康學(xué)勤，孫 智

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221116）

《失效分析》課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革

康學(xué)勤，孫 智

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221116）

國(guó)內(nèi)外失效分析差距較大，對(duì)于失效分析人才的培養(yǎng)是高校失效分析教育工作者重中之重的任務(wù)，本文著重闡述了《失效分析》課程教學(xué)內(nèi)容、試驗(yàn)設(shè)計(jì)及教學(xué)方法的改革，使學(xué)生具備失效分析理念、提升失效分析工作者技術(shù)水平。

失效分析；教學(xué)改革；研討式教學(xué)

材料失效分析在近代材料科學(xué)與工程的發(fā)展史上占有極為重要的地位?？梢哉f(shuō)材料科學(xué)的發(fā)展史就是一部失效分析史。材料是用來(lái)制造各種產(chǎn)品的，它的突破往往成為技術(shù)進(jìn)步的先導(dǎo)，而產(chǎn)品的失效分析又回過(guò)來(lái)促進(jìn)材料的發(fā)展。近年來(lái)我國(guó)部分高校相繼開(kāi)設(shè)《失效分析》課程，越來(lái)越多的人投入到失效分析行列的大軍中。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，尤其是國(guó)外保險(xiǎn)行業(yè)的進(jìn)入，設(shè)備的保險(xiǎn)必將成為保險(xiǎn)行業(yè)的重要領(lǐng)域，在這一領(lǐng)域中需要大量?jī)?yōu)秀的失效分析人員，因此對(duì)于失效分析人員的培養(yǎng)成為工科高校一項(xiàng)重要的任務(wù)。目前高校對(duì)于從事失效分析人員的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力方面的培養(yǎng)仍然達(dá)不到社會(huì)的需求，尤其是保險(xiǎn)行業(yè)中對(duì)失效分析人員的期望。故需對(duì)《失效分析》課程及失效分析人員的培養(yǎng)模式進(jìn)行探討和思考。

一、失效分析教育國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

在國(guó)外很早就建立了比較完善的失效分析中心。德國(guó)的失效分析中心主要是各州建立的材料檢驗(yàn)中心，西德的十一個(gè)州共有523個(gè)材料檢測(cè)中心，這些檢測(cè)中心承擔(dān)全國(guó)的失效分析任務(wù)。德國(guó)的工科大學(xué)也建有自己的材料檢驗(yàn)中心，由于資源優(yōu)勢(shì)其失效分析在國(guó)際上也處于領(lǐng)先地位，是失效分析的權(quán)威單位。例如，斯圖加特大學(xué)的材料檢驗(yàn)中心，它的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)電站，特別是核電站、壓力容器及管道的安全可靠性問(wèn)題。在日本，技術(shù)材料技術(shù)研究所和產(chǎn)業(yè)安全研究所是國(guó)家設(shè)立的失效分析機(jī)構(gòu)，同時(shí)日本的企業(yè)，如日立、新日鐵、三菱和三井等公司有自己專(zhuān)門(mén)的研究機(jī)構(gòu)。在美國(guó)政府、公司及大學(xué)設(shè)立的失效分析機(jī)構(gòu)遍布全國(guó)各個(gè)部門(mén)。當(dāng)然這些國(guó)家的失效分析機(jī)構(gòu)與其失效分析方面人才的培養(yǎng)是分不開(kāi)的。在國(guó)外各工科院校不但開(kāi)設(shè)了失效分析課程，還設(shè)立自己的失效分析機(jī)構(gòu)，學(xué)生在大學(xué)階段不但學(xué)習(xí)了失效分析的課程，還能夠參與各結(jié)構(gòu)的失效分析任務(wù)，掌握了失效分析工作所要求的知識(shí)和技能。同時(shí)各工科院校對(duì)在職職工有計(jì)劃地進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。像斯圖加特大學(xué)、加州大學(xué)、華盛頓大學(xué)和里海大學(xué)，他們不但承擔(dān)著學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和技能培訓(xùn)的任務(wù)，還承擔(dān)著公路和橋梁方面的失效工作。

