金相实验教学课程改革与探索

冀宣名，马 瑞，万明攀，李 伟

（贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 550025）

进入21世纪，我国的高等教育进入了突飞猛进的发展时期，由精英教育进入普及教育阶段。但是，随着社会的高速发展，尤其是工业化进程的加快，对高校的人才培养也提出了更高的要求。对于工科学生来说，社会既要求其掌握扎实的理论知识，又要求其必须具备一定的实践动能力。为了更好地服务于社会发展，同时为了贯彻落实《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）》，中华人民共和国教育部实施了卓越工程师教育培养计划，其目的是加快我国由工程教育大国转向工程教育强国的步伐，培养一批具有较高创新能力，同时能够适应经济发展的高素质人才，为我国工业的高速发展提供动力［1-3］。

材料是工业发展的基础，是决定一个国家发展水平的基石，是多学科交叉互助的结晶。材料科学与工程是一门研究材料发展规律、调控改善材料性能的学科，其学科发展目的是揭示材料成分、微观组织、性能及服役之间的关系，进而调整材料组织形貌优化服役能力，最终或者性能优良的材料。而金相实验技术是材料研究和工业检测的常用技术手段，也是相关材料学科学生必须掌握的一项基础技术，是材料人立身的基础。因此，不断更新优化金相实验教学，提高材料科学与工程专业学生实践动手能力，能更好地使学生培养过程与实际工业需求相符合，有利于培养具有较高竞争力的优秀毕业生［4-5］。

一、金相实验教学课程的特点

金相实验教学是一门实践动手能力要求很高的实验课程，其目的是培养学生掌握获得良好金相图像的方法和技巧，锻炼学生的实践动手能力，提高学生发现问题、解决问题的能力，为学生解决实际问题奠定基础。其主要包括金相试样的制备、金相组织观察、金相组织的保存（金相摄影）。金相试样的制备主要包括取样、磨样、抛光和腐蚀等步骤，每一个步骤都要求学生具有较好的实践动手能力，任何一步出错都无法获得良好的金相试样。比如，在磨样过程出现斜面甚至多个面，在抛光过程出现划痕去除不彻底、拖尾等现象，甚至出现非常的危险情况，在腐蚀过程中经常出现的问题是腐蚀过度或者不均匀等，每一个错误都会影响后续的实验，都将导致最终无法实现实验效果。组织观察阶段，不光要求学生具有较好的实践动手能力，能够熟练操作金相显微镜，同时要求学生具有扎实的理论基础。比如，不了解金相成像的原理及扎实的金相组织基础，可能使得学生不了解自己观察到的组织是什么，是否需要完善，怎么完善，而金相组织的保存又要求学生具有一定的电脑基础。

金相实验教学要求较高但其又是所有材料类专业的基础实验课程，是材料专业所有后续实验的先导，基本上所有材料专业均开设有此实验，希望通过此专业实验，提高学生的实践动手能力，为后续的学习及工作奠定基础。

二、金相实验教学的现状

材料专业是既基础又具创新性的专业，有些学习内容晦涩难懂。大多数学校金相实验教学的模式主要是学生先在课堂上学习常用的金相组织，然后进入专业实验室进行实验课程的学习。在实验室通常先由指导教师讲授金相试样的制备流程、金相显微镜的结构与原理，同时告知学生在实验过程中可能出现的风险，然后带着学生简略走一遍实验流程，最后安排学生自己进行实践操作。受实验课时的限制，金相试样主要是批量采购专业实验耗材生产机构出产的标准尺寸试样，这样就可以省却试样的选取和粗磨，节约了时间，试样制备压力小。标准化的试样虽然方便了试样的制备，节约了时间，学生和导师都得到方便，但其与实际工业应用严重脱节，在实际工业生产过程中，许多时候需要进行金相分析的是工业零件或者成品，其应用和形状的不同均影响试样的切取，比如齿轮断裂和用淬火后组织的观察，其取样方法和位置截然不同，所以在金相组织观察过程中取样是很关键的一步，但现在大多数高校实验教学中均省略了这一步。同时，统一采用标准化的金相试样，其组织必然是千篇一律且是最简单的标准组织，与实际生产过程中的组织必然存在较大的差距。随着工业化的高速发展，简单的碳钢在高端产业的应用范围越来越小，材料合金化越来越普遍，钛合金等强度高、质量轻的金属得到越来越广泛的应用，而现在学校金相观察依然是采用碳钢。在金相实验教学试样选择方面，大多数学校已经与实际情况严重脱节，导致学生学习到的东西在毕业后应用不多，严重影响了学生综合素质的培养。

