第８卷第３期 实验科学与技术 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．８ Ｎｏ．３ ２０１０年６月 Ｊｕｎ．２０１０ 材料科学与工程实验教学改革与实践 陈玉珍 ，马宝山 （大连海事大学ａ交通与物流工程学院；ｈ信息科学技术学院，辽宁大连１ １６０２６） 摘要：总结了几年来学校材料科学与工程专业实验教学中存在的问题。围绕着如何提高学生的综合素质，加强学生创新能 力的培养，提出了学校材料科学与工程专业实验教学体系的改革与实践方案。讨论了实验课程结构的改革，实验教学内容 的整合、更新及实验课与理论课的衔接，并对改进效果进行了总结分析。 关键词：创新能力；实验环节；效果 中图分类号：Ｇ６４２・４２３；ＴＢ３０ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—４５５０（２０１０）０３—０１０１—０３ Ｒｅｆｏｒｍ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＣＨＥＮ Ｙｕ．ｚｈｅｎ ，ＭＡ Ｂａｏ ｓｈａｎ （＆Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ； ｂ．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｓ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｙｅａｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｐｅｃｉａｌｔｙ ｉｎ ＯＬ１／＂ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｉｔ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｓ ｏｎ ｈｏｗ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｏｗ ｔｏ ｃｕｌｔｉｖａｔｅ ｔｈｅｉｒ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ．Ｒｅ－ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｍ ｏｆｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ＣＯＨｌ￣ｅ，ｔｈｅ ｒｅａｒ－ ｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｎｄ ａｒｅｎｅｗａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｊｏｉｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ＣＯＵｒｓｅｓ ｗｅｒｅ ｌ—ａ ＳＯ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔ ａｌｓｏ ＳＵＩＤｌｎａｒｉｚｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｒｅｆｏｒｍ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｅｆｆｅｃｔ ｌ 引 言 实践性教学环节是整个教学体系的重要组成部 性，学生在实验中能充分发挥自己的想象力和创造 力，优化知识结构，扩大知识面，开阔视野 Ｊ。 因此，所开设的实验项目应使学生通过实验实现以 上目标。目前我校材料科学基础课程所开设的实验 “金相显微镜的使用和试样制备”、“二元合金显微 分，尤其是工科类院校，它对学生的能力培养和综 合素质的提高起着极为关键的作用¨Ｊ。近年来为 提高学生的动手能力和思维创新能力，很多高校教 师开展了相关的实验教学研究工作 Ｊ。我校材料 科学与工程专业自２００５年开始招收本科生后，陆 续开设了材料科学基础、金属材料及热处理、材料 组织分析”、“铸铁金相组织分析”、“固体金属及 合金中的扩散渗层组织分析”等，内容单一，且多 为理论验证性实验，学生都是在老师的指导下完 成。属综合性、设计性、创新性的实验很少，实验 只是理论教学的附属品。学生感到枯燥无味，制约 了学生的个性发展，不利于学生创新能力的培养。 