工程材料驗證性實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐分析

工程材料驗證性實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐分析

　　導語(yǔ)：工程材料有各種不同的分類(lèi)方法。一般都將工程材料按化學(xué)成分分為金屬材料、非金屬材料、高分子材料和復合材料四大類(lèi)。

　　工程材料課程具有理論性和實(shí)踐性較強的特點(diǎn)。為了提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，實(shí)驗教學(xué)中普遍重視設計性、綜合性實(shí)驗，而忽視驗證性實(shí)驗，往往用綜合、設計性實(shí)驗取代驗證性實(shí)驗。事實(shí)上驗證性實(shí)驗是基礎，能對理論知識進(jìn)行驗證，加深學(xué)生對基礎理論的理解，促進(jìn)學(xué)生對知識的掌握，為綜合性、設計性實(shí)驗提供有力支撐。因此驗證性實(shí)驗是不可替代的，特別是一些經(jīng)典的、原理性的驗證實(shí)驗更是不可或缺的。然而，由于驗證性實(shí)驗相對枯燥乏味，學(xué)生學(xué)習興趣不高，導致整體教學(xué)效果不佳。因此，如何調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生學(xué)習興趣，保證良好的教學(xué)效果，是工程材料驗證性實(shí)驗教學(xué)亟須思考和解決的問(wèn)題。

　　一、工程材料驗證性實(shí)驗的現狀

　　工程材料傳統的驗證性實(shí)驗項目通常為金相試樣的制備鐵碳合金平衡顯微組織分析碳鋼的熱處理及硬度測定碳鋼的熱處理組織觀(guān)察等。實(shí)驗內容比較單一，限于單一的基本操作或者驗證某一定理、某一結論，不利于學(xué)生對知識的綜合理解。驗證性實(shí)驗由于實(shí)驗結果已知，不能激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索欲，敷衍老師、拼湊實(shí)驗結果的現象較多，并且全班同學(xué)所做的實(shí)驗內容和實(shí)驗結果基本相同，這就會(huì )導致學(xué)生相互抄襲實(shí)驗報告，難以達到良好的學(xué)習效果。驗證性實(shí)驗通常以教師講授和演示為主，學(xué)生只是被動(dòng)地接受，學(xué)習興趣不高，大多數學(xué)生只是在機械被動(dòng)地完成任務(wù)，根本不動(dòng)腦思考，實(shí)驗教學(xué)效果不好。

　　二、工程材料驗證性實(shí)驗教學(xué)改革的措施

　　針對以上現象，我校采取了整合實(shí)驗內容、調整實(shí)驗方案、改進(jìn)教學(xué)方法、改革考核方式等措施，調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，以期取得良好的教學(xué)效果。

　　(一)整合實(shí)驗內容，便于學(xué)生對知識的綜合理解

　　由于實(shí)驗內容比較單一，加上各實(shí)驗在安排上有一定的時(shí)間間隔，做完一個(gè)實(shí)驗要隔一段時(shí)間再做下一個(gè)實(shí)驗，學(xué)生往往在做這個(gè)實(shí)驗時(shí)已經(jīng)忘了上個(gè)實(shí)驗是什么內容，這樣不利于學(xué)生系統地考慮前后實(shí)驗之間的聯(lián)系，影響對知識的綜合理解。針對這種情況，我校對實(shí)驗內容進(jìn)行了調整，即整合內容關(guān)聯(lián)緊密的實(shí)驗項目，以保證知識的連貫性和系統性。

　　我們將金相試樣的制備和鐵碳合金平衡顯微組織分析實(shí)驗項目進(jìn)行整合：將金相試樣的制備實(shí)驗中制備好的試樣直接用于鐵碳合金平衡顯微組織分析實(shí)驗，不再給學(xué)生提供制備完好的試樣，而是由他們自己動(dòng)手制備金相試樣。由于學(xué)生對自己的作品往往更關(guān)注，觀(guān)察會(huì )更認真仔細，因此這樣的整合有利于調動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性并帶動(dòng)學(xué)生深入思考。另外，經(jīng)過(guò)制備觀(guān)察比較的全過(guò)程，學(xué)生既學(xué)會(huì )了制樣、使用顯微鏡、觀(guān)察金相組織這些基本實(shí)驗技能，又掌握了組織顯示的原理及成分對組織的影響等知識。

　　另外，我們將碳鋼的熱處理及硬度測定和碳鋼的熱處理組織觀(guān)察兩個(gè)項目的內容進(jìn)行整合，改名為碳鋼的熱處理及組織、硬度檢測實(shí)驗，即在熱處理、硬度測定的基礎上增加了組織檢測的內容。經(jīng)過(guò)整合，工藝組織性能這條主線(xiàn)完整地貫穿于實(shí)驗之中，便于學(xué)生對實(shí)驗結果的分析和理解，使學(xué)生充分認識熱處理工藝、組織、性能之間的聯(lián)系。

