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工程材料驗證性實驗教學(xué)改革與實踐分析
導(dǎo)語：工程材料有各種不同的分類方法。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(fù)合材料四大類。
工程材料課程具有理論性和實踐性較強的特點。為了提高學(xué)生的動手實踐能力，實驗教學(xué)中普遍重視設(shè)計性、綜合性實驗，而忽視驗證性實驗，往往用綜合、設(shè)計性實驗取代驗證性實驗。事實上驗證性實驗是基礎(chǔ)，能對理論知識進行驗證，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解，促進學(xué)生對知識的掌握，為綜合性、設(shè)計性實驗提供有力支撐。因此驗證性實驗是不可替代的，特別是一些經(jīng)典的、原理性的驗證實驗更是不可或缺的。然而，由于驗證性實驗相對枯燥乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，導(dǎo)致整體教學(xué)效果不佳。因此，如何調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，保證良好的教學(xué)效果，是工程材料驗證性實驗教學(xué)亟須思考和解決的問題。
一、工程材料驗證性實驗的現(xiàn)狀
工程材料傳統(tǒng)的驗證性實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察等。實驗內(nèi)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(jié)論，不利于學(xué)生對知識的綜合理解。驗證性實驗由于實驗結(jié)果已知，不能激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索欲，敷衍老師、拼湊實驗結(jié)果的現(xiàn)象較多，并且全班同學(xué)所做的實驗內(nèi)容和實驗結(jié)果基本相同，這就會導(dǎo)致學(xué)生相互抄襲實驗報告，難以達到良好的學(xué)習(xí)效果。驗證性實驗通常以教師講授和演示為主，學(xué)生只是被動地接受，學(xué)習(xí)興趣不高，大多數(shù)學(xué)生只是在機械被動地完成任務(wù)，根本不動腦思考，實驗教學(xué)效果不好。
二、工程材料驗證性實驗教學(xué)改革的措施
針對以上現(xiàn)象，我校采取了整合實驗內(nèi)容、調(diào)整實驗方案、改進教學(xué)方法、改革考核方式等措施，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，以期取得良好的教學(xué)效果。
(一)整合實驗內(nèi)容，便于學(xué)生對知識的綜合理解
由于實驗內(nèi)容比較單一，加上各實驗在安排上有一定的時間間隔，做完一個實驗要隔一段時間再做下一個實驗，學(xué)生往往在做這個實驗時已經(jīng)忘了上個實驗是什么內(nèi)容，這樣不利于學(xué)生系統(tǒng)地考慮前后實驗之間的聯(lián)系，影響對知識的綜合理解。針對這種情況，我校對實驗內(nèi)容進行了調(diào)整，即整合內(nèi)容關(guān)聯(lián)緊密的實驗項目，以保證知識的連貫性和系統(tǒng)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驗項目進行整合：將金相試樣的制備實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驗，不再給學(xué)生提供制備完好的試樣，而是由他們自己動手制備金相試樣。由于學(xué)生對自己的作品往往更關(guān)注，觀察會更認真仔細，因此這樣的整合有利于調(diào)動學(xué)生的主動性并帶動學(xué)生深入思考。另外，經(jīng)過制備觀察比較的全過程，學(xué)生既學(xué)會了制樣、使用顯微鏡、觀察金相組織這些基本實驗技能，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察兩個項目的內(nèi)容進行整合，改名為碳鋼的熱處理及組織、硬度檢測實驗，即在熱處理、硬度測定的基礎(chǔ)上增加了組織檢測的內(nèi)容。經(jīng)過整合，工藝組織性能這條主線完整地貫穿于實驗之中，便于學(xué)生對實驗結(jié)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(diào)整實驗方案，激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性
通常每次參加實驗的學(xué)生數(shù)為15人左右，原實驗方案是所有人的實驗任務(wù)或者實驗結(jié)果均相同，導(dǎo)致等、靠、抄襲等現(xiàn)象比較嚴重，實驗效果不好。針對這種情況，我校對實驗方案進行了調(diào)整：將15人分成2個小組，以小組為單位，實驗采用先分后總的方案進行，即先分解任務(wù)、分頭操作，再匯總比較、綜合分析。首先進行任務(wù)分解，通過任務(wù)分解，學(xué)生承擔的實驗任務(wù)或者實驗結(jié)果不同，這就促使其不得不自己動手操作，解決了等、靠、抄襲等問題;然后進行集中匯總，教師帶領(lǐng)同學(xué)進行實驗結(jié)果的匯總比較、綜合分析，既可以橫向?qū)Ρ�，也可以縱向?qū)Ρ�。橫向?qū)Ρ葍山M的實驗結(jié)果和評價實驗效果，能夠激發(fā)學(xué)生的競爭意識，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性;縱向?qū)Ρ冉M內(nèi)的實驗結(jié)果和比較、分析實驗數(shù)據(jù)，可以得出規(guī)律、結(jié)論，或驗證理論，達到實驗?zāi)康摹?/p>
