)過(guò)程中，進(jìn)行了兩方面改革：(1)在原實(shí)驗(yàn)設(shè)定所用的中碳45鋼和中碳合金鋼40Cr基礎(chǔ)上，增加了40CrNi和40CrNiMo兩種合金鋼種；(2)在原實(shí)驗(yàn)設(shè)定的所用顯微組織(硬度)檢測(cè)方法基礎(chǔ)上，增加了沖擊韌性實(shí)驗(yàn)。為了不增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，準(zhǔn)備好預(yù)先處理過(guò)的沖擊韌性試樣。目的是使學(xué)生在掌握基本熱處理工藝基本過(guò)程和組織特征基礎(chǔ)上，通過(guò)自己實(shí)驗(yàn)操作獲得沖擊韌性數(shù)據(jù)，能夠理解合金元素對(duì)高溫回火脆性的影響。具體實(shí)施時(shí)將原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行45鋼和40Cr鋼高溫回火和硬度測(cè)試的兩組學(xué)生劃分為四組，分別進(jìn)行45鋼、40Cr、40CrNi和40CrNiMo合金鋼的600℃高溫回火、硬度和沖擊韌性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，然后匯總實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)比較四種鋼硬度的差別。學(xué)生能夠深入了解合金元素對(duì)回火穩(wěn)定性的影響；通過(guò)比較沖擊韌性的差別，學(xué)生能夠體會(huì)Cr-Ni鋼的高溫回火脆性以及合金元素Mo對(duì)消除高溫回火脆性的作用。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革后，學(xué)生普遍反映加深了對(duì)碳鋼和合金鋼的組織、熱處理工藝和力學(xué)性能等理論教學(xué)內(nèi)容的理解。

3實(shí)例式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

針對(duì)我校每年約有80%以上機(jī)械類本科畢業(yè)生進(jìn)入汽車整車和相關(guān)零部件行業(yè)就業(yè)的特點(diǎn)，為了進(jìn)一步鞏固工程材料課程的課堂教學(xué)效果，搭建課程與就業(yè)領(lǐng)域之間的橋梁，實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)收集整理了一些典型汽車零件，設(shè)立展臺(tái)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(xì)說(shuō)明，并且配備了相關(guān)金相組織照片。在第三個(gè)實(shí)驗(yàn)課的熱處理保溫等待期間給學(xué)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(zhì)合金刀塊、Cr12MoV搓絲板和滾絲模。通過(guò)實(shí)例式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，將學(xué)習(xí)內(nèi)容與零件實(shí)物聯(lián)系起來(lái)，開闊學(xué)生視野，為他們將來(lái)的職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4競(jìng)賽式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

為了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，加強(qiáng)工程材料實(shí)驗(yàn)課程的趣味性和挑戰(zhàn)性，在不增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)基礎(chǔ)上，在每學(xué)年的工程材料授課期間，實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)都將定期組織兩次面向機(jī)械類學(xué)生的實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽活動(dòng)，分別為金相試樣制備競(jìng)賽和金相組織觀察辨別競(jìng)賽，時(shí)間選定在周末。金相試樣制備競(jìng)賽的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為制備完成時(shí)間、表面質(zhì)量和采集圖像效果。在金相組織觀察辨別競(jìng)賽中，選擇平衡態(tài)的鐵-碳合金、不同組織狀態(tài)(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(xué)生通過(guò)顯微鏡觀察鑒別金相組織的準(zhǔn)確性和使用附帶圖像采集系統(tǒng)定量分析碳鋼含碳量的結(jié)果為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)學(xué)生頒發(fā)獎(jiǎng)狀，并由任課教師在課堂上宣布競(jìng)賽結(jié)果。實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽在學(xué)生中引起強(qiáng)烈反響，喚起學(xué)生對(duì)工程材料課程的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)技能。

5結(jié)語(yǔ)

我校在傳統(tǒng)工程材料實(shí)驗(yàn)授課模式基礎(chǔ)上，采用裝備升級(jí)和拓展視野式實(shí)驗(yàn)教學(xué)、貫通理論教學(xué)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)例式實(shí)驗(yàn)教學(xué)和競(jìng)賽式實(shí)驗(yàn)教學(xué)等多種改革形式，有效地輔助了工程材料課程的理論教學(xué)，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，使教學(xué)效果得到明顯提升。

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作者：安健 王淵博 李建忱 單位：吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院