葉芳霞

摘 ?要 為了推進(jìn)工程材料力學(xué)性能課程教學(xué)改革，提高教學(xué)水平，從材料科學(xué)與工程專業(yè)的特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)工程材料力學(xué)性能課程的教學(xué)進(jìn)行探索與思考，從教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法優(yōu)化、教學(xué)手段改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)的科學(xué)設(shè)置及過程考核強(qiáng)化等方面，探討該課程教學(xué)改革思路及在教學(xué)中的實(shí)踐。通過教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得到提高，知識(shí)運(yùn)用能力得到加強(qiáng)，工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力也得到一定程度的提高。

關(guān)鍵詞 工程材料力學(xué)性能;教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn);教學(xué)方法;SPOC;網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）18-0076-03

Consideration and Exploration on Teaching Reform of Mecha-nical Properties of Engineering Materials//YE Fangxia

Abstract In order to promote the teaching reform of mechanical pro-

perties of Engineering materials course and improve the teaching level， this paper considers and explores the teaching of mechanical properties of engineering materials according to the specialty charac-

teristics. The teaching reform ideas and practice of this course are

discussed from the aspects of optimizing teaching contents， optimi-zing teaching methods， improving teaching means， setting up expe-riments scientifically and strengthening process assessment， etc.. Through teaching practice， students learning enthusiasm have been improved， and their ability of knowledge application， engineering practice and innovation have been strengthened.

Key words mechanical properties of engineering materials; teaching

reform; experiments; teaching methods; SPOC; Network teaching platform

1 引言

工程材料的力學(xué)性能是關(guān)于材料在外加載荷（外力）作用下或載荷和環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率等）聯(lián)合作用下表現(xiàn)的變形、損傷與斷裂的行為規(guī)律及其物理本質(zhì)和實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)的學(xué)科。與材料的物理性能、化學(xué)性能一樣，材料的力學(xué)性能是材料科學(xué)與工程四大基本要素之一的材料性能的重要組成部分，是各類材料在實(shí)際應(yīng)用中都必須涉及的共性問題。材料力學(xué)性能課程是材料專業(yè)的基礎(chǔ)課，該課程既是材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的延伸，也是失效分析等課程的基礎(chǔ)[1]。

在金屬材料專業(yè)中，材料力學(xué)性能課程同樣起著承前啟后的重要作用，是工程應(yīng)用中材料力學(xué)性能檢測、選材和失效分析的基礎(chǔ)，其工程實(shí)際意義是顯而易見的[2]。通過學(xué)習(xí)該課程，不僅有助于學(xué)生掌握材料各種力學(xué)性能指標(biāo)的工程物理意義及材料強(qiáng)度的研究思想和方法，而且有助于學(xué)生掌握各種因素對(duì)材料力學(xué)性能指標(biāo)的影響，可直接用來解決工程應(yīng)用中的技術(shù)難題和指導(dǎo)生產(chǎn)。

本文從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法、改進(jìn)教學(xué)手段、科學(xué)設(shè)置實(shí)驗(yàn)和強(qiáng)化過程考核等方面，思考并探索工程材料力學(xué)性能課程的教學(xué)，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)大綱，本課程選擇的教材為束德林主編的《工程材料力學(xué)性能》。該教材共11章，可分三部分進(jìn)行講授：

第1～4章為第一部分，主要闡述材料在靜載荷及動(dòng)載條件下的變形和斷裂過程，其力學(xué)性能指標(biāo)用于評(píng)價(jià)零件的抗過載失效能力及其安全性;

第5～8章為第二部分，主要論述疲勞、環(huán)境效應(yīng)、磨損和蠕變等失效形式，零件的壽命也是由材料對(duì)這幾種失效形式的抗力決定的;

第9～11章為第三部分，主要介紹聚合物材料、陶瓷材料和復(fù)合材料的力學(xué)性能[3-4]。

該教材中的重要概念和一些定律是從工程力學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)等課程衍生而來的，同時(shí)，部分內(nèi)容也為后續(xù)的“失效分析”等課程奠定一定的基礎(chǔ)[4]。