高校有限的经费往往优先投入科研方面，优先采购能带来较大科研成果的设备，在本科实验教学方面投入有限。大部分的金相教学实验室设备简陋、台套数不足，同时设备带“病”上岗。学生能实际动手操作的金相显微镜基本为最简单的型号，光源多采用最便宜的灯泡且无滤组件，基本无法获得清晰的组织。同时，由于不带采集系统，学生只能简单了解原理和操作方法，少量精确度较高且带采集系统的金相显微镜，学生基本上也没有动手操作的机会，只能流水般观察一遍。通过这样的金相教学，学生基本只能了解大致的操作流程和基本原理，实践动手能力得不到有效的锻炼。

对部分管理者和教师而言，实验教学是理论教学的辅助，是次要的，简单走个过程就行。同时，不能通过实验教学发好文章，也不能申请项目，对职称评定没有多大意思，对考核也没多大影响，所以这部分人员从思想上不太重视实验教学就，进而在实验教学过程中敷衍了事，只为完成基本任务。对金相实验教学的不重视，导致金相实验教学的形式化、过场化。

三、金相实验教学改革探索

（一）转变教学理念

材料实验教学是锻炼学生实际动手能力的重要环节，也是培养学生发现问题、解决问题以及提高学生创新能力的重要一步。材料实验教学应该坚持以人为本、学有所用的理念，根据学校发展定位，依据区域发展需求，对学生培养目标作出准确定位［6-7］。作为材料学科的基础实验教学，金相实验教学应在保证基础认知的基础上，结合学生实际能力进行多层次培训，培养学生运用现代分析测试手段解决实际工程问题的能力，进而提高学生的综合能力。课程无主次、更无尊卑，要从思想上提高学生对金相实验教学的认识，改变实验教学只是辅助的认知，给予实验教学以足够的重视，只有对金相实验教学重视起来，其才能起到应有的作用［8］。近年来，学院对此进行了一系列改革，专门成立了实验中心，把实验课程从理论课程中独立出来，有专门人员独立进行实验课程的教学，从课程设置上提高金相实验教学的地位。同时，调整实验人员考核标准，加大教学环节的考核占比，减少科研占比，使得实验人员能全身心地投入实验教学，有效地提高了实验教学的地位和教师的积极性。

（二）优化课程内容

卓越工程师教育培养计划要求学生在具有扎实理论的基础上，具有较强的实际动手能力，工业化的高速发展，要求学生具有解决实际工程问题的能力，这些都要求实践教学需紧密结合实际生产情况。以前，金相实验教学主要是提供常用碳钢给学生，让其完成制样后进行组织观察并与标准组织对照，其组织均为典型组织，学生兴趣不大。同时，随着社会的高速发展，工业材料合金化越来越普遍。在实际工业生产中，由于合金元素的加入，其组织形貌更加复杂化，这时，在金相实验教学中，再单纯地分析典型碳钢材料会导致实践教学与社会实际生产脱节，导致学生在校学习的实践内容在毕业后无用途，严重影响毕业生的发展。为了改善这一不足，使得学生学有所用，增加学生实践能力，同时也为贵州本地工业化进程贡献一份力量。近年来，在金相实验教学改革的过程中，教研室及实验中心教师走访相关材料行业，了解企业实际需求，并结合实际情况，对金相实验教学进行了一定的调整，在保证传统验证型实验的基础上，增加了以实际分析需求为导向的综合性实验。学生以工厂实际生产材料为实验材料，比如以本地钢绳企业的盘条作为金相观察的原材料，对相同成分不同炉号以及不同成分的盘条进行取样观察，分析其生产平稳性及成分对组织的影响，同时，引导部分学生对失效组织进行分析，探索组织对其性能的影响。在这一过程中，由于实验结果的不确定性和多样性，增加了实验的趣味性，学生的激情得以提高，同时，由于实验过程结合企业实际生产情况，在实验教学过程中，学生不但学会了完整的试样制备流程及组织观察，而且锻炼了实践动手能力。

