浅谈《工程材料》实验教学的改革

摘要：《工程材料》作为高校机械类专业一门重要的专业基础课，其实验教学环节虽然课时较少，但和课堂教学环节同等重要。实验教学环节的顺利开展和实验内容的与时俱进不但可以提高学生独立解决实际问题的能力与学习积极性，而且也能锻炼学生动手能力，让学生透过实验现象发现事物本质，是培养适应社会需求人才的有效方法和途径。

关键词：《工程材料》；实验教学；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）02-0108-02

《工程材料》是高等学校机械类专业必修的一门重要的专业基础课，主要目的是让学生了解和掌握工程材料组织结构、性能、成型及其应用。该课程是在工程图学、理论力学、材料力学等课程的基础上开设的，理论性和实践性较强，并且知识点较烦琐，相对枯燥乏味，学生学习兴趣不高，导致整体教学效果不佳。对学生来讲，掌握较多理论知识有一定难度，为了加深学生对相关理论知识的理解，该课程设置了相应的实验。通过一系列相关实验操作，让学生从实验操作、数据分析等过程中总结相关知识和规律，实现从实验现象到理论知识的反馈，从而有助于培养学生的研究能力、分析能力及解决实际问题的能力。所以，该课程主要采用课堂教学和实验教学相结合的方式进行，希望能扩大学生的专业视野、提高学生的实验操作能力及理解综合知識的能力。该课程设置符合我国关于工程教育专业认证的要求。

根据中国工程教育专业认证标准（2015版）的最新要求[1]，专业认证“毕业要求”第四条规定：“第四，研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论”，着重指出了实验环节在毕业生知识与能力培养目标中的重要性，强调了学生做好实验操作、数据分析和撰写实验报告的必要性。因此，对于工程材料课程的实验教学环节要予以高度重视，不仅能够极大提高教师理论教学质量，而且能够丰富和锻炼学生的专业知识和能力[2]。

在工程教育专业认证指导下，结合机械业工程材料实验课程目前存在的主要问题进行分析和探索。通过问题的分析和措施的提出，对工程材料实验教学环节进行改革，从而激发学生的实验兴趣、锻炼学生的动手操作能力，培养高素质的、符合专业认证标准的高级人才。

一、实验教学过程存在的主要问题

课堂教学主要是将理论知识传授给学生，相对烦琐、枯燥，而实验教学则是将枯燥难懂的理论知识转化为看得见、摸得着的实践知识的重要环节。实验教学可以让学生通过眼看、手触、心记等方式对理论知识加深了解，同时提升学生的实践动手和创新能力。工程教育专业认证标准也要求学校在制订培养计划时明确标出相关课程的实验课时。但有些高校由于实验条件、实验设备及实验人员等问题的限制未能及时开设实验，仅通过课上教师讲解实验操作、动画演示等“课内实验”方式代替实际实验操作，导致学生无法通过实际实验结果验证理论知识，从而不具备实验操作、数据分析的能力，达不到关于实验的毕业要求。虽然有些高校有相关实验设备，但实验设备相对陈旧，数量不足，达不到实验教学的需要。为了使学生正常开展实验，通常是分批分组，几个人一起做，远远不能满足在实验中培养学生观察和创新能力的要求。同时还存在某些学生对实验操作不够重视，主要表现在：实验前不预习实验指导书，在“填鸭式”教学环境下，差一些的学生在实验课上不认真听讲，甚至逃课，把实验课当成理论课的附属，抄袭实验报告，导致实验成绩不理想，影响了整个班级或专业的实验进展或评分。这些问题都会给实验教学带来不良影响，因此需要对工程材料实验课程教学进行改革，以达到实验教学的目的。

在实验教学过程中存在的另一个关键问题是实验的课时数，课时数一直是值得关注的问题。在高校的培养计划中，工程材料理论教学课时占比高达83%左右，而实验教学仅占17%。受实验课时的限制，实验内容不能完全展开，有些实验只能观摩甚至取消，学生无法动手参与操作，而且有些必要实验学生也只能在规定的时间进行操作，记录简单的实验数据，由于课上没有足够的讨论时间，发现问题只能课后或找时间和教师讨论，无法创新，导致学生的创造性思维得不到充分发挥。由此看来，实验教学课时过低在一定程度上影响了理论教学的效果，所以为了提高学生学习兴趣，保证良好的教学效果，需要对工程材料实验教学课时和内容进行调整和改革，以达到该课程的教学目的。

