学科竞赛与材料科学基础实验教学改革

陈炜晔　张树玲　蒋亮　耿桂宏

摘要：本文对我校“材料科学基础”实验教学存在的问题进行分析，引入学科竞赛激励机制，对实验内容进行改革。改革后的实验教学体系，能较好地培养学生的实践能力，提高了实验课程教学的质量。

关键词：材料科学基础；实验教学；学科竞赛

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）28-0108-02

“材料科学基础”是材料类专业的一门重要专业基础课，内容涉及材料的晶体结构与缺陷、形变和再结晶、相图等知识，具有概念多、内容抽象、学科知识面宽等特点。该课程的教学内容包括理论和实验教学两部分，其中实验教学与学科结构、课程体系和教学改革等都有着非常密切的关系，是课程教学工作的重要组成部分[1-3]。

材料成型及控制专业属于工程性、实践性非常强的专业，培养的是具有一定材料科学、材料加工理论知识和应用能力，并能在材料加工领域从事工艺设计和技术开发的高素质应用型专门人才。因此实验教学作为理论联系实际的重要环节，对于巩固学生的基础理论知识、掌握实验研究的基本技能、培养学生运用科学方法开发高性能新材料、改善和提高传统材料组织性能、解决实际工程问题等方面具有非常重要的作用[4，5]。

近期，我校全面制订并开始实施了2014版本科人才培养方案，根据新版培养方案要求，《材料科学基础》成为材料成型及控制工程专业的专业核心课程，学时由64增加至88，授课学期也从原来的第三学期转变为第三、四两个学期，也相应地设置了两个学期的材料科学基础实验及分布在不同学期的材料学综合实验，且均为必修课，强调了实践教学在这门专业核心课中的作用。

一、现状与问题

目前，我院材料科学基础实验课依附于理论课程，并受到实验学时以及条件的限制，导致实验教学中存在一些问题：①学时少、实验内容少；②以验证性为主，缺少综合性、开放性和创新性实验项目；③指导书编写较为简单；④教学方法与手段相对落后。而且随着新版培养方案的实施，材料科学基础的实验课程也需要做出相应调整。

党的十八大报告提出“把立德树人作为教育的根本任务，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人”，狠抓教育教学质量，为实现中华民族的伟大复兴培养有能力、有本事的接班人。作为实验性较强的一个学科，学科竞赛可以引导学校在教学中强化材料类专业基础知识、注重培养大学生的材料专业基本技能的实践动手能力，激发材料类专业大学生的学习兴趣，激励学生学习、掌握材料专业基本技能的积极性，促进对材料类专业基础知识和科学内涵的掌握，落实十八大的要求，提高人才培养质量。

目前，全国范围内的金相大赛包括“全国大学生金相技能大赛”、“全国高校大学生金相大赛”和“全国高校大学生材料综合技能大赛”。将大赛与实验教学改革相结合，更好地发挥实验教学对理论教学与实践能力培养的作用，落实新版培养方案精神，以赛促改，以赛促学，探索出培养具有实践能力和创新意识人才的有效途径，具有重要意义。

二、实验教学改革内容

课题组围绕培养实践动手能力这个重要目标，对原有实验体系进行改革，加强学生的实际应用能力的培养，将材料科学基础主干专业知识点与实验课程设置配套，并进行分层设计。

1.开设基本技能实验，培养学生材料学科实验基本技能。开设金相显微技术基本技能综合实验，实验内容包含：①不同金属材料金相显微样品的制备；②光学金相显微镜的成像原理及使用；③偏光显微镜原理及其在非金属夹杂物鉴别中的应用；④金相显微镜几种常用观察方法；⑤金相显微镜数字图像采集系统应用。金相制备技能是材料学科实验的基本技能，也是其他实验的基础。因此，课题组重点强化了学生金相制备技能的培养，以学科竞赛为激励方法，考核金相基本技能。课题组以校级金相大赛的形式对学生金相基本技能进行考核，设置初赛和复赛，要求学生在40分钟内完成金相样品的磨制、抛光、腐蚀和观察过程，根据金相样品组织形貌进行打分，确定比赛成绩。比赛全部过程完全按照全國大学生金相大赛要求，考察学生金相基本技能的掌握情况。决赛前十名同学进入参加全国大学生金相大赛名单，进行练习，最终确定七名同学参加全国大赛。