金属材料及热处理课程实验内容中“观摩热处 理工艺录像”，学生普遍反映录像教学内容陈旧， 力学性能等专业基础实验课。我们不断总结实践教 学经验，对实验教学中存在的不足，进行了大胆的 改革和实践。 ２课程现状 材料科学基础是一门典型的以基础理论和工程 实践紧密结合的学科。它与实验具有很强的互补 不适合作为单独的一项实验内容，应开设更适合培 养学生动手能力的实验项目。由于实验设备少，材 料力学性能课程实验中“摩擦磨损示范”实验项目 只是演示实验，并且只有２个学时的时间。学生不 收稿日期：２０１０一Ｏ１—２９；修改日期：２０１０—０３—１６ 基金项目：大连海事大学校教改项目（２００９Ｙｌ１）。 作者简介：陈玉珍（１９７８一），女，硕士，实验师，主要从 能得到更好的锻炼机会，因此应努力解决实验设备 少和学生需求之间的矛盾。 由于我校材料科学与工程专业为新成立专业， 事实验教学与管理工作。 缺少本科实验教学经验的积累，因此，一方面要争 ・１０２・ 实验科学与技术 ２０１０年６月 取借鉴同类院校的成功教学经验；另一方面要善于 在实践中积累经验，从学生中来到学生中去，对学 生反映不好的实验项目应努力进行改革。只有不断 完善不断改进，才能逐渐建立起完善的材料科学与 工程专业的实验教学体系，使实验教学真正发挥其 作用。 充分体现学生的自主性，我们对实验管理作了较大 的改革。（１）实验前使学生明确《材料科学基础》 课程综合实验的要求和考核标准；（２）学生自由 组合（每组４～５名），在规定的时间内，通过查阅 大量文献和资料，制定实验方案，并通过电子邮件 发送给指导老师；（３）指导教师经反复审阅和修 改后，将实验方案返给学生，通知学生熟悉实验设 ３实验内容改革 ３．１ 材料科学基础综合性实验方案及实施方案研 备；（４）开放实验室，提高实验设备的利用率和 投资效益。在整个实验过程中，实验室全天对学生 究 把原来的“金相显微镜的使用和试样制备”，８ 个学时的实验项目改为“铁碳合金平衡组织观察与 分析”和“冷变形钢的再结晶”综合性实验项目，其 中“铁碳合金平衡组织观察与分析”为课内验证性 实验（２学时）。通过该实验使学生掌握钢的几种平 衡组织特征，学生能熟悉显微镜的使用，为综合性 实验的开设做知识积累。“冷变形钢的再结晶”综 合性实验项目具体实施方案如下： １）学生根据所学知识并查阅相关资料，设计 给定冷变形钢的再结晶处理工艺方案； ２）设计、加工试样，对试样进行塑性变形； ３）对变形后试样取样，根据其再结晶温度确 定不同的热处理温度； ４）热处理后试样经过磨样、抛光、组织显示 后进行显微组织观察； ５）分析再结晶工艺对钢显微组织的影响。 通过该实验方案使学生能够建立起成份、组 织、性能三者相互关系的感性认识，掌握材料组织 性能分析基本手段和操作技能（取样、磨样、抛 光、组织显示、显微镜的使用等）。 ３．２金属材料及热处理实验内容改革 把“观摩热处理工艺录像”作为实验项目中的 辅助内容，开设“奥氏体晶粒度测定”实验项目， 通过该实验使学生了解钢中奥氏体晶粒大小的测定 方法，研究加热温度对奥氏体晶粒大小的影响。确 保新实验项目既能够体现热处理实验课特色又有利 于培养学生的综合素质。 ３．３增加学生动手机会 针对材料力学性能课程实验中“摩擦磨损示 范”实验项目，学生动手机会少的问题，制备足够 的摩擦磨损试样，让学生以兴趣小组的方式利用课 外时间到实验室进行实验。 ４实验管理改革 为提高《材料科学基础》综合性实验的效率， 开放，让学生有充分的时间（集中２—３周）进行实 验，学生在遵守实验室规章制度的前提下，独立操 作完成所制定的实验内容；（５）拍摄金相组织图 片，分析组织特征撰写实验报告；（６）由指导教 师、实验员共同组成评审小组， 对学生的实验报告 和实验过程中的实验态度和实验操作按照实验考核 标准进行考评。由于学生自主参加了整个实验过 程，大大地提高了他们的积极性，激发了做实验的 兴趣，充分体现了实验管理人性化与柔性化相结合 的特征。 ５改革方案效果评价 １）开设奥氏体晶粒度测定实验，在实验过程 中，学生对晶粒大小的概念有了更深的理解。实验 过程中都是学生自己动手测量，计算晶粒度，提高 了学生的学习兴趣。另外，学生还接触到了目前先 进的显微镜，学会了用金相分析软件测量晶粒度级 别，教学效果很好。 ２）开设材料科学基础综合实验，（１）学生能 独立完成实验内容，按照自己的需要调整学习内容 和时间，变被动为主动，激发了学习的积极性和主 动性；（２）培养和锻炼了学生发现问题和独立解决 问题的能力。