金属材料工程“卓越工程师”试点专业综合实验教学改革与实践

冯义成　姜文勇　王丽萍　康福伟　俞泽民

摘要：基于金属材料工程“卓越工程师”试点专业背景及人才培养目标，开设了技能训练实践课。介绍了技能训练的实施过程及实验教学方法，改革了传统实验课模式，注重培养学生的动手能力，分析问题、解决问题的能力，提高学生的专业技能综合素质和创新能力，激发学生学习金属材料工程专业知识的积极性和主动性。

关键词：金属材料工程；实验教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）13-0244-02

一、引言

金属材料工程专业属于实践性较强的学科，实验教学质量的提高对于培养具有创新能力的应用型高级工程技术人才是非常重要的。哈尔滨理工大学金属材料工程专业为国家重点特色专业，省级重点专业，所在的学科拥有硕士、博士学位授予权且可接收博士后进站从事科研工作。主要培养从事金属材料设计、制备、组织性能分析、材料液态成型及加工的科学研究、工程技术、生产开发及经营管理等方面的高级工程技术人才。为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》，教育部实施“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）重大改革项目。哈尔滨理工大学金属材料工程专业有幸成为黑龙江省“卓越工程师教育培养计划”试点专业。为此，针对“卓越计划”制定单独的培养方案，增大实践教学学时及力度。实践教学是高校教学工作中最生动、最关键的一环，是高校培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才的重要途径。实验教学作为实践教学的重要组部分，与学科结构、课程体系和教学改革等有着非常密切的关系，是理论联系实际的重要环节，是提高整体教学质量的根本保证，对培养学生创新能力、动手能力、分析和解决实际问题能力等方面有着不可替代的作用。实验教学也是学生毕业设计、工作研究、研究生深造的前提和基础，在高校人才培养中地位尤其重要。

针对卓越工程师背景下金属材料工程专业实验教学改革要求以及本专业的培养目标，在原有培养方案的基础上增加技能训练科目，在实验内容、方法等方面进行改革与探索，旨在培养学生的自主学习意识，锻炼学生动手能力和独立解决问题的能力，提高学生学习的积极性和培养学生的创造性思维。本文着重论述了技能训练科目在实验教学改革中实施的方法、过程及取得的成效，为促进金属材料工程专业实验教学改革提供思路和方向。

二、技能训练教材建设

传统实验课程的主导思想就是为了对课堂上所授的理论知识加以验证、巩固和加深。多采用验证性实验为主，采用教师讲解、动画演示和实验录像等方法，甚至有些实验还局限于理论教学范畴。实验内容陈旧，与实际生产脱节。金属材料工程专业开设的技能训练科目在传统实验课的基础上，贯彻科学发展观，以人为本，以学生为主体，增加了学生学习的主动性，在实验材料的选取、实验方案制定、以及工艺制定等方面以学生为主，指导教师进行答疑及指导。

在技能训练科目中选取的实验内容中一部分与球墨铸铁生产有关，并制定了球墨铸铁生产综合实验指导书。选取实验内容有：球铁成分、球铁型砂、芯砂混制及造型工艺，球墨铸铁的熔制，球墨铸铁的热处理，球墨铸铁的金相组织观察，球墨铸铁的力学性能测试。所涉及的课程有金属学原理、热处理工艺、造型材料、合金熔炼、金属材料学、现代金相、材料物理性能、铸造工艺学等课程，有些实验内容在课程的专项实验中进行过演示实验。随着经济的不断发展，新技术的不断涌现，材料相关企业在实际生产中采用了更多的先进生产技术，在教材和实验指导书的编制过程中引入最新的生产工艺、设备，注重有关行业标准的学习及使用，可使学生毕业后在工作岗位上尽快的进入角色。例如在金相组织观察实验中，将球化率、球化等级、石墨球大小等级等检测方法的国家标准附录教材中，实验前让学生预习，实验中能参照国家标准或行业标准的实验内容让学生严格按照标准进行执行，熟悉企业产品、理化检测流程，了解企业产品质量管理体系。另外，在教材建设中引入实验设计方法、实验数据处理方法等内容，培养学生自主学习、自主制定实验方案的能力，锻炼学生的创新性思维。

三、教学方法

传统实验教学方法基本上是以灌输、模拟、演示、实验录像、验证为主，在实验中，学生按照实验老师的要求完成规定的实验内容，甚至学生不能亲手进行实验操作，很多实验教学采取小组循环做某个实验的形式，教师重复指导，往往容易造成学生形成思维定势，不能很好地调动学生学习的主动性。

