工程材料验证性实验教学改革与实践分析
导语：工程材料有各种不同的分类方法。一般都将工程材料按化学成分分为金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。
工程材料课程具有理论性和实践性较强的特点。为了提高学生的动手实践能力，实验教学中普遍重视设计性、综合性实验，而忽视验证性实验，往往用综合、设计性实验取代验证性实验。事实上验证性实验是基础，能对理论知识进行验证，加深学生对基础理论的理解，促进学生对知识的掌握，为综合性、设计性实验提供有力支撑。因此验证性实验是不可替代的，特别是一些经典的、原理性的验证实验更是不可或缺的。然而，由于验证性实验相对枯燥乏味，学生学习兴趣不高，导致整体教学效果不佳。因此，如何调动学生学习的积极性和主动性，提高学生学习兴趣，保证良好的教学效果，是工程材料验证性实验教学亟须思考和解决的问题。
一、工程材料验证性实验的现状
工程材料传统的验证性实验项目通常为金相试样的制备铁碳合金平衡显微组织分析碳钢的热处理及硬度测定碳钢的热处理组织观察等。实验内容比较单一，限于单一的基本操作或者验证某一定理、某一结论，不利于学生对知识的综合理解。验证性实验由于实验结果已知，不能激发学生的求知欲和探索欲，敷衍老师、拼凑实验结果的现象较多，并且全班同学所做的实验内容和实验结果基本相同，这就会导致学生相互抄袭实验报告，难以达到良好的学习效果。验证性实验通常以教师讲授和演示为主，学生只是被动地接受，学习兴趣不高，大多数学生只是在机械被动地完成任务，根本不动脑思考，实验教学效果不好。
二、工程材料验证性实验教学改革的措施
针对以上现象，我校采取了整合实验内容、调整实验方案、改进教学方法、改革考核方式等措施，调动学生学习的积极性和主动性，以期取得良好的教学效果。
(一)整合实验内容，便于学生对知识的综合理解
由于实验内容比较单一，加上各实验在安排上有一定的时间间隔，做完一个实验要隔一段时间再做下一个实验，学生往往在做这个实验时已经忘了上个实验是什么内容，这样不利于学生系统地考虑前后实验之间的联系，影响对知识的综合理解。针对这种情况，我校对实验内容进行了调整，即整合内容关联紧密的实验项目，以保证知识的连贯性和系统性。
我们将金相试样的制备和铁碳合金平衡显微组织分析实验项目进行整合：将金相试样的制备实验中制备好的试样直接用于铁碳合金平衡显微组织分析实验，不再给学生提供制备完好的试样，而是由他们自己动手制备金相试样。由于学生对自己的作品往往更关注，观察会更认真仔细，因此这样的整合有利于调动学生的主动性并带动学生深入思考。另外，经过制备观察比较的全过程，学生既学会了制样、使用显微镜、观察金相组织这些基本实验技能，又掌握了组织显示的原理及成分对组织的影响等知识。
另外，我们将碳钢的热处理及硬度测定和碳钢的热处理组织观察两个项目的内容进行整合，改名为碳钢的热处理及组织、硬度检测实验，即在热处理、硬度测定的基础上增加了组织检测的内容。经过整合，工艺组织性能这条主线完整地贯穿于实验之中，便于学生对实验结果的分析和理解，使学生充分认识热处理工艺、组织、性能之间的联系。
(二)调整实验方案，激发学生的积极性和主动性
通常每次参加实验的学生数为15人左右，原实验方案是所有人的实验任务或者实验结果均相同，导致等、靠、抄袭等现象比较严重，实验效果不好。针对这种情况，我校对实验方案进行了调整：将15人分成2个小组，以小组为单位，实验采用先分后总的方案进行，即先分解任务、分头操作，再汇总比较、综合分析。首先进行任务分解，通过任务分解，学生承担的实验任务或者实验结果不同，这就促使其不得不自己动手操作，解决了等、靠、抄袭等问题;然后进行集中汇总，教师带领同学进行实验结果的汇总比较、综合分析，既可以横向对比，也可以纵向对比。横向对比两组的实验结果和评价实验效果，能够激发学生的竞争意识，调动学生学习的积极性和主动性;纵向对比组内的实验结果和比较、分析实验数据，可以得出规律、结论，或验证理论，达到实验目的。