除了实验课时数，实验内容及实验安排或多或少存在一些问题。首先，工程材料实验由于实验场地或条件的限制多以演示性实验或验证性实验为主，而考察综合能力的综合性实验较少。以“碳钢的热处理、组织观察、性能测定”实验为例，实验过程没有具体的热处理操作过程，热处理和碳钢热处理后的各种组织主要通过观看多媒体计算机演示，学生能够操作的只是碳钢热处理后的硬度测试，学生的动手操作技能大打折扣。所以本该作为综合性的实验定性只能作为验证性实验开展。这种实验操作很难激发学生对实验操作的兴趣，无法让学生亲身体会金属热处理后组织、性能的改变，使学生有一种似懂非懂、雾里看花的感觉，实验效果也不够明显，更是不能发现新现象，不能通过现象发现本质，从而对相关知识的掌握和理解不够。其次，有些实验内容高大上，但学生无法动手操作。以“扫描电子显微镜在工程材料中在应用”实验为例，由于扫描电镜造价昂贵，操作严格，该实验主要以实验教师现场操作演示的方式介绍扫描电镜的结构、原理及操作方法，实验内容使学生觉得没意思，要么不听，要么不去，认为该实验也与今后的工作没关系，缺乏认真操作实验的动力，实验效果不理想。第三，受实验课时数的限制以及学校机械类专业学生都要进行该实验操作，所以在实验安排上并不能完全和理论教学相匹配。有的实验做完了，理论课程还没讲，反之亦然。由于实验设备和实验教师有限，班级各实验在安排上有一定的时间间隔，如果间隔时间较长，再加上实验印象不深，学生在做这个实验时对上个实验内容和具体操作基本没有印象，这样不利于学生系统地掌握理论知识、了解各个实验之间的前后联系，影响对知识的综合理解。

二、實验教学改革

实验教学作为高校某些课程实践环节的一个重要考察点，是学生将理论知识与实践知识相结合的重要途径，也是学生综合素质的重要体现。针对以上实验教学环节的主要问题，努力探索新形势下如何做好实验教学的改革，才能使学生在有限的时间内将理论知识与实践知识有效结合，获得较好的综合知识，努力提升个人综合素质，提高认识问题、分析问题和解决问题的能力。

1.针对实验设备陈旧、数量不足的问题，要根据实际情况报废旧设备、更换新设备，同时增加实验设备台套数，基本达到两名最多三名学生一台设备的条件，既满足每位学生都能操作实验设备的要求，又锻炼了学生实际动手操作的能力，加深了对实验过程和实验现象的理解，能够激励学生认真分析实验数据，撰写实验报告，对创新能力、理解能力和推理能力的培养具有积极的作用。同时，针对学生实验课迟到或逃课的问题，可以在实验考核成绩中进行体现，增加实验课平时成绩所占比例，包括考勤、实验表现、回答问题等，可以按照“平时成绩×40%+实践报告成绩×60%=总成绩”的计分方式，既照顾到了学生平时表现，又突出了实验报告分析，并且有效杜绝了实验报告班内大面积抄袭的不良现象。

2.根据工程教育专业认证要求，为了提高学生对所学知识的综合应用和锻炼实践能力，实验课时数占的比例将越来越高，实验内容也会逐渐增加。但考虑现在的课时数，需要把原来课程中的一些小实验，如可以将各种硬度测试、光学显微镜的使用及显微组织的观察等小实验经过设计修改成综合性操作实验，既能够锻炼学生的综合知识运用能力，又能够加强学生对实验操作及实验现象的印象，同时还能将前面几学期学到的基础知识，如理论力学、材料力学等灵活运用到整个综合性实验中，所有实验过程均由学生自己操作，提高学生学习知识的主动性。

三、结语

只有通过对工程材料实验课程进行改革，紧跟时代形势，设计修改实验内容，制订合理的实验方案，合理安排实验时间，才能充分发挥学生学习的主观能动性和亲自动手参与实验的积极性，才能有效提高学生解决工程实践问题的能力及创新能力。

参考文献：

[1]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究，2015，（2）：10-19.

[2]蔡晓君，刘湘晨，窦艳涛，等.机械基础实践教学新体系的改革与实践[J].实验室研究与探索，2015，（1）：210-214.

Abstract："Engineering Materials" is an important basic course for the major of mechanical engineering in Colleges and universities.Although the experimental teaching link is less，it is as important as the classroom teaching link.The smooth development of the experimental teaching link and the progress of the experiment can not only improve the students" ability to solve practical problems independently and learning enthusiasm，but also can exercise students" ability to do it，and let the students discover the essence of things through the experiment.It is an effective method and way to cultivate the talents to meet the needs of the society.

Key words："Engineering Materials"；experimental teaching；reform

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