工程熱處理課改實(shí)踐教學(xué)分析

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一、引言

工程材料與熱處理課程是應(yīng)用型高校機(jī)械類(lèi)和近機(jī)類(lèi)各專(zhuān)業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課。根據(jù)應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)方案，本課程從機(jī)械工程的應(yīng)用角度出發(fā)，闡明機(jī)械工程材料的基本理論，系統(tǒng)介紹材料的成分、組織和性能之間的關(guān)系，以及加工工藝對(duì)材料組織和性能的影響。課程的教學(xué)目的是，使學(xué)生在掌握工程材料基本理論和基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，具備根據(jù)機(jī)械零件的工作條件和性能要求，進(jìn)行合理的選材與熱處理工藝制定的初步能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程主要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一。近年來(lái)，由于各高校專(zhuān)業(yè)調(diào)整和教學(xué)計(jì)劃的變更，包括本課程在內(nèi)的教學(xué)學(xué)時(shí)被壓縮，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)也受到了很大的影響，因此為了適應(yīng)新的教學(xué)形勢(shì)，對(duì)工程材料與熱處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，建立新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以適應(yīng)當(dāng)前新人才培養(yǎng)方案和教學(xué)計(jì)劃，是勢(shì)在必行的重要研究課題。

二、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

（一）課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用和地位

工程材料與熱處理課程實(shí)踐性強(qiáng)，其主要基礎(chǔ)理論及一些專(zhuān)業(yè)理論都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)并總結(jié)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律而建立起來(lái)的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為重要的課程教學(xué)環(huán)節(jié)之一，對(duì)于學(xué)生加深理解和掌握課程內(nèi)容，了解工程材料的成分、組織和性能之間的關(guān)系，從而初步學(xué)會(huì)典型機(jī)械零件的選材和熱處理工藝制定具有重要的意義；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是培養(yǎng)應(yīng)用型高校工科學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新思維的重要手段。對(duì)于本課程來(lái)說(shuō)，其突出特點(diǎn)是概念多、內(nèi)容雜、知識(shí)抽象，如果不通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生很難掌握課程的基本知識(shí)。例如，對(duì)工程材料的組織，只有在光學(xué)顯微鏡，有的甚至必須在電子顯微鏡下才能觀察到其特性，這是在課堂教學(xué)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。課程中有許多基本結(jié)論，也是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的。因此，高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高課程教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少。由于學(xué)時(shí)不足，只能開(kāi)設(shè)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，且兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之間缺少有機(jī)聯(lián)系。對(duì)鋼經(jīng)熱處理前后的組織變化沒(méi)有直觀的對(duì)比，學(xué)生對(duì)鋼的平衡組織和非平衡組織的概念理解不透。熱處理實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行金相試樣的磨制，影響了對(duì)金屬材料金相分析方法的掌握和運(yùn)用。

2.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中缺乏自主性。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生始終處于被動(dòng)狀態(tài)，基本上是教師講，學(xué)生照著做。這種教學(xué)方法，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?dòng)手能力都得不到提高，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

3.學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)興趣不高。由于前述原因，使大部分學(xué)生對(duì)本課程實(shí)驗(yàn)缺乏足夠的興趣，主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)課前不預(yù)習(xí)，不看實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)；實(shí)驗(yàn)中操作不認(rèn)真，能不動(dòng)手就不動(dòng)手；實(shí)驗(yàn)報(bào)告不規(guī)范等。此外，筆者對(duì)本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)作過(guò)一次調(diào)查，參加調(diào)查的學(xué)生分別來(lái)自機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)、材料成形及控制工程專(zhuān)業(yè)和汽車(chē)服務(wù)工程專(zhuān)業(yè)，共收回調(diào)查表152份，其主要調(diào)查內(nèi)容及結(jié)果。從調(diào)查結(jié)果可看出，學(xué)生對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)不滿(mǎn)意度很高，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)教學(xué)已到了必須改革的時(shí)候。這就促使我們從2008年開(kāi)始，對(duì)工程材料與熱處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)方法和教學(xué)模式進(jìn)行了根本性的改革，摒棄傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，建立新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

三、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本思路

（一）新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的目的

在不增加課程教學(xué)學(xué)時(shí)的前提下，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的自主性、能動(dòng)性和創(chuàng)新性，變被動(dòng)為主動(dòng)；提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析能力；使實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為課堂理論教學(xué)的重要補(bǔ)充，為學(xué)生學(xué)好工程材料與熱處理課程奠定基礎(chǔ)；培養(yǎng)學(xué)生掌握或了解金屬材料金相分析的基本方法、實(shí)驗(yàn)方案的制訂能力及對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的試用和保養(yǎng)常識(shí)。

