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摘要：金属学及热处理课程实验教学是学生将金属学工艺学相关理论知识与实际工程应用相结合的桥梁，对于培养学生的创新能力和工程实践能力起着重要的作用。为适应新工科人才培养的要求，提出新的实验教学模式，进行实验教学改革。
关键词：金属学及热处理；新工科；实验教学
本文引用格式：赵素，等.基于新工科的金属学及热处理课程实验教学研究[J].教育现代化,2020,7(35):179-181.
Research on Experimental Teaching of Metallurgy and Heat Treatment Course Based on New Engineering
ZHAO Su1，WANG Ying-chun2
(1.Shanghai Dianji University,Shanghai;2.Henan University of Technology,Zhengzhou Henan)
Abstract:Experimental teaching of metallurgy and heat treatment course is a bridge for students to combine theoretical knowledge of metallurgical technology with practical engineering applications.It plays an important role in cultivating students'innovative ability and the ability of engineering practice.In order to meet the requirements of the new engineering talents,a new experimental teaching model is proposed to carry out the reform of experimental teaching.
Key words:Metallurgy and heat treatment;New engineering;Experimental teaching
一 引言
为应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，加快工程教育改革创新，“新工科研究与实践”已全面启动。“新工科”的提出对传统工程专业人才的培养提出了新的挑战和要求，新工科人才需要较强的工程实践能力、学习能力和创新能力。这些人才不仅在专业上学业精深，不仅能运用所掌握的知识去解决现有的问题，也有能力学习新知识、新技术去解决未来发展出现的问题[1-4]。
实践教学作为连接理论与应用的桥梁，是培养学生创新能力、工程实践能力的切入点。目前，金属学及热处理课程实践教学主要为依附于传统的课堂理论教学内容的实验课。实验教学是高校人才培养这一系统工程中的一个重要环节，它对于学生科学素质、文化素质、工程素质等综合素质的培养具有不可替代的作用，也是培养学生创新意识和创新能力，培养工程实践能力的一个必要环节。但是，实验课作为理论教学的补充，仅浮于形式，学生被动式“听”、“看”实验现象严重，互抄实验报告交差，没有真正进行实验研究，实验分析，学生实践能力难以提升。本文拟从新工科的视角，重新审视该实验课程的教学方法，开展课程实验教学改革，使其更加符合科学发展规律并适应新经济发展需要，符合“新经济”时代下的人才培养需求，也符合应用型本科人才培养目标[5-8]。
二 实验教学改革
（一）实验教学环境的改革
传统的实验教学理论知识的讲授是在教室里进行的，同学们反映比较抽象，不够直观，不容易理解和记忆。针对这种情况，可以考虑放在实验室进行理论教学，结合实验室的实验设备、实验材料等、在讲授的过程中，同学们可以边学习边操作，充分理解记忆，可以提高学生学习的兴趣、积极性和主动性。如实验一“光学金相显微镜的使用与金相试样的制备”，该实验的实验目的是了解金相显微镜的结构及工作原理、能够正确使用金相显微镜、掌握金相试样的制备过程和方法等。是实验室进行教学的过程中，可以结合光学金相显微镜设备，直观地给同学们呈现出金相显微镜的机械结构及各部分的功能，在讲解的过程中，可以进行操作，做到边讲边练。当讲到显微镜的调焦装置时，在显微镜的两侧有粗动和微动调焦手轮，调焦的精度是不同的；还有通过调整不同的砂纸及磨样时的角度，达到正确地磨好试样。如果把这些知识在教室里单纯地给同学们讲授，好多同学都不认真听讲，听课效果较差，进行实际操作时仍然分不清怎么使用。但改变了学习环境，在实验室进行，边讲边练习，同学们马上有了学习兴趣，学习积极性提高了，课堂气氛更加活跃，同时也加深了对所学知识的理解，并能够大胆地去思索、探讨和创新，学生变成了学习的主体，学习效果大大提高。同时同学们在操作中探索，在探索中创新，不仅能学到知识，而且培养了他们的动手能力、实践能力、思维能力和创新意识[9]。
