非金属材料在《工程材料》课程中的实验创新
【摘 要】 针对《工程材料》课程主要以讲述金属材料为主而存在禁锢学生设计思路等问题，本文以机械类、近机类大二、大三学生为对象，有针对性地扩展学生对材料的认识，设计了针对工程中常用非金属材料的开放性、设计性实验系统，并提出了相应的评价和考核的方法。
中国论文
【关键词】 非金属材料;工程材料课程;实验创新
《工程材料》这门课是高校机械类专业的技术基础课程，通过课程的学习，学生能够掌握其中的基础理论知识，根据机械零件的工作特点提出性能要求，合理进行机械零件的选材，合理制定加工艺路线。但是在目前的教学中，该课程主要以讲述金属材料，尤其是黑色金属中的铁碳合金为主，使得机械类的学生在设计选材时，除了会选择45钢之外，几乎对其他材料的特性一无所知，这样就禁锢了学生在设计中的思路。事实上，随着材料改性技术的发展，很多非金属材料在性能、成型特性上都有着金属材料所不能比拟的优点，但学生在课堂教学之中，并不能充分了解和感知非金属材料的特性。本文主要以机械类、近机类大二、大三学生为对象，研究分析了学生在学习《工程材料》等相关课程中所存在的问题，有针对性地扩展学生对材料的认识，通过开放性设计性试验，弥补以往课堂教学及实验教学中的不足，设计了一套针对工程中常用非金属材料的开放性、设计性实验系统，并提出了相应的评价和考核的方法。
一、目前《工程材料》教学中存在的问题
目前《工程材料》课程的实验一般开设有：金属材料力学性能的测试、金相试样制备、热处理组织观察及铁碳合金平衡组织观察与分析、硬度测量等项目，实验中存在以下问题：学生因缺少操作机会少而不能进行科学实验能力的全面锻炼;学时受限而不能单独正确地对设备进行操作，学生主观能动性得不到发挥;课程体系不完备，与新材料接轨较少;实验具体内容与生产实际脱节，实验效果不理想。
二、在创新性实验中所做的探索及改革方法
针对以上出现的问题，在课堂教学的时候，课程授课教师做了一些尝试性的研究工作。如：合理利用络工具，查阅最新的关于先进材料的相关文献资料，并将其内容添加到教学内容中;在课堂讲授中，列举学生感兴趣的实例，提高学生对教学过程的参与程度;丰富多媒体课件内容，尽量减少枯燥的文字表述，增加图形、图像和动画的比例;鼓励学生与教师进行课后交流，促进学生的课后自主学习;开设陶瓷、水泥、玻璃、有机玻璃等非金属材料创新性实验。
其中，开设的非金属材料的创新性实验是本研究的重点。
创新性实验是学生完成基础实验后，独立完成实验方案选择、步骤设计及结果分析等过程，培养学生具备创新的能力。实验题目的选择方面，应考虑课程间的衔接与交叉、学生的学习兴趣、社会需求问题和学科热门问题等方面的结合。该过程整合教学内容，使学生通过实验的感性认识巩固对所学专业课程的理解，既可以掌握本专业基本实验仪器和实验操作能力，又能培养学生发现问题、解决问题的能力，了解本学科的先进科研成果，构建“基础实验――创新实验――实用实验”的创新性实验教学课程体系。
三、创新性实验的实施过程
非金属材料的实验，作为工程材料综合实验的有益补充部分，主要涉及陶瓷、水泥、玻璃、有机玻璃等相关知识。此类实验的特点是没有固定的实验项目，而是结合学科最新发展动态，形成形式多样的创新性课题。每一项课题结合材料结构与性能、制备工艺方法、新材料开发及应用等。实验前，学生要学习了解最基本的实验原材料制备过程，了解观测与分析自制样品组织结构的方式方法，汇总各种信息分析材料的组成结构与性能之间的关系后，进行实验，从而强化理论与实践的紧密结合，掌握实验技能和操作规范，实现全面培养学生分析问题与解决问题的能力。
1、选题
针对本实验课程，硬件必须满足开课要求，同时要有可供大批学生选择的课题，改变实验课题目多年固定不变的做法。我们的做法是以有代表性的经典课题为基础，结合老师的科研项目形成一批创新课题，联系生产实际开发一批实用课题，根据学生的兴趣爱好形成一批趣味课题，通过毕业论文形成一批探索课题。