（二）新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的設(shè)置原則

新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式設(shè)置的原則是：實(shí)用性、互動(dòng)性、綜合性和開(kāi)放性。實(shí)用性就是嚴(yán)格根據(jù)課程教學(xué)大綱要求合理安排實(shí)驗(yàn)，并盡可能結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理一步理解和掌握工程材料的成分、組織和性能之間的關(guān)系，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程、畢業(yè)設(shè)計(jì)及在以后實(shí)際工作中正確選材及安排熱處理工藝打下必要的基礎(chǔ)?；?dòng)性是指在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，做到學(xué)生和指導(dǎo)教師互動(dòng)，各基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的互動(dòng)，工程材料與熱處理課程與后續(xù)的各專(zhuān)業(yè)有關(guān)專(zhuān)業(yè)課程之間的互動(dòng)。充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的自主和主導(dǎo)作用，使學(xué)生全面理解實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的要求，克服以往實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分散，各實(shí)驗(yàn)間缺乏有機(jī)聯(lián)系的不足，為以后學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課奠定良好的基礎(chǔ)。綜合性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。合理設(shè)置綜合性實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生全面、深入地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)和提高學(xué)生制訂實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。開(kāi)放性是指對(duì)于大部分實(shí)驗(yàn)，教學(xué)計(jì)劃中只規(guī)定基本要求，其實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式均由學(xué)生自行設(shè)計(jì)，學(xué)生還可以自主選擇指導(dǎo)教師，其實(shí)驗(yàn)主要由學(xué)生在課程教學(xué)學(xué)時(shí)外進(jìn)行，通過(guò)精品課程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)，學(xué)生可在開(kāi)課學(xué)期內(nèi)任意時(shí)間進(jìn)行預(yù)約，并完成實(shí)驗(yàn)。

（三）新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的保障措施

為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的順利進(jìn)行，從轉(zhuǎn)變教學(xué)管理機(jī)制到實(shí)驗(yàn)室條件的必要改善均須得到有力的保障。在教學(xué)管理方面，打破以往的課程考核模式，允許部分學(xué)生在課程考試結(jié)束后再自主完成綜合性實(shí)驗(yàn)，然后由任課教師給出本課程的最終成績(jī)。同時(shí)為了保證學(xué)生自覺(jué)地在課外時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)按要求完成實(shí)驗(yàn)并合格者，給予適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)學(xué)分，作為學(xué)生完成學(xué)校規(guī)定必須達(dá)到的任選課學(xué)分的組成部分。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的擴(kuò)充、實(shí)驗(yàn)儀器的添置以及指導(dǎo)教師的足量配備是新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式順利推行的基本前提。為此我們?cè)鎏砹艘慌鹣囡@微鏡、熱處理加熱設(shè)備、金相試樣制備設(shè)備、數(shù)顯硬度計(jì)（洛氏、布氏、維氏和顯微硬度計(jì)），同時(shí)還添置了金屬材料熔煉爐、多功能輝光離子表面處理設(shè)備、真空加熱爐、萬(wàn)能磨損試驗(yàn)機(jī)和鹽霧試驗(yàn)機(jī)等。為了滿(mǎn)足學(xué)生自行選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間，除了增設(shè)實(shí)驗(yàn)員，我們采取了任課教師和實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)教師共同負(fù)責(zé)的方法，以確保實(shí)驗(yàn)室全天候開(kāi)放。

四、改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案

經(jīng)過(guò)教師討論，并吸收學(xué)生意見(jiàn)，新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案分為三個(gè)模塊：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、金相互動(dòng)實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。

（一）設(shè)置基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

利用有限的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間，使學(xué)生掌握金相實(shí)驗(yàn)室和熱處理實(shí)驗(yàn)室各種儀器儀表的使用方法和保養(yǎng)方法。增設(shè)“金相分析與熱處理工藝實(shí)驗(yàn)儀器使用方法”實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生完成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。