金属材料工程专业设置的技能训练科目，采用综合实验的形式，实验内容灵活多变，力求结合生成实际。实验前，理论课老师进行专题讲解，实验课老师精讲实验内容及方法，引导学生进行思考和讨论，并启发学生设计实验方案，培养学生综合实验能力。在实验过程中学生在指导教师的指导下自己完成每个实验过程，并对实验数据进行分析处理，独立完成实验报告。例如，在球铁生产综合实验中，学生在实验中要完成炉料配制计算、混砂、造型、铁水熔炼、球化孕育处理、浇铸、炉前快速检验、球化等级评定、金相试样制备、热处理工艺制定、力学性能测试等实验内容。并且进行工艺、成分、组织和性能之间的关联分析，充分理解金属材料专业理论知识。材料的成分设计和工艺设计（包括制备工艺和处理工艺）都与材料的组织和性能密不可分，通过技能训练科目可以掌握球铁生产过程中材料的制备、加工、处理、组织结构、性能和应用的全过程、全方面的知识和技术。

四、实施过程

传统实验课中以实验课教师为主，通过实验课老师的讲解及演示完成实验教学内容。金属材料工程专业技能训练科目的指导教师采用理论课教师和实验课教师相结合，教授、学术造诣深、教学经验丰富的老师和刚参加工作不久的青年教师相结合的形式，充分发挥了理论和实践相结合及经验丰富的教授帮带入行较浅的青年教师的教学效果，以及教学传承作用。传统实验教学一般采用循环分组的形式，技能训练科目也采用分组的形式，但采用平行分组的形式，即每组学生的实验流程一致，但每组学生的试样材料的成分不同，处理工艺不同。每组10人，配备两个指导教师（理论课教师和实验课教师），每组同学的实验内容不同，并且做到每个学生至少持有一个试样。每组同学的试样组合在一起就能组成一个完整的实验内容。不同组学生的试样组合在一起，就能组成一个实验体系，该实验体系能够反映材料成分、工艺、组织和性能之间相互影响、相互联系的密切关系。能够使学生把理论和实践很好的联系在一起。这样既能锻炼学生自主学习能力、动手能力、创新能力，又能培养学生的团队协作精神。endprint

例如，本实验中要求学生制备出QT400—18、QT500—7、QT800—2等不同牌号的球铁，根据给定的实验任务，让学生进行制定实验方案。首先让学生了解不同牌号球铁所要求的基体组织，QT400—18的基体组织为铁素体组织，QT500—7的基体组织为铁素体和珠光体混合组织，QT800—2的基体组织为珠光体组织，然后根据要求的基体组织选取合适化学成分和合金元素。另外，球墨铸铁在生产过程中比较容易产生皮下气孔，在本实验中选取不同水含量的型砂进行生产试验，让学生了解生产中型砂检验方法及皮下气孔控制方法。再者，在球墨铸铁生产中，球化处理工艺也是一个重要环节，本实验设计中开设了不同球化处理工艺、不同球化剂加入量及铁水保温时间对效果的影响，让学生了解炉前快速检测方法。学生学会如何使用三角试片观察球化铁水质量，并且增加了热力学法检测球化铁水质量，与现代工业生产技术保持一致。在实验过程中，学生既训练了专业技能，又可验证以往所学理论知识；既可以熟悉、了解先进的仪器设备，又可以通过查阅资料，进行深入理论研究，加强了创新意识的培养，激发了学生对金属材料研究的兴趣。

五、考核方法

实验操作现场考核，动手实践能力；在操作现场考核中，着重考察学生制定实验方案的合理性，实验操作的规范性和对待实验的认真态度，同学之间的相互协作能力。实验报告书面评价，实验报告包括每个学生写一份试验报告及每组学生共写一份综合实验报告；在实验报告书面评价中，着重考察学生的试验数据处理能力以及观察问题、分析问题和解决问题的能力。提问答辩考核，考核理论联系实际、学习效果。在提问答辩考核环节，了解学生在技能训练中所学的知识，提出问题，启发学生的思考。最后，对每小组的实验情况进行点评，指出优点和不足，利于学生进步。

六、教学效果

在技能训练科目中，对金属材料工程专业的实验教学进行了改革和实践，形成了涵盖材料设计、材料制备、材料处理、组织观察、性能检测的全流程、全方面的学生实践内容，形成了金属材料工程专业的基本技能训练模块，有助于提高学生综合知识能力，激发了学生专业学习的兴趣与激情。在提问答辩环节，有的学生说要是这样的实验课早些上，我们的专业理论课会学得更好；有的学生说，学校应该多开些这样的课，这样课使我们的学习更有激情。

七、存在问题及建议

技能训练科目开课时间在第7学期末，为期为2周。技能训练科目的时间较短，学生不能充分、深入的进行实验分析，技能训练任务需要提前布置，学生利用课余时间进行准备。技能训练科目时间短，任务重，指导老师和学生经常利用晚上时间进行实验；另外，实验经费紧张，有部分实验设备陈旧，现正拟采用学科建设经费及制定相关政策逐步解决，保证后续实验教学改革实施。

参考文献：

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[2]汪冬梅，凤仪，刘家琴.金属材料工程专业实验教学改革探讨[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2009，23（1）.

[3]李文魁，周泽华，陈智琴.地方高校材料类专业实验教学的改革与创新[J].实验技术与管理，2011，28（6）.endprint