在國(guó)內(nèi)，早期我國(guó)的機(jī)械行業(yè)處于仿制-研究階段，失效分析工作只是為生產(chǎn)中的問(wèn)題提供一些資訊，并沒(méi)有得到足夠的重視，也沒(méi)有統(tǒng)一的組織形式。1980年在中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，在北京召開(kāi)了全國(guó)第一次機(jī)械裝備失效分析經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)。1983年，我國(guó)將失效分析課程列為工課院校材料與工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的必修課程，在清華大學(xué)、浙江大學(xué)等著名高校還將失效分析列為機(jī)械類(lèi)學(xué)生或工科類(lèi)學(xué)生的選修課或研究生課程，使我國(guó)的失效分析隊(duì)伍逐步形成。但是由于起步較晚，我國(guó)的失效分析工作者無(wú)論在專(zhuān)業(yè)程度、組織形式方面，還是在技術(shù)水平及所采取的手段方面，都還有待于進(jìn)一步提高。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)自90年代起，開(kāi)設(shè)與失效分析相關(guān)的課程，先后開(kāi)設(shè)過(guò)《機(jī)械零件失效分析》、《材料失效分析》和《失效分析》等課程，完成《機(jī)械零件失效分析》（朱敦倫，周漢民，強(qiáng)穎懷編著）和《失效分析——基礎(chǔ)與應(yīng)用》等教材的編著。開(kāi)設(shè)對(duì)象主要為原來(lái)的金屬熱處理和現(xiàn)在材料學(xué)院的材料科學(xué)與工程及材料成型及控制專(zhuān)業(yè)。2008版教學(xué)大綱將該課程設(shè)為研討類(lèi)課程，這就要求該課程的講授不僅僅是在課堂上用圖片講授一些失效分析的實(shí)例，更要求學(xué)生參與到失效零件的失效分析過(guò)程中去，這就對(duì)我們的教學(xué)條件提出了更高的要求。

二、失效分析課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革與實(shí)驗(yàn)

失效分析是綜合利用材料科學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并著重從金屬學(xué)、力學(xué)、機(jī)械工程學(xué)及化學(xué)的角度出發(fā)，講述金屬材料及其制作件因設(shè)計(jì)、選材、加工、處理、裝配及使用過(guò)程中所發(fā)生的早期失效行為，分析其宏觀形貌特征、微觀機(jī)制、影響因素及防止方法等，在教學(xué)過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)這樣的目的，我們就要使用新的教學(xué)模式、教學(xué)理念和教學(xué)方法。由于失效分析的教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合緊密，應(yīng)該對(duì)課程的試驗(yàn)環(huán)節(jié)提出更高的目標(biāo)。以往課堂講授的方式已經(jīng)很難滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)失效分析人才的要求。當(dāng)今社會(huì)需要我們培養(yǎng)多層次、多規(guī)格的應(yīng)用型失效分析人員，如何進(jìn)行這些人才的培養(yǎng)是失效分析高校教育中最重要的任務(wù)。

過(guò)背北京航空航天大學(xué)率先開(kāi)展了失效分析方面人才的培養(yǎng)及課程的改革，借鑒這些經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)我們學(xué)校自身的特點(diǎn)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院從教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)兩個(gè)方面進(jìn)行了改革。

（一）教學(xué)體系的改革

在傳統(tǒng)的中國(guó)高校教學(xué)模式中，教師和教材是整個(gè)教學(xué)的中心，教學(xué)過(guò)程中教師關(guān)注的是向?qū)W生講解了哪些知識(shí)，對(duì)學(xué)生潛能和創(chuàng)新能力的挖掘卻被忽視，最終的結(jié)果就是學(xué)生學(xué)到了知識(shí)，但是卻不知道如何應(yīng)用這些知識(shí)。為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)自解決問(wèn)題的能力，結(jié)合學(xué)校的現(xiàn)有資源我們?cè)诮虒W(xué)方法上使用原有的案例教學(xué)，同時(shí)在案例的講授過(guò)程中使用研討的方式進(jìn)行案例的介紹。研討式教學(xué)過(guò)程能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，在課程內(nèi)容的選取上，我們重點(diǎn)講授和討論實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題。

1.增設(shè)實(shí)驗(yàn)課程?！妒Х治觥氛n程試驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，不僅能夠較深學(xué)生對(duì)基本理論和技術(shù)的理解，還能夠培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。工程技術(shù)中實(shí)際問(wèn)題的解決必須要求學(xué)生具有全面的、綜合的能力，因此強(qiáng)化學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)尤為重要。在《失效分析》課程中開(kāi)設(shè)試驗(yàn)可以使學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)遇到的問(wèn)題，全面提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