（三）加强对金相实验教学课程的投入

从学科发展来说，工科的研究成果是靠设备堆出来的，同理，金相实验教学的基础也是设备，如果没有好的显微观察设备，就无法观察到好的金相组织。基础版的显微镜只能让学生简单了解实验原理而无法得到充分的锻炼，同时会打击学生的积极性。近年来，学院多方筹措经费，购置了多台带有采集系统的金相显微镜，让学生的金相组织观察不再流于模糊的肉眼观察，而是能够把显微组织保存下来进行后续分析。

（四）加强实验室开放性项目

为充分发挥学校科研优势，提高学生解决实际问题的能力，培养学生的综合素质。学院结合教师与企业的实际科研课题，同时寻求学校的支持，设置了一批内容丰富、形式灵活的实验室开放项目，引导有兴趣、主动性强的学生提前参与科学研究过程。实验室开放实验以学生自我完成为主、教师指导为辅，在教师的指导下，学生组队设计题目，自己选择材料，自己完成相关实验并写金相分析总结，结题多以报告和答辩的形式进行，同时为了激发学生的积极性，对表现较好的学生给予一定的奖励。

（五）以赛促教，以赛促改

与各类学科竞赛一样，实验技能竞赛对调动学生实验学习积极性、增强学生实际动手能力和提高综合素质方面有一定作用。以大赛为提高契机，检验学生实际动手水平，学校每年资助经费组织学生参加全国大学生金相技能大赛、大学生材料综合技能大赛等学科相关赛事。在多轮次选拔过程中，学生不断探索、不断思考，实践动手能力得到了极大的提升。学院教师通过指导学生参赛，发现自身不足并改进，促进实验教学改革，加快教学质量的提高，同时将实验技能竞赛引入课堂，使学生提升实验兴趣以及学习实验技能的积极主动性。通过以赛促教、以赛促改、以赛促学，不断提升材料学科人才质量。实验技能竞赛为材料学科实验教学的改革打开一扇新的大门，教学与竞技比赛相融合，是培养学生动手、提高学生科研思维的新方法［9］。

（六）加强实验队伍建设

实验技术人员是实验教学及实验室管理的重点，其人员质量直接影响着教学质量及实验室建设，为了保证实验教学的稳定提高，需要不断优化实验队伍［10］。学校、学院及专业多方联动，组织相关培训及安排相关人员外出学习，加强实验技术人员对现代教育理念、教育手段的掌握，同时掌握相关设备的操作和维修手段。在对现有人员进行培养的同时，制定相关福利政策，吸引优秀人才，鼓励高学历年轻教师到实验岗位。

结语

在“双一流”、工程教育认证及“卓越工程师教育培养计划”的背景下，实践教学的地位越来越重要，成为办好高等教育的重要组成部分，但是其面临的挑战也越来越多。贵州大学材料与冶金学院在分析金相实验教学特点及问题的基础上，以服务地方产业发展、提高材料学科毕业生综合素质为出发点，从转变教学理念、优化课程内容、以赛促教、以赛促改等方面进行了一定的教学改革探索。有力保证了金相实验教学活动的高质量运行，极大提高了学生的实际动手能力和前沿创新意识，为培养适应贵州现代化工业发展的高素质人才提供了有力保障。