　　(二)調整實(shí)驗方案，激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性

　　通常每次參加實(shí)驗的學(xué)生數為15人左右，原實(shí)驗方案是所有人的實(shí)驗任務(wù)或者實(shí)驗結果均相同，導致等、靠、抄襲等現象比較嚴重，實(shí)驗效果不好。針對這種情況，我校對實(shí)驗方案進(jìn)行了調整：將15人分成2個(gè)小組，以小組為單位，實(shí)驗采用先分后總的方案進(jìn)行，即先分解任務(wù)、分頭操作，再匯總比較、綜合分析。首先進(jìn)行任務(wù)分解，通過(guò)任務(wù)分解，學(xué)生承擔的實(shí)驗任務(wù)或者實(shí)驗結果不同，這就促使其不得不自己動(dòng)手操作，解決了等、靠、抄襲等問(wèn)題;然后進(jìn)行集中匯總，教師帶領(lǐng)同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗結果的匯總比較、綜合分析，既可以橫向對比，也可以縱向對比。橫向對比兩組的實(shí)驗結果和評價(jià)實(shí)驗效果，能夠激發(fā)學(xué)生的競爭意識，調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性;縱向對比組內的實(shí)驗結果和比較、分析實(shí)驗數據，可以得出規律、結論，或驗證理論，達到實(shí)驗目的。

　　在鐵碳合金平衡顯微組織分析實(shí)驗項目中，用于觀(guān)察的合金為平衡態(tài)的20鋼、45鋼、T8鋼、T12鋼、共晶白口鐵、亞共晶白口鐵、過(guò)共晶白口鐵，共7種成分。我們首先將學(xué)生分成兩個(gè)小組，再在每個(gè)小組內進(jìn)行任務(wù)分解，將7種成分的材料分發(fā)給學(xué)生用于制備試樣，保證小組內每個(gè)學(xué)生的試樣成分不同，相互之間組織不同。這樣做，一來(lái)可以用實(shí)驗結果的不確定性激發(fā)學(xué)生的好奇心，調動(dòng)學(xué)生動(dòng)手制備試樣的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)習興趣;二來(lái)由于實(shí)驗結果不同，學(xué)生之間自然會(huì )相互比較，繼而去探究、分析原因，積極地思考，提高實(shí)驗效果。制備完成后，師生共同匯總比較實(shí)驗結果。通過(guò)橫向比較并評價(jià)兩組制備的試樣組織顯示的效果，教師指導學(xué)生分析原因，提出改進(jìn)措施;通過(guò)縱向比較小組內不同成分的合金組織的不同，學(xué)生得出成分對組織的影響規律，進(jìn)一步理解含碳量對鐵碳合金平衡顯微組織的影響。

　　(三)改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果

　　傳統的驗證性實(shí)驗教學(xué)方法以教師講授和演示為主，學(xué)生只是按老師或指導書(shū)上的要求機械地完成實(shí)驗。實(shí)驗過(guò)程中遇到問(wèn)題，學(xué)生根本不去思考，而習慣于找老師手把手地教，或者請老師直接解決，學(xué)生被動(dòng)地接受，動(dòng)手能力及科學(xué)思維得不到有效的訓練。針對這種現象，我校在教學(xué)方法上進(jìn)行了積極的探索，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法，來(lái)引發(fā)學(xué)生思考，調動(dòng)學(xué)習的積極性和主動(dòng)性。教師在講授過(guò)程中，不斷設置問(wèn)題，通過(guò)提問(wèn)引發(fā)學(xué)生思考，加深其對基礎理論知識的理解。當實(shí)驗過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，老師先組織學(xué)生討論，帶動(dòng)學(xué)生思考，再啟發(fā)其找到出現問(wèn)題的原因及解決問(wèn)題的辦法。這個(gè)過(guò)程教會(huì )了學(xué)生用科學(xué)的思維方式分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，從而收到了良好的實(shí)驗效果。