目前，我國(guó)《失效分析》課程中基本沒(méi)有開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程。原有的案例教學(xué)方式也是教師根據(jù)以往的失效實(shí)例進(jìn)行講解和介紹，學(xué)生也只是停留在某個(gè)零件的失效分析思路上，往往沒(méi)有自己的思路?！妒Х治觥氛n程實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，采用“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)際的失效零件和自己所學(xué)的知識(shí)，提出自己的分析思路，利用各種分析手段，最終解決實(shí)際問(wèn)題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。學(xué)生針對(duì)失效的零件，綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)及技能進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果提出失效分析方案。學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行研究。這一過(guò)程不但強(qiáng)化了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，通過(guò)這一過(guò)程還培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力。失效分析進(jìn)行過(guò)程中，各個(gè)步驟相互關(guān)聯(lián)，任一環(huán)節(jié)的失誤都將影響最終的分析結(jié)果，因此這一過(guò)程還能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為學(xué)生今后從事科研工作或者實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的解決打下了良好的基礎(chǔ)。

2.案例、問(wèn)題、項(xiàng)目和課題的研討式教學(xué)。工科教育中大一與大二主要進(jìn)行的是基礎(chǔ)知識(shí)的講解，大三及大四進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)后，除了知識(shí)的介紹還應(yīng)對(duì)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)新能力及分析能力進(jìn)行培養(yǎng)，由于工科大學(xué)生最終面向的是工廠及企業(yè)，所以還要注重對(duì)他們利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)。

著名教育家杜威曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：最好的教學(xué)，就是牢牢記住學(xué)校教材和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)二者相互聯(lián)系的必要性，使學(xué)生養(yǎng)成一種態(tài)度，習(xí)慣于尋找這兩方面的接觸點(diǎn)和相互的聯(lián)系。在這種思想的指引下，課堂上教師的教學(xué)內(nèi)容可以包含典型的案例、科研項(xiàng)目及課題中的問(wèn)題，對(duì)于這些問(wèn)題教師通過(guò)研討的方式提出，有些問(wèn)題可以組織學(xué)生在課堂上進(jìn)行討論，有些問(wèn)題可以讓學(xué)生在課下查閱相關(guān)的資料后，分析問(wèn)題，然后進(jìn)行課堂討論，最終找出解決問(wèn)題的方案。由于這些問(wèn)題大多是與工廠企業(yè)結(jié)合，問(wèn)題解決的同時(shí)也使學(xué)生具備了實(shí)際的工作技能，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作以及相互交流的能力。

3.根據(jù)學(xué)校環(huán)境，創(chuàng)辦有自身特色的失效分析課程。在保證《失效分析》課程教學(xué)的同時(shí)，由于我校開(kāi)設(shè)該課程有近三十年的歷史，形成了自己的鮮明特色。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的前身是金屬熱處理專(zhuān)業(yè)，因此原有《失效分析》的內(nèi)容主要側(cè)重于金屬材料，尤其是煤礦機(jī)械在熱處理過(guò)程中的失效。在2004年材料學(xué)院成立后，在原有專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)上相繼開(kāi)設(shè)了材料成型、高分子材料及無(wú)機(jī)非金屬專(zhuān)業(yè)，因此《失效分析》的內(nèi)容也根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)相繼擴(kuò)展到鑄、鍛、焊及機(jī)加工過(guò)程中零件的失效，電子元器件的失效以及人工關(guān)節(jié)材料的失效等。

（二）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革

以往的《失效分析》課程沒(méi)有開(kāi)設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課，主要是通過(guò)授課教師案例的講授或者其他課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)獲得基本的實(shí)驗(yàn)技能。在教學(xué)過(guò)程中由于學(xué)時(shí)的限制和實(shí)驗(yàn)條件的不足，任課教師只是簡(jiǎn)單的介紹一些常用的實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)驗(yàn)步驟，使學(xué)生缺乏感性的認(rèn)識(shí)，往往出現(xiàn)上課的時(shí)候?qū)W生聽(tīng)的非常明白，而到實(shí)際應(yīng)用時(shí)不知如何下手的狀況。根據(jù)這種現(xiàn)象，在新版的教學(xué)計(jì)劃中，《失效分析》課程開(kāi)設(shè)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)課程，培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

