基于应用型人才培养的《金属学与热处理》实验教学改革
陈守东 刘晓娜 叶海波 张金标
摘? 要：在工科材料类专业中金属热处理实验是重要的专业基础实践课程，对培养应用型人才具有重要的作用。《金属学与热处理》是材料类的专业基础课程，涉及内容丰富，理论性强，部分概念和原理较为抽象不容易理解。基于该课程实验的性质和特点，以培养应用型人才为目标，采取巩固和完善验证性实验、开设综合性设计型实验和优化考核等措施对实验教学环节进行改革探索。实验教学改革实践表明，优化考核机制，激发学生的自主学习兴趣，引入自主实验，锻炼学生的动手操作能力和提高创新意识。
关键词：应用型人才;《金属学与热处理》;实验教学改革;考核方式
中图分类号：G642 文献标志码：A? ? ? ? ?文章编号：2096-000X（2021）06-0160-04
Abstract： The experimental course of metallography and heat treatment in material is a basic practical course， which plays an important role in cultivating high quality applied talents. Metallography and heat treatment is involve rich content and strong theory， some concepts and principles are relatively abstract and difficult to understand. Based on the nature and characteristics of this course， aiming at cultivating application oriented talents， the reform of experimental teaching links is carried out by consolidating and perfecting confirmatory experiments， offering comprehensive design-based experiments and optimize assessment. The teaching practice shows that this has greatly stimulated the learning interest， exercised the students' operational ability and improved their innovative consciousness.
Keywords： applied talents; "metallography and heat treatment"; experimental teaching reform; assessment method
前言
《金屬学与热处理》是普通高等学校材料类专业本科生专业课程中的重要基础课程之一。该类课程主要包括三大部分：金属学原理、金属材料热处理原理与工艺和金属材料科学。前面两项比较侧重于课堂的理论知识的考察，都是较为抽象化的专业知识与理论，而金属热处理工艺及金属材料科学就比较侧重于实际的生产工艺，如不通过学生实际的动手操作和实践就难以掌握其中的知识点，也达不到课程应有的学习目标。尤其对于地方应用型高校的人才培养方式，往往最缺少的就是学生实际的动手操作机会和实践技能的培养，无法通过自己做实验来查缺补漏以达到所学知识的应用，只能通过老师在课堂上用多媒体和书本来进行浅显的讲解和介绍，使学生难以了解和掌握课程知识。长期以来，高等学校《金属学与热处理》课程的教学安排包括课堂知识讲解学习和实践实验两个部分，针对《金属学与热处理》实验教学的过程中，由于所开设《金属学与热处理》相关实验项目的知识点较多且抽象复杂（如金属凝固过程组织演化、热处理工艺与组织转变等），实验项目的教学仍然采用常规的教师讲解示范、学生观察记录与报告撰写方式，成绩评定仅仅评价最终的实验报告，缺乏过程性考核，导致《金属学与热处理》课程的实验教学效果一直不理想，学生学习积极性不高，远没有达到应用型人才培养的目标。
为提升地方应用型高校材料类人才培养质量和使学生真正学以致用的目的，应该积极改革现有应用型高校《金属学与热处理》课程实验教学的方式方法、组织形式、考核机制等，将《金属学与热处理》课程实验教学的目标转变为对学生创新性思维和实践能力的培养。通过完善和巩固验证性实验、开设综合分析型的设计实验和优化考核机制，来提高学生们对专业知识的认知与理解。特别对于地方应用型本科高校，要更关注于培养综合应用型人才，要积极改革一些老式过时的教学模式和教学方法，做出必要的改革与创新，引进新的教学模式和策略，提升教学质量，使学生真正能将所学知识应用到实际中。根据应用型人才的培养目标和金属热处理学科的发展，对地方应用型高校的《金属学与热处理》课程实验教学提出了更高的要求，进行《金属学与热处理》实验教学的改革、实践与思考，为地方应用型高校金属材料实验教学的发展提供指导。通过实验教学内容、实验教学方法、实践能力及考核机制的改革，充分调动了学生学习的积极性、参与性和主动性，提高了教学效果，达到了所学知识的实际应用目的。