例如，有的学生切取的样品特别薄， 镶样品时不方便，学生就把样品粘接到一个大块状 样品上再进行镶样，从而解决了问题；（３）培养了 学生的科研兴趣和创业精神。在实验过程中，学生 直接接触一些先进的科研设备，激发了他们对本专 业的学习兴趣，很多学生确立了将来考取本专业研 究生的目标。为了保证金相组织图片清晰没有划痕， 有时要反复磨样，有的学生甚至反复磨七八次，培 养了学生吃苦耐劳的敬业精神；（４）促进了教学相 长。培养学生的综合素质，必然对教师提出了更高 的要求。每次实验都会遇到一些难以预料的新问题， 需要教师不断充实自己，满足学生的求知欲。总之， （下转第１８６页） ・ｌ８６・ 实验科学与技术 ２０１０年６月 ３．１学生考勤模块 实验室能承受的极限。本系统开发的实验教学管理 平台正好解决上述问题，在此平台上可以进行实验 室预约和实验室状况查询。 ３．３ 学生上交作业，老师批改作业模块 开放实验室是培养综合性人才的需要，是实验 教学改革的必然要求。传统实验室开放管理是采用 手工登记学生信息，任务量繁重，且很难进行统计 管理。部分高校采用条形码识别进行学生信息的登 记，又存在无法识别是否学生本人，且学生必须携 带相应的登记卡等缺点，本系统采用指纹识别技术 进行学生信息的登记，因为指纹识别率相当的高， 因此具有很高的使用价值。本系统采用ＴＦ—ＲＤ— 基于Ｗｅｂ办公自动化系统实现了学生集中上 交作业的“无纸化”转变，学生作业通过网络在线 提交，老师在线批改，做到了教学之间的相互促 进，有效沟通。此外通过Ｗｅｂ办公自动化系统老 师还可以及时的发布教学信息，和学生在线交流， Ｍ１指纹识别仪，具有高性能光学指纹采集头和高 实现教与学的相互促进，最终提高教学质量。 精度的ＣＭＯＳ芯片构成，外部采用ＵＳＢ与电脑相 ３．４实验教学信息查询模块 连。通过ＣＳ模式下通过核对学生指纹，把信息登 传统实验教学管理模式中，老师每次上实验课 记到数据库，学生或者老师可以通过Ｂ／Ｓ模式查 需要携带一些实验材料，非常不方便，本系统把这 看学生的登记信息，指纹注册界面如图２所示。 些信息录入到系统中，老师上实验课时可以实时查 看实验信息，能够直接从系统中得到数据并形成报 表，从而实现替代传统管理模式；采用预先规定好 的模板，实现最终文档格式的规范化。 ４结束语 我们开发的实验教学管理平台从系统分析和设 计模式展现了系级实验室管理系统优越性，改善了 传统实验室管理工作中的一些弊端，促进了实验室 的规范化管理，为我校实验室建设工作提供了一个 图２指纹系统注册界面 参考依据。 参考文献 ３．２学生实验室预约模块 实验室开放是充分发挥实验室现有资源，提高 ［１］ 黄海艇．基于互联网的实验室管理系统设计［Ｊ］．实 仪器设备利用率的有效措施。如果在实验时间和实 验科学与技术，２００３，１（３）：５９—６２． 验内容上都开放，就给实验教学管理人员带来了极 ［２］张润杰，刘维民，刘鹏，等．基于Ｂ／Ｓ模式的网络 大的挑战，实验内容开放要求实验教学工作更具创 版实验室管理系统［Ｊ］．首都师范大学学报：自然科 学版，２００５（０２）：１６—１８． 新性，实验时间的开放要求实验安排更为灵活。实 ［３］宋铭利．计算机实验室管理系统设计与实现［Ｄ］．咸 际操作中常常出现以下２种情况：（１）某个实验 阳：西北农林科技大学，２００５：１—５０． 室开放时段，学生一个也没来做实验；（２）另一 ［４］ 张松，陈志刚，金亮．开放实验室管理系统设计方案比 实验室开放时段，学生来做实验的数量大大超过了 较及实现ＥＪ］．计算机工程与应用，２００４（３）：２３０—２３Ｚ （上接第１０２页） ［２］ 张小林，周美华，李茂康，等．论化学实验中的“设 通过材料科学基础课程创新实验，大大提高了学生 计性”实验［Ｊ］．实验科学与技术，２００７，５（１）：７４— 应用所学理论知识分析和解决实际问题的能力，培 ７６． 养了学生的创新意识。 ［３］蒋时红，刘旺根，王琦，等．设计性实验教学存在 的问题及对策［Ｊ］．中医药管理杂志，２００８，１６（５）： 参考文献 ３７１—３７２． ［４］单希林．构建实践教育创新体系培养高素质创新人 ［１］郭钟宁，骆少明，张湘伟．机械类专业实践教学体 才［Ｊ］．化工高等教育，２００５（３）：９６—９８． 系构建与实施［Ｊ］．实验技术与管理，２００９，２６（６）：１５ ［５］ 毛宗万．创建专业化实验新体系，培养本科高素质 —１６． 创新人才［Ｊ］．高等理科教育，２００２（５）：７４—７６．