“工程材料力學(xué)性能”課程由于課時(shí)較少，再加上內(nèi)容比較抽象，涵蓋的范圍較廣，要想系統(tǒng)且深入地把教材中所有的內(nèi)容都為學(xué)生講解是很難做到的[4]。所以，以激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為出發(fā)點(diǎn)，在教學(xué)過程中必須深化、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，根據(jù)專業(yè)特色和專業(yè)需求，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)化和弱化。西安文理學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)只涉及金屬材料，所以需要強(qiáng)化課程中金屬材料在靜荷載下力學(xué)性能、應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂、磨損及金屬高溫力學(xué)性能等章節(jié)內(nèi)容，弱化陶瓷、聚合物及復(fù)合材料等的力學(xué)性能，即將專業(yè)涉及相對(duì)較少的章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行弱化，這樣可以留出一定的空間讓學(xué)生進(jìn)行自學(xué)。

3 優(yōu)化教學(xué)方法

案例教學(xué)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際 ?將日常生活中的事例加以充分利用，把理論與實(shí)踐結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生積極思索與探討，以啟發(fā)式的教學(xué)方法引發(fā)他們的好奇與疑問[5]。這樣不僅有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與內(nèi)化，而且有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的豐富及應(yīng)用。比如引入實(shí)際生產(chǎn)、生活中橋梁用鋼、建筑用鋼、曲軸等各種斷裂案例，有助于學(xué)生對(duì)金屬斷裂內(nèi)容（認(rèn)識(shí)、理解各種斷口）的理解，可以使學(xué)生從材料學(xué)角度分析材料失效的原因、機(jī)理，并結(jié)合服役條件提出改進(jìn)措施[6]。

再如講到“低溫脆性”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，以往的講解內(nèi)容是直入主題，先講低溫脆性的概念，再講低溫脆性的本質(zhì)，最后講影響低溫脆性的因素及預(yù)防措施。按照這樣的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)思路講起來，學(xué)生不僅覺得枯燥無味，而且覺得機(jī)理分析方面深?yuàn)W難懂。在新的教案和教學(xué)內(nèi)容中，筆者以《泰坦尼克號(hào)》《日瓦戈醫(yī)生》等經(jīng)典影片的相關(guān)片段作為問題的引入：為什么在寒冷的冬季，船體在觸礁后和鐵路在遭受一定的沖擊力之后會(huì)發(fā)生脆斷呢？帶著這樣的問題學(xué)習(xí)“低溫脆性”這一內(nèi)容，學(xué)生會(huì)對(duì)接下來的講課內(nèi)容更加感興趣。在教學(xué)內(nèi)容方面，把泰坦尼克號(hào)船體材料的成分、組織、外界環(huán)境溫度等綜合因素進(jìn)行列表分析和掃描電鏡照片組織分析，不僅使低溫脆性的本質(zhì)淺顯易懂，而且使學(xué)生對(duì)影響低溫脆性的因素理解更加深刻。

在講到金屬的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度之間相差1000倍的差值時(shí)，筆者引入掰彎鋁的實(shí)驗(yàn)演示，提出問題：理論值與實(shí)驗(yàn)值之間1000倍的差值去了哪里？這個(gè)問題困擾了材料學(xué)家好多年，即使在20世紀(jì)那樣一個(gè)大師輩出的年代，依然沒有得到解決。接著用兩層地毯滑移動(dòng)畫演示、毛毛蟲蠕動(dòng)演示，形象地解釋位錯(cuò)理論。通過位錯(cuò)及位錯(cuò)理論這個(gè)橋梁，就找回金屬的理論強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度之間相差的1000倍的差值。通過對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，不但使所學(xué)知識(shí)得到鞏固，而且使學(xué)生分析問題和解決問題的能力得到提高。但是，筆者在教學(xué)過程中又犯一個(gè)不小的錯(cuò)誤，就是沒有留白。因此，在教學(xué)中，講課內(nèi)容要少而精，重點(diǎn)、難點(diǎn)要多角度、深層次講深講透;事實(shí)性知識(shí)少講或不講，留足空間給學(xué)生自助探究、想象、領(lǐng)悟、內(nèi)化。