（二）开发模拟企业环境综合实验项目
传统的金属学及热处理课程实验内容多为单一性、验证性实验，如铁碳合金金相组织的观察，冷变形金属及再结晶退火组织及性能分析等。学生的实验知识过于狭窄，综合分析问题及解决问题的能力得不到充分培养。在实验课的教学内容设计上应该坚持以素质教育、能力培养为主线，以创新为目的，科学设计实验教学内容。
“金属学及热处理”课程与工程实际联系紧密，可以结合企业需求，模拟企业环境，考虑材料生产、加工、制造及其热处理等工艺过程的典型工作任务，开发综合实验项目，实验内容上充分体现多个知识点的相互交叉，综合应用。实验内容主要考虑学生在金属材料的选材、性能和组织结构、影响产品质量的工艺因素、过程检测等方面进行综合性的实验训练。对每个具体模拟实验项目，在试验过程中，学生从不同角度分析实验内容，查阅资料，制定实验方案，写出实验原理，选择实验设备，进行实验研究，并最终写出实验报告。解决问题的方法是多种的，鼓励学生多角度考虑问题。如金属材料的选材：如何鉴别45钢和60钢。有的同学会想到采用化学成分分析；有的同学会想到用金相组织分析，含碳量越大，珠光体组织越多；还有的同学会想到用硬度测试，含碳量越大，硬度越大。这三种方法都可以来解决这个问题。
结合企业工程实际开发综合实验项目，通过这样的训练，培养了学生将理论运用于实践的能力，学生学会了从不同角度处理工程实际问题的方法，并对课程所学知识起到一个融会贯通，灵活应用的作用，同时这对培养学生的动手能力、科学思维能力和创新能力起到了积极的作用。
（三）注重学科交叉培养学生创新能力
随着计算机技术的发展，将计算机模拟与实验相结合的方法展示出无可比拟的优势。计算机模拟是一种根据实际的体系在计算机上进行模拟实验。通过计算模拟，既可以给实验设计提供指导和预测，可以减少物力成本和时间成本，以提高实验效率，也实现了材料的设计研发由“经验指导实验”向“理论预测、实验验证”的新模式转变。计算机模拟已成为除理论分析和实验研究以外解决材料科学中实际问题的第三大并行的研究手段，它们相互补充，共同促进了材料科学与工程的发展。
传统的实验内容并没有考虑到模拟计算的优势，学生也没有认识到计算机模拟的重要性，没有好好学习计算模拟知识。如实验二“碳钢在不同热处理工艺下的组织分析”，我们可以先让学生通过计算机模拟的方法直观地显示出其微观组织特征，然后再进行实验验证，对比计算机模拟的准确性和可靠性。通过这样的设计，学生们要认真学习计算机仿真课程，了解学习相关计算软件，使学生不仅能熟练掌握自己专业领域的知识技能，还能够学会融会贯通，理解各个学科之间的交叉融合。同时培养学生多角度地思考科学问题，从而提高了学生的创新能力，使学生具有跨学科交叉融合的新工科人才特征，具有通过学习新知识和新技术去预测和解决未来科学发展过程中可能会遇到的问题。
（四）规范实验程序
综合性实验是需要学生具备一定的理论知识和一定的实验经验的，是一个以学生为主体、老师为辅助的实验教学过程。为保证实验教学改革的顺利开展，需规范实验程序，步骤如图1。
综合性实验具有自主性、挑战性等,这样不仅锻炼了学生的工程实践能力和自学能力,而且提高了学生的团队意识和创新意识,激发了学生的学习兴趣。同时，多人合作完成同一实验项目，培养了学生在新工科背景下的工程大局意识和团队合作互助精神。
（五）实验考核指标的改革
传统的实验考核方式主要是通过实验报告的批改给出实验成绩，实验报告千篇一律，而且抄袭现象严重，很多同学没有及时地对实验中的问题做出思考与探索。这种考核方式并不能公正地给出学生的实验成绩。
在实验过程中，应考察学生的动手能力、真正理解实验原理、明白这是什么实验，为什么要做这个实验、怎么做这个实验等。在实验过程中，能够积极动手实验，及时回答出老师提出的相关实验问题。最后以研究论文的格式书写递交实验报告。学生只有做到这样，实验成绩则为通过，否则为不通过。同时，让学生写实验报告的过程中，从实验目的、实验原理、实验结果与实验分析、总结与反思等，每一步都由学生自主完成，整个过程也加深了学生对实验的认识与感悟；而且可以提前学习论文的撰写，学习论文步骤和格式，能够为后期的毕业设计及将来的科研之路打好基础。总之，高标准的实验要求，使同学们能够更加重视实验，真正地锻炼了学生的工程实践能力和创新能力[10-16]。
三结语
新工科建设是我国高等教育工科发展的新方向，而传统的实验教学对学生创新和综合能力的培养是欠缺的，也不利于新工科的建设和发展。通过不断改革创新，改变实验教学环境，开发综合实验项目，实验注重学科交叉，规范实验程序，加强实验教学的考核，不断提高教学质量，这对培养学生综合能力，培养适应“新经济”发展的应用型、创新型和复合型工程专业人才具有重要的意义。
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