在铁碳合金平衡显微组织分析实验项目中，用于观察的合金为平衡态的20钢、45钢、T8钢、T12钢、共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁，共7种成分。我们首先将学生分成两个小组，再在每个小组内进行任务分解，将7种成分的材料分发给学生用于制备试样，保证小组内每个学生的试样成分不同，相互之间组织不同。这样做，一来可以用实验结果的不确定性激发学生的好奇心，调动学生动手制备试样的积极性和主动性，提高学习兴趣;二来由于实验结果不同，学生之间自然会相互比较，继而去探究、分析原因，积极地思考，提高实验效果。制备完成后，师生共同汇总比较实验结果。通过横向比较并评价两组制备的试样组织显示的效果，教师指导学生分析原因，提出改进措施;通过纵向比较小组内不同成分的合金组织的不同，学生得出成分对组织的影响规律，进一步理解含碳量对铁碳合金平衡显微组织的影响。
(三)改进教学方法，提高教学效果
传统的验证性实验教学方法以教师讲授和演示为主，学生只是按老师或指导书上的要求机械地完成实验。实验过程中遇到问题，学生根本不去思考，而习惯于找老师手把手地教，或者请老师直接解决，学生被动地接受，动手能力及科学思维得不到有效的训练。针对这种现象，我校在教学方法上进行了积极的探索，采用启发式、讨论式教学方法，来引发学生思考，调动学习的积极性和主动性。教师在讲授过程中，不断设置问题，通过提问引发学生思考，加深其对基础理论知识的理解。当实验过程中遇到问题时，老师先组织学生讨论，带动学生思考，再启发其找到出现问题的原因及解决问题的`办法。这个过程教会了学生用科学的思维方式分析问题和解决问题，从而收到了良好的实验效果。
在讲授热处理实验时，教师可以一边讲解一边提问：为什么要对材料进行热处理、热处理为什么能够改变材料的性能、热处理工艺是如何制订的、为什么过共析钢一般不采用完全奥氏体化等，通过提问启迪学生思考，加深其对热处理的原理的理解。学生在做热处理的过程中，遇到淬火硬度不足的问题时，首先运用所学知识展开讨论，从影响淬火硬度的因素出发，找出加热温度低、冷却速度不够等可能的原因，再在老师的指导下动手进行组织检测，结合组织显示的结果找出淬火硬度不足的真正原因，采取有效的措施，重新进行实验。通过这个过程，学生的动手能力和科学思维得到了充分的锻炼，实验收到了良好的效果。
由于实验方案的调整，每个同学的实验任务不同，这大大增加了教师指导的工作量。学生多，教师指导不过来，就不能及时解决实验中出现的问题。例如碳钢的热处理及组织、硬度检测实验项目包括热处理、硬度测定、组织检测三部分内容，实验任务重，而且热处理工艺多，每次实验有15～18个工艺。每个同学负责一个工艺的操作，相互间实验进度不同，各个环节都需要适时进行指导，老师根本指导不过来。针对这种情况，我校采用导生制，在实验过程中让学生帮助老师指导。我们选拔两名成绩优秀、乐于奉献的学生做组长，实验前让组长帮助教师准备实验，提前熟悉实验内容、学会实验设备的操作及使用注意事项;开始做实验时，组长帮助教师分配实验任务、指导学生实验、解决实验中出现的问题等。如果遇到组长解决不了的问题，教师再集中指导，这样在一定程度上降低了教师的工作量，能及时地解决实验中出现的问题，引导学生正确操作、观察、分析，得出正确的结论，保证实验顺利进行。
(四)改革考核方式，引导学生总结提高
传统的考核方式是以实验结果的正确性为主要考核依据的，而验证性实验的特点是实验结果或结论已知，这就会导致学生拼凑实验结果、修改实验数据、抄袭实验报告的现象较多。针对这种情况，我校对考核的侧重点进行了调整，即侧重于考核对实验结果的分析和总结，以及对实验过程中出现的问题的探讨与反思。即使实验结果有偏差，但是如果原因分析清楚，措施采取得当，也不失为一份好的报告。考核侧重点的调整，提高了学生做实验的主动性和积极性。
三、结语
工程材料验证性实验内容的整合，保证了知识的连续性和系统性，使学生能更好地理解成分、工艺、组织、性能之间的关系;实验方案的调整、教学方法的改进及考核方式的改革充分调动了学生学习的积极性和主动性，表现在以下几个方面：
1.实验前，学生积极进行预习，积极思考和回答教师讲授过程中提出的问题，加深了对实验原理的理解。
2.实验过程中学生积极主动进行操作，遇到问题积极找组长和老师讨论解决，动手能力和科学思维得到了很大程度的锻炼。
3.实验报告不再千篇一律。学生根据实验的真实情况，在实验报告中对实验结果进行认真地整理和总结，并且对实验过程中遇到的问题进行仔细的分析和反思，分析问题和解决问题的能力得到了锻炼和提高。实践证明，工程材料验证性实验的教学改革充分调动了学生学习的积极性和主动性，提高了学生学习兴趣，收到了良好的教学效果，为后续综合性、设计性实验教学效果的提高奠定了基础。