與學(xué)科發(fā)展前沿相結(jié)合 ?學(xué)生的學(xué)習(xí)在過去一直是被動(dòng)的，即教學(xué)以教師的講解和學(xué)生的接受性學(xué)習(xí)為主，教師講解知識(shí)、技能、概念、原理，學(xué)生預(yù)習(xí)、模仿和做題。這樣對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性極為不利，學(xué)生只會(huì)滿足課本知識(shí)，創(chuàng)造性不能得到很好開發(fā)[5]。鑒于此，教師在教學(xué)過程中要適當(dāng)?shù)亟榻B學(xué)科前沿的發(fā)展情況，并將自己的科研與課程教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來。如當(dāng)講到材料的硬度這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，不僅僅局限于教材中的幾種硬度的測量原理及應(yīng)用范圍，通過查閱、跟蹤一些最新的參考文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)原來顯微硬度還是可以測量材料的斷裂韌性的。筆者將這種科研思路融入教學(xué)中的這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，不僅使學(xué)生對(duì)“材料的硬度”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)能夠更好地掌握，而且使學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)探索知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)，提高了解決問題和分析問題的能力，使學(xué)生的眼界也開闊了許多。

增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力 ?倡導(dǎo)以學(xué)生為主是優(yōu)化教學(xué)方法的有效途徑，培養(yǎng)學(xué)生具備自我學(xué)習(xí)的能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人，引導(dǎo)學(xué)生自己查閱資料與釋疑并加以總結(jié)。教師要在這個(gè)過程中充分發(fā)揮引路人的作用，使學(xué)生的積極性與主動(dòng)性充分調(diào)動(dòng)起來。以“復(fù)合材料的力學(xué)性能”為例，說明如何進(jìn)行教學(xué)方法的優(yōu)化。

第一步：教師讓學(xué)生上網(wǎng)查閱“復(fù)合材料耐磨性”的相關(guān)資料，并就“顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的耐磨性”的提出、原理及發(fā)展現(xiàn)狀寫一篇綜述性報(bào)告，在下一節(jié)課讓學(xué)生自己講解。

第二步：教師結(jié)合自身的科研及備課內(nèi)容，給學(xué)生進(jìn)一步講解“顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料”的制備方法及相關(guān)工藝特點(diǎn)。

第三步：教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己查閱的相關(guān)資料和授課內(nèi)容，對(duì)自己的綜述報(bào)告進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

這樣的“三步式”教學(xué)法，不但使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到提高，而且使學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握得更加深刻和牢固。同時(shí)，學(xué)生的視野得到拓展，科研興趣和自我獲取知識(shí)的能力也進(jìn)一步增強(qiáng)了。

4 改進(jìn)教學(xué)手段

為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，完成教學(xué)內(nèi)容，除了使教學(xué)方法得以優(yōu)化外，還應(yīng)采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段。“工程材料力學(xué)性能”不僅課程內(nèi)容比較多，而且學(xué)時(shí)有限，圖表和圖片較多。在課程內(nèi)容教授過程中，金相組織及斷口形貌的特點(diǎn)、變形過程及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化過程與變化規(guī)律等，很難通過語言表述清楚。而采用動(dòng)畫、視頻等多媒體輔助教學(xué)手段，在授課學(xué)時(shí)減少的同時(shí)，使教學(xué)信息量增加了，豐富了教學(xué)過程，使教學(xué)效果有了明顯增強(qiáng)。此外，在多媒體課件中收集大量的Flash、視頻及圖片等資源，如有關(guān)強(qiáng)度、硬度、低溫脆性、韌性等的動(dòng)圖和視頻，使抽象的概念變得生動(dòng)形象，使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶更加深刻[6]。