在鐵碳合金平衡顯微組織分析實驗項目中，用于觀察的合金為平衡態(tài)的20鋼、45鋼、T8鋼、T12鋼、共晶白口鐵、亞共晶白口鐵、過共晶白口鐵，共7種成分。我們首先將學(xué)生分成兩個小組，再在每個小組內(nèi)進行任務(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(nèi)每個學(xué)生的試樣成分不同，相互之間組織不同。這樣做，一來可以用實驗結(jié)果的不確定性激發(fā)學(xué)生的好奇心，調(diào)動學(xué)生動手制備試樣的積極性和主動性，提高學(xué)習(xí)興趣;二來由于實驗結(jié)果不同，學(xué)生之間自然會相互比較，繼而去探究、分析原因，積極地思考，提高實驗效果。制備完成后，師生共同匯總比較實驗結(jié)果。通過橫向比較并評價兩組制備的試樣組織顯示的效果，教師指導(dǎo)學(xué)生分析原因，提出改進措施;通過縱向比較小組內(nèi)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(guī)律，進一步理解含碳量對鐵碳合金平衡顯微組織的影響。
(三)改進教學(xué)方法，提高教學(xué)效果
傳統(tǒng)的驗證性實驗教學(xué)方法以教師講授和演示為主，學(xué)生只是按老師或指導(dǎo)書上的要求機械地完成實驗。實驗過程中遇到問題，學(xué)生根本不去思考，而習(xí)慣于找老師手把手地教，或者請老師直接解決，學(xué)生被動地接受，動手能力及科學(xué)思維得不到有效的訓(xùn)練。針對這種現(xiàn)象，我校在教學(xué)方法上進行了積極的探索，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法，來引發(fā)學(xué)生思考，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性和主動性。教師在講授過程中，不斷設(shè)置問題，通過提問引發(fā)學(xué)生思考，加深其對基礎(chǔ)理論知識的理解。當實驗過程中遇到問題時，老師先組織學(xué)生討論，帶動學(xué)生思考，再啟發(fā)其找到出現(xiàn)問題的原因及解決問題的辦法。這個過程教會了學(xué)生用科學(xué)的思維方式分析問題和解決問題，從而收到了良好的實驗效果。
在講授熱處理實驗時，教師可以一邊講解一邊提問：為什么要對材料進行熱處理、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、為什么過共析鋼一般不采用完全奧氏體化等，通過提問啟迪學(xué)生思考，加深其對熱處理的原理的理解。學(xué)生在做熱處理的過程中，遇到淬火硬度不足的問題時，首先運用所學(xué)知識展開討論，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(dǎo)下動手進行組織檢測，結(jié)合組織顯示的結(jié)果找出淬火硬度不足的真正原因，采取有效的措施，重新進行實驗。通過這個過程，學(xué)生的動手能力和科學(xué)思維得到了充分的鍛煉，實驗收到了良好的效果。
由于實驗方案的調(diào)整，每個同學(xué)的實驗任務(wù)不同，這大大增加了教師指導(dǎo)的工作量。學(xué)生多，教師指導(dǎo)不過來，就不能及時解決實驗中出現(xiàn)的問題。例如碳鋼的熱處理及組織、硬度檢測實驗項目包括熱處理、硬度測定、組織檢測三部分內(nèi)容，實驗任務(wù)重，而且熱處理工藝多，每次實驗有15～18個工藝。每個同學(xué)負責(zé)一個工藝的操作，相互間實驗進度不同，各個環(huán)節(jié)都需要適時進行指導(dǎo)，老師根本指導(dǎo)不過來。針對這種情況，我校采用導(dǎo)生制，在實驗過程中讓學(xué)生幫助老師指導(dǎo)。我們選拔兩名成績優(yōu)秀、樂于奉獻的學(xué)生做組長，實驗前讓組長幫助教師準備實驗，提前熟悉實驗內(nèi)容、學(xué)會實驗設(shè)備的操作及使用注意事項;開始做實驗時，組長幫助教師分配實驗任務(wù)、指導(dǎo)學(xué)生實驗、解決實驗中出現(xiàn)的問題等。如果遇到組長解決不了的問題，教師再集中指導(dǎo)，這樣在一定程度上降低了教師的工作量，能及時地解決實驗中出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生正確操作、觀察、分析，得出正確的結(jié)論，保證實驗順利進行。
(四)改革考核方式，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)提高
傳統(tǒng)的考核方式是以實驗結(jié)果的正確性為主要考核依據(jù)的，而驗證性實驗的特點是實驗結(jié)果或結(jié)論已知，這就會導(dǎo)致學(xué)生拼湊實驗結(jié)果、修改實驗數(shù)據(jù)、抄襲實驗報告的現(xiàn)象較多。針對這種情況，我校對考核的側(cè)重點進行了調(diào)整，即側(cè)重于考核對實驗結(jié)果的分析和總結(jié)，以及對實驗過程中出現(xiàn)的問題的探討與反思。即使實驗結(jié)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�(cè)重點的調(diào)整，提高了學(xué)生做實驗的主動性和積極性。
三、結(jié)語
工程材料驗證性實驗內(nèi)容的整合，保證了知識的連續(xù)性和系統(tǒng)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;實驗方案的調(diào)整、教學(xué)方法的改進及考核方式的改革充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，表現(xiàn)在以下幾個方面：
1.實驗前，學(xué)生積極進行預(yù)習(xí)，積極思考和回答教師講授過程中提出的問題，加深了對實驗原理的理解。
2.實驗過程中學(xué)生積極主動進行操作，遇到問題積極找組長和老師討論解決，動手能力和科學(xué)思維得到了很大程度的鍛煉。
3.實驗報告不再千篇一律。學(xué)生根據(jù)實驗的真實情況，在實驗報告中對實驗結(jié)果進行認真地整理和總結(jié)，并且對實驗過程中遇到的問題進行仔細的分析和反思，分析問題和解決問題的能力得到了鍛煉和提高。實踐證明，工程材料驗證性實驗的教學(xué)改革充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，收到了良好的教學(xué)效果，為后續(xù)綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)效果的提高奠定了基礎(chǔ)。
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