　　在講授熱處理實(shí)驗時(shí)，教師可以一邊講解一邊提問(wèn)：為什么要對材料進(jìn)行熱處理、熱處理為什么能夠改變材料的性能、熱處理工藝是如何制訂的、為什么過(guò)共析鋼一般不采用完全奧氏體化等，通過(guò)提問(wèn)啟迪學(xué)生思考，加深其對熱處理的原理的理解。學(xué)生在做熱處理的過(guò)程中，遇到淬火硬度不足的問(wèn)題時(shí)，首先運用所學(xué)知識展開(kāi)討論，從影響淬火硬度的因素出發(fā)，找出加熱溫度低、冷卻速度不夠等可能的原因，再在老師的指導下動(dòng)手進(jìn)行組織檢測，結合組織顯示的結果找出淬火硬度不足的真正原因，采取有效的措施，重新進(jìn)行實(shí)驗。通過(guò)這個(gè)過(guò)程，學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)思維得到了充分的鍛煉，實(shí)驗收到了良好的效果。

　　由于實(shí)驗方案的調整，每個(gè)同學(xué)的實(shí)驗任務(wù)不同，這大大增加了教師指導的工作量。學(xué)生多，教師指導不過(guò)來(lái)，就不能及時(shí)解決實(shí)驗中出現的問(wèn)題。例如碳鋼的熱處理及組織、硬度檢測實(shí)驗項目包括熱處理、硬度測定、組織檢測三部分內容，實(shí)驗任務(wù)重，而且熱處理工藝多，每次實(shí)驗有15～18個(gè)工藝。每個(gè)同學(xué)負責一個(gè)工藝的操作，相互間實(shí)驗進(jìn)度不同，各個(gè)環(huán)節都需要適時(shí)進(jìn)行指導，老師根本指導不過(guò)來(lái)。針對這種情況，我校采用導生制，在實(shí)驗過(guò)程中讓學(xué)生幫助老師指導。我們選拔兩名成績(jì)優(yōu)秀、樂(lè )于奉獻的學(xué)生做組長(cháng)，實(shí)驗前讓組長(cháng)幫助教師準備實(shí)驗，提前熟悉實(shí)驗內容、學(xué)會(huì )實(shí)驗設備的操作及使用注意事項;開(kāi)始做實(shí)驗時(shí)，組長(cháng)幫助教師分配實(shí)驗任務(wù)、指導學(xué)生實(shí)驗、解決實(shí)驗中出現的問(wèn)題等。如果遇到組長(cháng)解決不了的問(wèn)題，教師再集中指導，這樣在一定程度上降低了教師的工作量，能及時(shí)地解決實(shí)驗中出現的問(wèn)題，引導學(xué)生正確操作、觀(guān)察、分析，得出正確的結論，保證實(shí)驗順利進(jìn)行。

　　(四)改革考核方式，引導學(xué)生總結提高

　　傳統的考核方式是以實(shí)驗結果的正確性為主要考核依據的，而驗證性實(shí)驗的特點(diǎn)是實(shí)驗結果或結論已知，這就會(huì )導致學(xué)生拼湊實(shí)驗結果、修改實(shí)驗數據、抄襲實(shí)驗報告的現象較多。針對這種情況，我校對考核的側重點(diǎn)進(jìn)行了調整，即側重于考核對實(shí)驗結果的分析和總結，以及對實(shí)驗過(guò)程中出現的問(wèn)題的探討與反思。即使實(shí)驗結果有偏差，但是如果原因分析清楚，措施采取得當，也不失為一份好的報告�？己藗戎攸c(diǎn)的調整，提高了學(xué)生做實(shí)驗的主動(dòng)性和積極性。

　　三、結語(yǔ)

　　工程材料驗證性實(shí)驗內容的整合，保證了知識的連續性和系統性，使學(xué)生能更好地理解成分、工藝、組織、性能之間的關(guān)系;實(shí)驗方案的調整、教學(xué)方法的改進(jìn)及考核方式的改革充分調動(dòng)了學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，表現在以下幾個(gè)方面：

　　1.實(shí)驗前，學(xué)生積極進(jìn)行預習，積極思考和回答教師講授過(guò)程中提出的問(wèn)題，加深了對實(shí)驗原理的理解。

　　2.實(shí)驗過(guò)程中學(xué)生積極主動(dòng)進(jìn)行操作，遇到問(wèn)題積極找組長(cháng)和老師討論解決，動(dòng)手能力和科學(xué)思維得到了很大程度的鍛煉。

　　3.實(shí)驗報告不再千篇一律。學(xué)生根據實(shí)驗的真實(shí)情況，在實(shí)驗報告中對實(shí)驗結果進(jìn)行認真地整理和總結，并且對實(shí)驗過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行仔細的分析和反思，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力得到了鍛煉和提高。實(shí)踐證明，工程材料驗證性實(shí)驗的教學(xué)改革充分調動(dòng)了學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生學(xué)習興趣，收到了良好的教學(xué)效果，為后續綜合性、設計性實(shí)驗教學(xué)效果的提高奠定了基礎。

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