同時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生采用多樣化學(xué)習(xí)方式，在課后還要使學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性得到激發(fā)[2]。隨著信息技術(shù)與科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息資源逐漸成為一種新型的教學(xué)資源。隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的開展，學(xué)生的學(xué)習(xí)越來越多地受到網(wǎng)絡(luò)的影響，這是由網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的開放性、資源的易獲取性和內(nèi)容的豐富性等特征決定的。目前，課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)是我國課程體系改革的主要手段及內(nèi)容之一，也是教學(xué)的發(fā)展趨勢。

“工程材料力學(xué)性能”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建，是材料科學(xué)與工程專業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的需求，可使教學(xué)資源相對(duì)靜態(tài)的問題得到較大程度的解決，同時(shí)可解決學(xué)科快速發(fā)展與工程實(shí)踐交聯(lián)薄弱之間的矛盾。西安文理學(xué)院引進(jìn)泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，教師在授課的同時(shí)，可建立相應(yīng)章節(jié)的在線視頻、PPT以及習(xí)題等;學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)課程開展自主性學(xué)習(xí)，解決課后仍存在疑惑的地方，仍有疑問的可以在線提問，由教師在線進(jìn)行解答。學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間利用這種線上線下相結(jié)合的混合式學(xué)習(xí)方法得到拓展，教學(xué)效果明顯改善。

此外，在平臺(tái)中建立材料新動(dòng)態(tài)模塊。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料的發(fā)展速度越來越快。對(duì)新材料、新技術(shù)，如一些新型的功能材料，由于授課時(shí)間的限制，課堂上來不及展開講述的內(nèi)容放到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。同時(shí)，為了保持網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容的超前性，還可以將材料的最新研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢放到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，拓寬學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生的開拓創(chuàng)新意識(shí)。在后續(xù)的SPOC建設(shè)中，要整合各類教學(xué)資源，使自己的SPOC更加有趣、有啟發(fā)性，更加精彩。如借助中國大學(xué)MOOC，拷貝一門已經(jīng)結(jié)課的MOOC的學(xué)期內(nèi)容，刪減或新增補(bǔ)充內(nèi)容;也可借鑒網(wǎng)易公開課程或參考其他網(wǎng)絡(luò)資源等。

5 科學(xué)設(shè)置實(shí)驗(yàn)

通過改變實(shí)驗(yàn)所用材料和實(shí)驗(yàn)條件，從而得到不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生掌握試樣的制備、儀器的操作、數(shù)據(jù)的處理等方面的能力。對(duì)于參與教師科研項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的學(xué)生，可親身體驗(yàn)科研實(shí)踐，如當(dāng)項(xiàng)目中需要做拉伸、彎曲、硬度、沖擊、磨損和疲勞等各種性能實(shí)驗(yàn)時(shí)，可利用自己制備的試樣，從而使發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力得到提高。此外，可以杜絕實(shí)驗(yàn)報(bào)告相互抄襲的現(xiàn)象[6]。

此外，為了進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，還可以通過增加綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)整個(gè)材料科學(xué)體系的理解，在學(xué)生的思維得到啟迪的同時(shí)，使學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到提高。

6 強(qiáng)化過程考核

在期末試卷的設(shè)計(jì)上，要減少對(duì)記憶性知識(shí)點(diǎn)的考核，增加應(yīng)用型主觀題量[1]，將命題重點(diǎn)放在考核學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和綜合運(yùn)用能力上，這樣才能更好地反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握能力和應(yīng)用能力，讓學(xué)生能夠根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行自由發(fā)揮。同時(shí)，必須注重教學(xué)環(huán)節(jié)的過程考核，使學(xué)生能夠重視過程學(xué)習(xí)，積極參與教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)過程。最終的成績由平時(shí)考核、實(shí)驗(yàn)考核和期末考試三部分組成，其中平時(shí)考核包括到課情況、線上自主學(xué)習(xí)情況及課后作業(yè);實(shí)驗(yàn)則根據(jù)學(xué)生試樣準(zhǔn)備、設(shè)備操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等情況進(jìn)行綜合考核。通過對(duì)本門課程的考核方式進(jìn)行改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有了很大提高，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)及將來工作以后從事材料的研發(fā)和生產(chǎn)奠定很好的基礎(chǔ)。

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