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工程熱處理課改實踐教學(xué)分析論文
一、引言
工程材料與熱處理課程是應(yīng)用型高校機(jī)械類和近機(jī)類各專業(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。實驗教學(xué)是該課程主要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一。近年來，由于各高校專業(yè)調(diào)整和教學(xué)計劃的變更，包括本課程在內(nèi)的教學(xué)學(xué)時被壓縮，其實驗教學(xué)也受到了很大的影響，因此為了適應(yīng)新的教學(xué)形勢，對工程材料與熱處理課程實驗教學(xué)進(jìn)行改革，建立新實驗教學(xué)模式，以適應(yīng)當(dāng)前新人才培養(yǎng)方案和教學(xué)計劃，是勢在必行的重要研究課題。
二、課程實驗教學(xué)改革的必要性
�。ㄒ唬┱n程實驗教學(xué)的作用和地位
工程材料與熱處理課程實踐性強(qiáng)，其主要基礎(chǔ)理論及一些專業(yè)理論都是通過實驗并總結(jié)實驗的規(guī)律而建立起來的。實驗教學(xué)作為重要的課程教學(xué)環(huán)節(jié)之一，對于學(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，實驗教學(xué)也是培養(yǎng)應(yīng)用型高校工科學(xué)生工程意識和創(chuàng)新思維的重要手段。對于本課程來說，其突出特點(diǎn)是概念多、內(nèi)容雜、知識抽象，如果不通過實驗教學(xué)，學(xué)生很難掌握課程的基本知識。例如，對工程材料的組織，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)中無法實現(xiàn)的。課程中有許多基本結(jié)論，也是建立在實驗的基礎(chǔ)上的。因此，高質(zhì)量的實驗教學(xué)是提高課程教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。
�。ǘ⿲嶒灲虒W(xué)存在的問題
1.實驗內(nèi)容少。由于學(xué)時不足，只能開設(shè)兩個實驗，且兩個實驗之間缺少有機(jī)聯(lián)系。對鋼經(jīng)熱處理前后的組織變化沒有直觀的對比，學(xué)生對鋼的平衡組織和非平衡組織的概念理解不透。熱處理實驗后，學(xué)生沒有時間進(jìn)行金相試樣的磨制，影響了對金屬材料金相分析方法的掌握和運(yùn)用。
2.學(xué)生在實驗中缺乏自主性。在整個實驗教學(xué)中，學(xué)生始終處于被動狀態(tài)，基本上是教師講，學(xué)生照著做。這種教學(xué)方法，學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣邮帜芰Χ嫉貌坏教岣�，影響實驗教學(xué)的效果。
3.學(xué)生對實驗教學(xué)興趣不高。由于前述原因，使大部分學(xué)生對本課程實驗缺乏足夠的興趣，主要表現(xiàn)在實驗課前不預(yù)習(xí)，不看實驗指導(dǎo)書；實驗中操作不認(rèn)真，能不動手就不動手；實驗報告不規(guī)范等。此外，筆者對本課程實驗教學(xué)作過一次調(diào)查，參加調(diào)查的學(xué)生分別來自機(jī)械制造專業(yè)、材料成形及控制工程專業(yè)和汽車服務(wù)工程專業(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)生對該課程實驗教學(xué)不滿意度很高，說明實驗教學(xué)已到了必須改革的時候。這就促使我們從2008年開始，對工程材料與熱處理實驗教學(xué)計劃、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)的實驗教學(xué)計劃，建立新的實驗教學(xué)模式。
三、課程實驗教學(xué)改革的基本思路
�。ㄒ唬┬聦嶒灲虒W(xué)模式的目的
在不增加課程教學(xué)學(xué)時的前提下，豐富實驗內(nèi)容；發(fā)揮學(xué)生在實驗教學(xué)中的自主性、能動性和創(chuàng)新性，變被動為主動；提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力、實驗動手能力和實驗結(jié)果分析能力；使實驗教學(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、實驗方案的制訂能力及對相關(guān)實驗儀器的試用和保養(yǎng)常識。
（二）新實驗教學(xué)模式的設(shè)置原則
新實驗教學(xué)模式設(shè)置的原則是：實用性、互動性、綜合性和開放性。實用性就是嚴(yán)格根據(jù)課程教學(xué)大綱要求合理安排實驗，并盡可能結(jié)合生產(chǎn)實際，使學(xué)生通過實驗，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)計及在以后實際工作中正確選材及安排熱處理工藝打下必要的基礎(chǔ)�；有允侵冈趯嶒灲虒W(xué)中，做到學(xué)生和指導(dǎo)教師互動，各基本實驗內(nèi)容之間的互動，工程材料與熱處理課程與后續(xù)的各專業(yè)有關(guān)專業(yè)課程之間的互動。充分發(fā)揮學(xué)生在實驗中的自主和主導(dǎo)作用，使學(xué)生全面理解實驗教學(xué)目的要求，克服以往實驗內(nèi)容分散，各實驗間缺乏有機(jī)聯(lián)系的不足，為以后學(xué)習(xí)專業(yè)課奠定良好的基礎(chǔ)。綜合性實驗是實驗教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容。合理設(shè)置綜合性實驗，能使學(xué)生全面、深入地理解實驗?zāi)康暮蛯嶒灧椒ǎ囵B(yǎng)和提高學(xué)生制訂實驗方案、設(shè)計實驗步驟、分析實驗數(shù)據(jù)的能力。開放性是指對于大部分實驗，教學(xué)計劃中只規(guī)定基本要求，其實驗名稱、實驗?zāi)康摹嶒灢襟E、實驗報告格式均由學(xué)生自行設(shè)計，學(xué)生還可以自主選擇指導(dǎo)教師，其實驗主要由學(xué)生在課程教學(xué)學(xué)時外進(jìn)行，通過精品課程網(wǎng)絡(luò)實驗預(yù)約系統(tǒng)，學(xué)生可在開課學(xué)期內(nèi)任意時間進(jìn)行預(yù)約，并完成實驗。