（二）設(shè)置金相互動(dòng)實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路為：由實(shí)驗(yàn)室的指導(dǎo)教師按照實(shí)驗(yàn)大綱要求事先準(zhǔn)備好各種不同組織的試樣，如各種碳素鋼經(jīng)不同熱處理后的金相試樣、各種鑄鐵的金相試樣、常用合金鋼經(jīng)不同熱處理后的金相試樣、常用非鐵合金金相試樣等。學(xué)生通過(guò)網(wǎng)上預(yù)約或口頭預(yù)約，5～6人為一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)每組學(xué)生保證有一名指導(dǎo)教師，通過(guò)不同類(lèi)型試樣的觀察分析和對(duì)比，讓學(xué)生充分了解不同工程材料及經(jīng)不同規(guī)范熱處理后組織的差別，進(jìn)而分析性能上的差別以及造成這些差別的原因。在選取分析試樣類(lèi)型時(shí)，指導(dǎo)教師要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)進(jìn)行選取，以便為后續(xù)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課奠定基礎(chǔ)。如對(duì)于機(jī)械制造和光機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)，要側(cè)重于對(duì)結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵等材料的金相分析和熱處理工藝制定，而對(duì)于材料成形及控制工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生則側(cè)重于對(duì)模具鋼和低碳鋼材料的分析。

（三）設(shè)置綜合性實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括典型零件的選材、熱處理工藝的制定和操作、力學(xué)性能測(cè)試、金相試樣制作、金相顯微組織分析、金相照片制作等內(nèi)容。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多，時(shí)間長(zhǎng)，學(xué)生主要利用課外時(shí)間完成。要求4名學(xué)生一組，自主選定指導(dǎo)教師，自行確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)后寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)總結(jié)或?qū)嶒?yàn)報(bào)告，由指導(dǎo)教師批閱并給出成績(jī)。該實(shí)驗(yàn)可以和學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目或科研項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)完成，其成績(jī)按一定比例計(jì)入工程材料與熱處理課程最終成績(jī)。

五、實(shí)行新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式取得的效果

經(jīng)過(guò)兩年多時(shí)間的實(shí)踐，本課程新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已基本確立，并制定出相應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱。新模式的運(yùn)行也取得了良好的效果，從最近在學(xué)生中進(jìn)行的調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生對(duì)本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滿(mǎn)意度達(dá)到94%。具體來(lái)說(shuō)：

（一）提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興趣和積極性由于新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式建立在以學(xué)生為本的基礎(chǔ)上，特別是綜合實(shí)驗(yàn)全部由學(xué)生自行設(shè)計(jì)，給學(xué)生提供了充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性的平臺(tái)，極大地調(diào)動(dòng)了他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，形成了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)氛圍。

（二）收到了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，促進(jìn)了課程建設(shè)及教學(xué)質(zhì)量的提高

為了解實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果，最近我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行了抽查，檢查內(nèi)容為：實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)操作和卷面測(cè)試等。其主要結(jié)果為：實(shí)驗(yàn)報(bào)告全部規(guī)范，成績(jī)達(dá)良好以上的比例為65%；現(xiàn)場(chǎng)操作合格率95%；卷面測(cè)試成績(jī)合格率95%，成績(jī)良好以上的比例為60%。實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提高，有力地促進(jìn)了課程建設(shè)和課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

（三）學(xué)生真正學(xué)到了知識(shí)，提高了動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力

以往學(xué)生對(duì)各種金屬材料的不同狀態(tài)的組織和性能只是死記硬背，以應(yīng)付考試，而不理解它們之間的相互關(guān)系，所以出現(xiàn)課程一結(jié)束也就全部忘記的普遍現(xiàn)象。從最近兩屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)看，在零件的選材和熱處理工藝制定方面的問(wèn)題已大大減少，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量上了一個(gè)新臺(tái)階。

六、結(jié)束語(yǔ)

要提高工程材料與熱處理課程教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)新時(shí)期的應(yīng)用型創(chuàng)新人才奠定必要的工程技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)課程內(nèi)容設(shè)置、課程教學(xué)模式、教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革是迫切要解決的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是課程教學(xué)改革的重要組成部分，對(duì)于應(yīng)用型高校，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革因受實(shí)驗(yàn)條件、課時(shí)等諸多因素影響，比課堂教學(xué)改革更為滯后，難度也更大。以實(shí)用性、開(kāi)放性、互動(dòng)性和綜合性為原則的改革是我們對(duì)工程材料與熱處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行的初步探索，實(shí)踐證明，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以學(xué)生為本，使學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)作用，因此能取得較好的教學(xué)效果。