金属材料工程专业表面工程综合实验课程的改革

王 兰 邵红红 李冬升 王云龙

江苏大学材料科学与工程学院 江苏镇江 212013

现代表面工程课程是我校金属材料工程专业学生的一门必修课，而与之相配套的实验是验证表面工程理论知识，加强理论联系实际的重要手段。该课程传统的实验是依附于课程的，实验学时少，实验内容单一、不系统，且多属于验证性实验。按照我校金属材料工程专业培养目标的要求，这种实验教学模式忽视了对学生科学精神与创新意识的训练，不利于学生创新能力和综合能力的发展[1,2]。因此以综合性、设计性以及创新性实验取代原有验证性实验势在必行。为此，我校在2011年开始对该课程实验进行了改革。

1 综合实验内容的改革

原先的实验是依附于现代表面工程课程设置的，实验学时为6学时，内容包括：钢的化学镀、钢铁的磷化以及电镀锌。在这短短的6个学时中，学生要完成上述3个实验内容的操作十分紧张，后续的一些性能表征实验均由指导教师象征性地演示一遍就草草结束。为了切实培养学生的动手能力，加强学生创新能力的培养，改革后取消了原来课程设置的实验，单独设置了表面工程综合实验课程，30学时，2学分。该综合实验课程在大三下学期第9～16周进行，此时学生已完成了材料科学基础、金属组织控制原理、金属的腐蚀与防护和现代表面工程等多门专业课的学习。表面工程综合实验共分为2个实验专题：一为金属耐磨涂层制备及性能检测；二为金属耐腐蚀涂层制备及性能检测。其中专题一包括化学镀镍磷合金和铝合金的阳极氧化，专题二包括钢铁的磷化和电镀锌。学生可以根据自己的兴趣从中选取2个实验内容进行实验，鼓励学生学习之余进行其他两个实验。

2 综合实验的实施

综合实验与课程实验有较大的区别，综合实验内容多，周期长，系统性强。综合实验的具体实施过程包括以下几部分。

(1)指导教师集中布置实验专题，讲解实验目的、实验内容、实验中仪器设备的结构、操作方法等。(2)学生自由进行分组，按照目前工程教育专业认证要求，每组3～4人。(3)学生根据自己所要进行的实验内容，查阅相关文献资料并撰写实验预习报告。(4)进行实验预习报告答辩，答辩通过后，方可进入实验室进行实验。(5)根据答辩通过后的实验预习报告，进行相关实验。(6)进行实验数据整理、分析，撰写实验小论文，进行实验论文答辩。

在综合实验的实施过程中，实验预习报告答辩非常重要，它是实验能否顺利开展的前提条件。因此，指导教师根据学生撰写的实验预习报告，结合实验室的现有条件，询问实验方案的可行性、实验目的能否达到、如何开展实验以及如何应对实验过程中可能出现的一些问题，通过实验预习报告答辩的小组才能进入实验室进行实验，未通过实验预习报告答辩的小组退回重新撰写，直至答辩通过后才可进入实验室进行实验。

3 综合实验成绩的考核

综合实验成绩考核可以激发学生的学习积极性，同时也是对学生学习劳动的一种认可[3]。综合实验成绩的考核不再像以前仅仅局限于对实验报告的评定，其由学生平时工作表现(出勤、实验操作)、实验预习报告完成质量、实验论文撰写以及论文答辩成绩组成，所占比例分别为30%，30%和40%。这种成绩评价方式能全面检测学生的实验效果，科学评价学生的综合素质和创新能力。综合实验以小组为单位，虽然同一小组实验数据相同，但是要求每个学生撰写论文时语言表述上不可雷同，根据实验结果必须有自己的独立分析与见解。

4 综合实验的效果

通过近几年该综合实验的实施，取得了良好的实验效果。主要表现在以下几方面。

(1)真正做到理论联系实际，提高学生的实验技能以及分析、解决实际工程问题的能力。学生在实验论文的结束语中反映，通过综合实验的系统训练，对所学的现代表面工程课程的理论知识有了更加深入的理解，不再仅仅局限于传统意义上的“纸上谈兵”。同时通过该综合实验的系统训练，实验技能水平以及分析问题、解决实际工程问题的能力有了明显提高。通过该实验，学生能够熟练地制备出合格的金相样品；能够正确测量表面改性层的深度；能够熟练进行镶嵌机、显微硬度计、磨损试验机、盐雾试验机等仪器设备的使用。在钢铁磷化的实验内容中，有些学生想探究温度对磷化膜的影响，对高、中、低温磷化均进行了实验。通过实验，学生发现温度不仅对磷化膜成膜速度、磷化膜厚度有明显影响，而且还对磷化膜的外观形貌有很大的影响。随着温度的增加，磷化膜成膜速度快、磷化膜厚度增加，磷化膜的颜色也随之加深，从浅灰色变为深灰色。有些学生采用2种不同的药液配方(配方1：磷酸二氢锌，硝酸锌；配方2：氧化锌，磷酸)进行高温磷化实验，在相同的磷化时间下，发现药液配方对磷化膜成膜速度、磷化膜厚度影响不大，但对磷化膜的颜色和表面粗糙度有明显影响，配方1形成的磷化膜为灰色，表面较光滑；而配方2形成的磷化膜颜色发黑，表面粗糙且有闪亮的点，这些不同形态的磷化膜就促使学生思考这两种配方得到的磷化膜会不会在性能上产生明显的差异。

(2)培养学生参与科学研究的浓厚兴趣。由于该综合实验是学生进入专业学习后首次由自己全部独立完成，看着由自己独立完成得到的可靠的实验数据，学生进行实验的自信心和参加科研的兴趣明显提高，激发了学生对科学研究的热情，这一点在我校每年大学生科研立项申请上表现尤为突出，每年本专业学生获批江苏大学大学生科研立项多达15～20项。

(3)为后续的现代表面工程课程设计、金属材料专业综合实验、毕业设计以及未来踏上工作岗位奠定了良好的基础。通过前期本综合实验的训练，学生在文献查阅、实验方案制订、实验操作、性能检测、实验数据整理与分析、论文撰写等方面均已得到了全面、系统地训练，在后续的现代表面工程课程设计、金属材料专业综合实验、毕业设计以及未来从事专业科研工作中均能体现出良好的专业素养。

5 结语

以上是我校近年来对表面工程综合实验进行的改革及所取得的成效。通过近几年的实施，可以发现，单独设置课程综合实验对专业教学来说是一种非常有益的尝试，一方面加强了学生对课程理论知识的理解、吸收与消化；另一方面切实增强了学生的创新意识、实际动手能力，提高了学生的专业综合素质。当然，在表面工程综合实验实施的过程中，也存在一些问题，以小组为单位进行实验，有部分小组成员做实验的积极性不太高，团队协作精神不够，这些需要指导教师在今后的实验中不断进行正确引导与监督，让每个学生都积极参与到表面工程综合实验中，促进表面工程综合实验教学朝着更有利于学生全面发展的方向发展。

[1]周衡志,巴志新,王章忠.应用型本科材料专业表面工程综合实验课程改革初探[J].科教文汇,2010(10):39-40.

[2]苗润生,邵红红,王兰.金属材料工程专业综合实验课程的教学实践[J].实验科学与技术,2012,10(2):92- 93.

[3]王红侠,李新星,刘照文.金属材料专业实验教学内容的改革[J].实验室科学,2014,17(5):111-112.