�。ㄈ┬聦嶒灲虒W(xué)模式的保障措施
為了保證實驗教學(xué)改革的順利進(jìn)行，從轉(zhuǎn)變教學(xué)管理機(jī)制到實驗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驗，然后由任課教師給出本課程的最終成績。同時為了保證學(xué)生自覺地在課外時間完成實驗，對按要求完成實驗并合格者，給予適當(dāng)?shù)莫剟顚W(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。實驗場地的擴(kuò)充、實驗儀器的添置以及指導(dǎo)教師的足量配備是新實驗教學(xué)模式順利推行的基本前提。為此我們增添了一批金相顯微鏡、熱處理加熱設(shè)備、金相試樣制備設(shè)備、數(shù)顯硬度計（洛氏、布氏、維氏和顯微硬度計），同時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、萬能磨損試驗機(jī)和鹽霧試驗機(jī)等。為了滿足學(xué)生自行選擇實驗時間，除了增設(shè)實驗員，我們采取了任課教師和實驗室專業(yè)指導(dǎo)教師共同負(fù)責(zé)的方法，以確保實驗室全天候開放。
四、改革后的實驗教學(xué)方案
經(jīng)過教師討論，并吸收學(xué)生意見，新的實驗教學(xué)方案分為三個模塊：基礎(chǔ)實驗、金相互動實驗和綜合性實驗。
（一）設(shè)置基礎(chǔ)實驗
利用有限的課堂實驗教學(xué)時間，使學(xué)生掌握金相實驗室和熱處理實驗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驗儀器使用方法”實驗，為學(xué)生完成開放性實驗和綜合實驗打下基礎(chǔ)。
（二）設(shè)置金相互動實驗
該實驗設(shè)計思路為：由實驗室的指導(dǎo)教師按照實驗大綱要求事先準(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)生通過網(wǎng)上預(yù)約或口頭預(yù)約，5～6人為一組進(jìn)行實驗。實驗時每組學(xué)生保證有一名指導(dǎo)教師，通過不同類型試樣的觀察分析和對比，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。在選取分析試樣類型時，指導(dǎo)教師要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)進(jìn)行選取，以便為后續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)課奠定基礎(chǔ)。如對于機(jī)械制造和光機(jī)電一體化專業(yè)，要側(cè)重于對結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵等材料的金相分析和熱處理工藝制定，而對于材料成形及控制工程專業(yè)的學(xué)生則側(cè)重于對模具鋼和低碳鋼材料的分析。
（三）設(shè)置綜合性實驗
該實驗內(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。由于實驗內(nèi)容多，時間長，學(xué)生主要利用課外時間完成。要求4名學(xué)生一組，自主選定指導(dǎo)教師，自行確定實驗?zāi)康�、實驗步驟和實驗方法。實驗后寫出實驗總結(jié)或?qū)嶒瀳蟾�，由指�?dǎo)教師批閱并給出成績。該實驗可以和學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計項目或科研項目結(jié)合起來完成，其成績按一定比例計入工程材料與熱處理課程最終成績。
五、實行新實驗教學(xué)模式取得的效果
經(jīng)過兩年多時間的實踐，本課程新的實驗教學(xué)模式已基本確立，并制定出相應(yīng)的教學(xué)計劃和實驗教學(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)生對本課程實驗教學(xué)的滿意度達(dá)到94%。具體來說：
（一）提高了學(xué)生對實驗教學(xué)的興趣和積極性由于新的實驗教學(xué)模式建立在以學(xué)生為本的基礎(chǔ)上，特別是綜合實驗全部由學(xué)生自行設(shè)計，給學(xué)生提供了充分發(fā)揮其主觀能動性的平臺，極大地調(diào)動了他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，形成了良好的實驗教學(xué)氛圍。
�。ǘ┦盏搅肆己玫膶嶒灲虒W(xué)效果，促進(jìn)了課程建設(shè)及教學(xué)質(zhì)量的提高
為了解實驗教學(xué)改革成果，最近我們對學(xué)生進(jìn)行了抽查，檢查內(nèi)容為：實驗報告、實驗現(xiàn)場操作和卷面測試等。其主要結(jié)果為：實驗報告全部規(guī)范，成績達(dá)良好以上的比例為65%；現(xiàn)場操作合格率95%；卷面測試成績合格率95%，成績良好以上的比例為60%。實驗教學(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。
�。ㄈ⿲W(xué)生真正學(xué)到了知識，提高了動手能力、分析問題和解決問題的能力
以往學(xué)生對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)計來看，在零件的選材和熱處理工藝制定方面的問題已大大減少，畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量上了一個新臺階。
六、結(jié)束語
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題。實驗教學(xué)改革是課程教學(xué)改革的重要組成部分，對于應(yīng)用型高校，實驗教學(xué)改革因受實驗條件、課時等諸多因素影響，比課堂教學(xué)改革更為滯后，難度也更大。以實用性、開放性、互動性和綜合性為原則的改革是我們對工程材料與熱處理課程實驗教學(xué)改革進(jìn)行的初步探索，實踐證明，這種實驗教學(xué)模式以學(xué)生為本，使學(xué)生變被動為主動，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能充分發(fā)揮其主觀能動作用，因此能取得較好的教學(xué)效果。
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