一、实验教学存在的问题
理论教学和实践教学是构成课程教学的两大体系，是培养学生综合素质、实践能力和创新能力相辅相成的教学环节与内容。其中，实验教学是重要的实践教学环节，是一种知识与能力、理论与实践相结合的教学活动，对学生创新能力、动手能力的培养具有重要意义。以往实验教学是将实验课程作为理论课程的辅助部分，并以理论为主导进行实验，课程实验只是对课堂教学的补充教学，简单辅以验证，不单独开设考核，而且课时安排较少，未从完全基于应用型人才培养目标的整体性来构建实验教学体系，更没有突出应用型人才培养的重要性。
教育行政部门和授课教师对实验教学环节并没有太过于重视，仅仅认为实验教学项目是课堂教学的简单补充。但实验教学不仅作为学生强化理论学习的手段和途径，而且更是硕果仅存的理论联系实际的方式，所以应该更加重视实验教学。在实验教学内容方面也有许多不足，基础性验证实验、设计性综合实验和研究性实验的实验项目未能跟上现代科学技术的发展和人才培养目标，缺少对学生综合能力实践训练的内容，例如，在实验课前，教师准备好试样，实验过程中教师详细讲解实验内容步骤，然后学生轮番观察试样的显微组织特征及演化过程，再画出指定试样组织形态，分析实验结果，撰写实验报告。采用这种常规式（如同课堂教学一样）的教学方法根本无法锻炼学生的自主创新与钻研精神，教学理念太过于书本化和理论化。
对于课程检验的最有效考核手段过于单一和简单，传统实验教学内容不再进行单独的评价和考核，只是将实验部分作为整个专业课程的一部分，根据最终的实验报告给予相应的分数（按一定比例折合到整个课程的考核中），这种简单附带的考核，一方面没有突出实践教学的重要性，另一方面忽略了对学生实验教学的过程性和参与程度的考核。实验过程缺少学生自己动手实践的机会，无法真正提高学生的创新能力、实践与应用能力，没有达到地方应用型高校材料类应用型人才的培养目标，急需改革现有《金属学与热处理》课程实验教学的模式、方式和考核评价，突出地方应用型高校人才培养目标和课程应用型、实践性的特点，提升学生的知识应用能力。
二、实验教学的作用
课程实验教学环节，即课程实践是地方应用型高等学校专业课程教学体系中的重要组成部分，是培养学生理论联系实际、解决实际工程问题、锻炼实践能力，最直接、最有效的教学环节和手段，是提高教学质量和效果的有效途径，对培养学生创新意识、创新思维和创新精神、实践动手能力、分析和解决实际问题的能力有着不可代替的作用。
基于实践应用能力培养的导向，在改革后的《金属学与热处理》实验课程教学内容中设置了四个验证性实验项目，即淬火、正火、回火、退火實验。在进行实验过程中，授课教师只是充当指导者的角色，完全由学生自主操作完成，要完成每个实验项目的考核指标，学生需要用到许多课堂上学到的相关理论知识，必须掌握各种仪器设备的使用方法和工作原理，必须充分了解样品在实验中的特色现象与状态，通过观察样品的状态演化来分析和判定实验结果，这样充分调动了学生自主学习的气氛，锻炼了团队协作精神和知识综合分析应用能力。课程实验是针对课堂教学中所涉及的实际现象和问题而开设相应实验项目，实验过程中可以通过条件的控制来促使某种现象的出现，实验方法、设备操作、研究手段和路线可以有多种选择，以此来培养学生的实践能力和创新能力。实验教学与课堂理论知识息息相关，通过课堂上学习的知识来完成实验项目中所遇到的实际问题，把知识与实践紧密联系起来，真正做到理论联系实际。
科学合理的实验教学考核评价体系，是提高学生实践应用能力和教师教学效果的有利指挥棒。针对当前地方应用型高等院校专业课程实验教学存在的问题，应该根据应用型人才培养的目标，改革实验考核评价方式，构建有利于培养学生创新意识和应用能力的专业课程实验教学的考核评价新体系，注重学生的实验参与程度和贡献性的考核，建立过程性和多元化的考核评价体系，有效指导实验教学的改革，提升地方应用型高等院校人才培养能力。
三、实验教学的改革
（一）开设线上教学
建立完善的线上实验教学体系，各实验实践前进行线上实验项目预习教学，针对本次要做的实验，授课老师在线上提前列出一张关于该实验项目的所有流程、步骤和注意事项等，通过微信、QQ或学习通等手机移动学习APP发送链接至每个同学，在实验前完成这张小试卷并进行评测，如有不及格则返回重做（做到及格为止），试卷分数算入平时考核评分中。采用实验项目的线上教学，学生可以提前了解所做实验项目的要点，提前查找相关资料，如遇问题，学生可及时反馈给教师进行互动讨论，教师可根据学生测试结果和反馈情况，及时调整实验项目内容和教学方式。通过网上实验项目预习考核可以让同学们提前进一步了解实验的具体过程、实验中需要用到的设备和物品以及实验成功或失败所产生对应的实验现象等。这种方法可以大大减少同学们在实验室中具体操作过程所产生的失误，使授课老师教学进程开展的更加流畅，避免出现“一问三不知”的尴尬场面，利于师生之间的及时沟通和互动，提高了学生实验实践的参与程度，大大提高了实验教学质量。
（二）改革实验操作方案