1.以實(shí)驗(yàn)為核心，建立認(rèn)識(shí)、認(rèn)知、升華的實(shí)驗(yàn)體系?；谂囵B(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題能力培養(yǎng)的目標(biāo)，《失效分析》課程開(kāi)設(shè)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)為失效分析故障樹(shù)的建樹(shù)與應(yīng)用，采用手工分析和計(jì)算機(jī)繪制故障樹(shù)圖的方式完成實(shí)驗(yàn)；第二個(gè)實(shí)驗(yàn)為失效分析基本方法中的宏觀分析法，通過(guò)實(shí)際失效件及其斷口的宏觀分析；第三個(gè)實(shí)驗(yàn)為具體零件的失效分析，采用各種實(shí)驗(yàn)方法，分析零件失效的原因。通過(guò)這樣的三個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步建立起對(duì)失效分析的認(rèn)識(shí)、認(rèn)知和升華的實(shí)驗(yàn)體系。

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性，采用具體的失效零件，讓學(xué)生根據(jù)失效模式提出問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

2.以實(shí)際問(wèn)題為核心，建立綜合性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。將《失效分析》實(shí)驗(yàn)課與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)及技能的同時(shí)，由于接觸了大量的現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，也可以大大提高工科大學(xué)生的實(shí)踐能力。由于開(kāi)放性的教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。失效分析實(shí)驗(yàn)中所用零件均來(lái)自工廠企業(yè)失效的零件，其失效過(guò)程復(fù)雜，其失效原因的分析具有很強(qiáng)的探索性和研究性，由于這些失效零件來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，分析具有針對(duì)性，分析過(guò)程中學(xué)生不僅能了零件的使用環(huán)境，而且能了解零件的選材、加工、使用以及維護(hù)過(guò)程。這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠使學(xué)生積極的思考，發(fā)揮自己的聰明才智，尋找機(jī)械零件失效的原因。通過(guò)這一過(guò)程的鍛煉，學(xué)生的科研能力得到提高，也學(xué)會(huì)了失效分析的方法。

3.以生產(chǎn)實(shí)際為核心，建立實(shí)驗(yàn)基地?！妒Х治觥肥且婚T(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的課程，這就要求學(xué)生具有很強(qiáng)的理論聯(lián)系實(shí)際的能力。失效分析實(shí)踐教學(xué)體系的建立要求我國(guó)高校與工廠企業(yè)要有緊密的聯(lián)系，由于大部分工廠企業(yè)對(duì)失效分析不夠重視，導(dǎo)致高校與企業(yè)脫鉤，高校失效分析工作的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱的現(xiàn)象。雖然之前我們也做過(guò)大量的失效分析案例，但是分析過(guò)程往往是破壞性的，并沒(méi)有留下太多資料，這就要求我們?cè)谝院蟮姆治鲞^(guò)程中，在保證分析質(zhì)量的同時(shí)，盡量留下較多的失效零件，給失效分析課程提供更多的實(shí)驗(yàn)素材，建立《失效分析》課程的實(shí)驗(yàn)基地。

三、結(jié)束語(yǔ)

《失效分析》課程建設(shè)尤其是該門(mén)課程研討式的授課方式還有很多不完善的地方需要探討和完善。在今后的教學(xué)過(guò)程中，我們應(yīng)該借鑒和總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程的授課模式，并大膽的改革與創(chuàng)新。通過(guò)對(duì)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革，能夠提高材料專(zhuān)業(yè)本科生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力，能夠在工作中獨(dú)當(dāng)一面，解決今后工作和學(xué)習(xí)中遇到的難題。

[1]師昌緒.新型材料與材料科學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1988.

[2]孫智，江利，應(yīng)鵬展.失效分析-基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]康學(xué)勤，孫智.供熱管道不銹鋼波紋管膨脹節(jié)失效分析[J].壓力容器，2007，24，（8）.

[4]康學(xué)勤，孫智，李曉伋.低頻率下波紋管膨脹節(jié)腐蝕疲勞行為模擬[J].壓力容器，2008，25，（9）.

G642.0

A

1674-9324（2014）40-0273-03

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教師改革研究計(jì)劃項(xiàng)目，中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金（2013XK07）。

康學(xué)勤（1978-），男，山東莘縣人，講師，博士，碩導(dǎo)，從事本科教學(xué)及失效分析研究，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)百佳本科教學(xué)教師，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教書(shū)育人先進(jìn)個(gè)人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)青年教師講課比賽獲獎(jiǎng)?wù)?；孫智（1962-），男，山東諸城人，院長(zhǎng)，教授，博士，博導(dǎo)，從事本科教學(xué)及金屬成型加工方面的研究。