2.优化整合实验内容，开设基础性实验。在原有实验项目的基础上对实验项目及其内容进行扩充，补充以下内容：晶体结晶过程及凝固条件对金属铸锭组织影响、金属的塑性变形及再结晶、金属平均晶粒度的测定方法、常用金属材料微观组织观察与分析、盐类结晶过程及晶体生长形态的观察、二元锡铋合金相图的绘制、阳极极化曲线的绘制。学生在掌握金相技能后，独立制备金属铸锭、形变和再结晶、常见金属的金相样品，进行组织观察及硬度测定。通过基本技能培训，学生能够系统地掌握材料微观组织分析观察基本实验方法以及常用仪器设备的操作和维护，夯实实验技能基础。

3.提高“综合性实验”比例，加强学生综合研究素质培养。开设与该课程知识紧密相关的若干大型综合开放性实验，如“普通碳钢的制备方法与组织表征”、“金属材料中微观缺陷组织分析”、“典型零件热处理工艺与组织能的研究”等。学生需独立完成选题、收集资料、设计实验方案、选择实验设备和材料，完成热处理操作、金相样品制备、硬度测试，根据自己的实验内容撰写实验报告。

根据上述基础性和综合性实验成绩，推荐优秀学生参加“全国高校大学生材料综合技能大赛”。

三、实验教学改革的预期效果

通过上述实验教学内容改革，重点培养了基本实验技能，训练学生独立设计实验方案，开展实验撰写报告，体现了学生的实验主体地位，调动了学生的积极性和主动性。同时，引入学科竞赛的激励机制，设置校级和国家级奖励，使学生在实验中主动尝试，不仅是材料成型及控制工程本专业，也吸引了材料科学与工程、新能源材料与器件专业的学生积极参加比赛。课程改革一年多来，已有7名学生获得了国家级奖项，受到了学生的普遍好评。

四、结束语

“材料科学基础实验”是“材料科学基础”课程建设的有機组成部分，两者相辅相成，实验教学更是直接影响到学生专业实践动手能力和创新能力的培养。经过各实验的学习和锻炼后，学生掌握基本实验技能，通过参加校级和国家级金相大赛，加深对实验技能的理解和掌握，提高实践动手能力。同时，通过比赛的锻炼，也提高了学生的临场发挥能力和心理素质；感受不同高校同学的精神状态，对我们学生综合素质的提高也有极大的促进作用。

参考文献：

[1]孟利，杨平，陈冷，韩凌.新形势下材料科学基础实验教学的实践与思考[J].中国冶金教育，2010，（2）：45-47.

[2]杨明波，杨惠，唐丽文，赵玮霖，陈健.材料科学与工程专业实验课程体系的改革[J].实验技术与管理，2007，24（1）：8-10.

[3]王小槐，张照军.《材料科学基础》综合设计型实验教学的探索[J].实验室研究与探索，2004，23（1）：62-64.

[4]林金辉，汪灵.材料科学与工程专业的课程体系和实验教学体系建设[J].高等教育研究，2007，6（2）：54-56.

[5]王金星，刘天模.通过实验教学提高学生创新能力的尝试[J].实验室研究与探索，2011，（7）：255-258.

Abstract：This paper analyzes the problems in the practical teaching of foundation of materials science experimental course. The content has been reformed，which introduced the incentive mechanisms of academic competition. The reformed experimental system fitted well with the feature of course，which will train comprehensive ability of students，and thus improve the teaching quality of experimental course.

Key words：foundation of material science；experimental teaching；academic competition