《金属学与热处理》实验课程中有许多概念和理论比较抽象，内容繁杂零散且涉及面广，有些内容更是难以理解还缺乏逻辑性，不具有直观性、导致许多学生学起来感到枯燥乏味，更抓不住重点要点。所以，授课时，应适当的突出课程内容所具有的综合性、应用性和创新性等特点，建立起它们之间的相互联系，找出其内在规律，使学习内容更加具有条理，学习思路更加清晰。因此，《金属学与热处理》实验教学是将理论与实践实现有机结合，通过学生的实际动手操作、观察与分析，使学生巩固并加深对课本上理论知识的理解，以达到对基本概念、基本原理的真正理解，并培养学生的实际动手操作能力、发现问题、分析问题和解决问题的能力。
以往的实验教学模式告诉我们，一味地给学生灌输理论知识是不正确的。总是缺少学生自己动手操作的机会，都是通过书本和授课教师的讲解来了解某个实验项目的现象与结论，而学生自己总是缺少带入感和参与感，有种“不识庐山真面目”的朦胧感。以往的实验多为老师操作讲解，学生观察为主，学生得不到锻炼，可增设综合性设计型实验，让学生自己动手操作，通过对实验中出现错误的解决更进一步的了解自己在理论知识上所存在的不足。教师可根据学生能力的差异，可将学生进行分组完成实验项目，以每一个小组为单位进行实验的准备、操作、记录、分析与讨论。通过组员间的分配与实践，进一步的增强学生的实践精神和团队合作精神。
（三）优化实验教学的考核方式
传统课程的期末考核比较注重理论知识的考核，弱化实践能力的考查。大部分国内高校采用70%的期末考试成绩+30%的平时成绩组成学生最终的评价成绩。这一考核占分比例放在文科或其他系中并无太大问题，反而会简化考试流程，但是对于工科类的学生来说，尤其对于地方应用型高校而言，这种分数设置和考核形式既合理也不合理，合理的地方在于理论知识确实十分重要，所以理论考核比例较大是完全没有问题的，但是不合理的地方同样也暴露出来了，在这种考核方式下课程期末考试就是给学生一个分数而已，完全体现不出学生的应用能力，没有达到应用型高校的人才培养目标。对学生来说，学习目的也就是通过考试来获取分数，工科一向是理论加上实践这一方针，可以说，两者并不存在有谁比谁重要的问题，因此将期末考核终归于只是追求分数，通过考高分为目的，那将是考核机制的失败。分数上的巨大差异就直接导致了学生的学习自信心，直接影响了学生对实验教学的不求甚解的学习态度。为突出地方应用型高校人才培养的特点，急需对材料类《金属学与热处理》实验课程的考核机制进行优化设置和改革。
1. 差异性的进行实验教学项目考核：教师要根据各实验项目的内容、特点和考核点，采用不同的实验项目应有不同的教学方式，不同的实验项目的重要程度和考核分值也应有巨大的差别，设置分值区域化考核方式。比如《金属学与热处理》实验教学内容中的四个验证性实验——金相显微镜的使用、金相显微镜试样的制备、铁碳合金平衡组织观察和钢的热处理，根据实验内容的综合性程度、评价方式的灵活程度及学生的综合应用能力程度，设置这四个实验项目的实验分数占比分别为10%、35%、20%和35%。
2. 分阶段性进行实验教学项目操作与考核：可将各个实验教学项目分配到不同的学习时期，老师对每次的实验都进行平时实验成绩记录，期末考核成绩即为各个阶段的阶段性实验教学成绩的总和，将此成绩归纳为期末考试的平时成绩之中。
3. 注重实验实践实训參与程度的考核：大学的教学与初高中大不相同，大学的学习多为学生自学，老师仅仅只能起到辅助指导作用，有些学生不来上课，如课前授课老师不点名的话其实是不知道的，不会像高中那样严格，所以慢慢滋养了一些人的惰性，使教学无法顺利的进行下去，导致许多人在课堂的理论知识教学时就逃课，更不用说是实验教学课程，所以要严打缺勤现象，积极引导学生主动操作实验，提高学生参与实验教学的积极性，加强学生自主操作能力的培养。
四、结束语
《金属学与热处理》实验教学进行难度大，是因为它和理论知识教学有着完全不一样的教学模式和特点，理论知识教学过多于灌输理论知识，并且更加抽象化，不能给人以更加直观的视觉上的冲击，而实验教学则更注重于培实验操作能力和实践能力，通过实验现象给人以视觉上的直接感受，但是实验教学还要有专门的实验室，并且还要有足够的实验器材，而且实验教学在整个教学过程中所占的比例并不大，所以实验的课时也是比较少的，不可能做到面面俱到，总是会出现许多不足的地方。基于《金属学与热处理》实验课程的性质和特点，以培养应用型人才为目标，采取巩固和完善验证性实验、开设综合性设计型实验和优化考核等措施对实验教学环节进行改革探索。通过优化考核机制，激发了学生的自主学习兴趣，引入线上教学和自主实验操作，锻炼了学生的动手操作能力和提高了创新意识。这些改革措施在实际教学中取得了显著效果，改变了以前只是把理论挂在嘴边，没有动手实践的现象，使学生的创新能力和动手实践能力得到提升，新教学模式下人才培养效率显著提升，这对于新时期需要越来越多的应用型人才，且具有重要的意义。新的实验教学模式，为地方应用型高校的实验教学改革提供参考，但是实验教学改革不是一劳永逸的事，随着时代的进步和学科的发展，需要对人才培养模式进行不断的改革和创新，要充分激发学生的求知欲，争取培养出更多优秀的应用型复合型人才。
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