经典课题可以帮助学生在最短的时间内掌握教学大纲和培养计划中要求学生达到的能力;创新课题结合各位指导教师的科研工作，充分保证实验选题新颖性、先进性与创造性。实用课题可以联系工程实际，缩短实验教学与生产实际的距离，学会合理地利用材料，还可为将来到生产企业求职的学生提供熟悉工厂环境、培养实际工作能力的演练机会;趣味课题更加强调学生学习的主动性、实践能力与创新能力、团队协作的能力，使学生的学习由被动接受变为主动选择。
多种选题模式结合将工程实际、科研成果等有效地融入教学实践中，培养学生的创新意识与发现、提出、解决问题的综合能力。
2、实验过程中的师生关系定位
（1）对教师的要求。要求教师经验丰富责任心强，能全面及时的准备实验，充分遇见学生在实验过程中可能出现的问题，无形中增加了老师的负担与工作量，对老师的知识面、实际操作技能也是一种挑战。结合学生的问题教师需要深入学习，从而促使教师自身素质全面发展。
（2）实验就学方式的不同。根据不同实验的特点，实验教学过程采取集中与分散相结合的方式进行，分散形式集中在查阅资料、制定实验方案、实验数据处理分析、撰写实验报告等阶段，对于“创新性综合实验”，在前期充分调研和学习的基础上，学生分组设计方案，正确选用并操作实验设备，准确采集、处理实验数据，完成实验报告。老师采用启发式、讨论式的教学形式进行参与。在此过程中，教师的主要任务是解答问题，宏观调控，把握进度。
（3）充分利用教学资源。以研究生助教的方式，缓解实验人员工作负担;通过完善青年教师下实验室的相关制度，鼓励并要求青年教师参与实验室工作，充实实验教师队伍，解决了从实验教学时间到实验教学内容、实验室开放所带来的实验教学人员数量、素质以及工作时问的严峻挑战，保证了实验教学的质量。 实验教学方法改革，换位教师和学生的角色，学生成为实验的主体，变被动接受为主动学习，教师仅仅是一个特殊的参与者，使学生的分析思考能力、实验设计能力、动手能力以及创新能力均得到了很好的培养。
四、考核方式的变革
完备的实验教学考核体系可以保证实验教学的顺利进行。传统的实验中，成绩评定包括：考勤、平时表现，实验方案设计，实际操作，实验报告等各方面进行综合评定。本研究保留平时考勤表现，摒弃每个学生提交千篇一律的实验报告的模式，要求学生提交形式多样的小论文，只规定论文框架，包括摘要、绪论、实验方案和实验过程、实验结果与分析、结论、体会与收获、参考文献等部分。
五、改革效果分析
通过对本项目的研究，将教材内容拓展到较为广泛的非金属材料领域，将课堂教学与开放性、综合性实验相结合，将教师讲授与实验室演示互动相结合，将理论教学与实验动手能力相结合，将全面系统地提升学生的选材能力，以利于培养综合性的、适应性强的、具有实践能力的机械工程专业方面的复合型人才。
在本项目的研究中，得到了学院领导、实验室管理人员、机电学院各位老师及学生的支持和认可，获得了一些具体的成果，包括公开发表教改论文1篇，再获校级教改项目立项1项，可有效地深化后续探索。
六、结束语
创新性实验是进行实验教学内容更新和提高实验质量的重要途径，以现有实验教学条件为依托，精简常规性传统实验、完善创新性实验来提高学生的学习积极性。在实验教学中注重学生自主性的发挥，培养学生的动手能力，综合分析问题和独立解决问题的能力，拓展其创新能力，最终实现提高本课程理论教学和实验教学的质量。
【参考文献】
[1] 邱旋.关于《机械工程材料》实验教学改革的探讨[J].黑龙江科技信息，2014（2）.
[2] 吴任平，于岩，林春莺，阮玉忠.“无机非金属材料工程综合实验”教学初探[J].实验室研究与探索，2007（12）.
[3] 涂浩，王建华，刘亚，吴长*，彭浩平，苏旭平.《工程材料》实验教学改革与实践[J].高校实验室工作研究，2013（3）.
【作者简介】
郭晨洁（1977-）女，汉族，讲师，研究方向：金属材料工程.