《材料失效分析》課程互動(dòng)式教學(xué)的實(shí)踐與拓展

楊振國(guó),畢彤彤

摘要：為進(jìn)一步提升課程教學(xué)質(zhì)量，將教與學(xué)的過程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，本文主要探討了《材料失效分析》采用互動(dòng)式教學(xué)方法的新舉措，闡述了該方法的重要作用。同時(shí)，基于《材料失效分析》的學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)方式，相應(yīng)地提出了新的想法和思考，并在教學(xué)改革中進(jìn)行了新的拓展，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：《材料失效分析》；互動(dòng)式教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）45-0142-04

隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，材料作為人類社會(huì)發(fā)展和歷史變遷的重要載體，歷經(jīng)了石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、合成時(shí)代后，現(xiàn)今又步入了信息時(shí)代的浪潮中。而作為高新技術(shù)的先導(dǎo)，材料一直都是促使產(chǎn)業(yè)革命性發(fā)展，提升產(chǎn)品的效用性、安全性、可靠性的重要基石。而作為不斷提高工程結(jié)構(gòu)完整性的重要學(xué)科，材料失效分析對(duì)于促進(jìn)新材料的研發(fā)和基礎(chǔ)材料的改進(jìn)以及提升產(chǎn)品的安全可靠性有著重要的意義。《材料失效分析》作為一門多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科，是材料科學(xué)在工程實(shí)踐上的重要應(yīng)用，能夠有效地解決實(shí)際工程問題，并給出針對(duì)性的預(yù)防和解決措施，進(jìn)而避免工程實(shí)踐中同類重大事故的再發(fā)生，從而既保障了社會(huì)的安全穩(wěn)定發(fā)展又確保了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，為在新時(shí)期建設(shè)中實(shí)現(xiàn)偉大的中國(guó)夢(mèng)提供強(qiáng)大的助力。

材料失效分析涉及了社會(huì)各個(gè)行業(yè)，不管是以生產(chǎn)為主的核電、火電、石油、石化、化工、冶金、礦山、醫(yī)藥、微電子、印制電路等行業(yè)，還是以應(yīng)用為主的航空、航天、軍事、機(jī)械、汽車、船舶、計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)，材料失效分析都有著高度的前沿性和實(shí)用性。由于此項(xiàng)工作不僅關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，而且能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此也受到了社會(huì)各界尤其是高校、科研院所等相關(guān)機(jī)構(gòu)越來(lái)越多的關(guān)注和研究。所以，在我國(guó)高等教育面臨改革和創(chuàng)新的大背景下，《材料失效分析》課程的開設(shè)對(duì)培養(yǎng)材料失效分析領(lǐng)域復(fù)合型、創(chuàng)新型、綜合型人才有著特殊重要的意義?，F(xiàn)今，國(guó)內(nèi)國(guó)外很多高校都設(shè)立了材料系或者材料學(xué)院，并且對(duì)于材料失效分析也都有一定的研究和教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃，目前也有了一些相關(guān)的教材、專著、手冊(cè)等出版物。國(guó)內(nèi)很多學(xué)校為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的受用性，也都開展了一系列探索，如開展以實(shí)驗(yàn)為核心的教學(xué)培養(yǎng)體系[1]等。但是，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該課程的教學(xué)方法和教學(xué)模式尚未完全定型，教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)理念也都有許多值得探索和拓展的地方。對(duì)此，本文根據(jù)復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系開設(shè)的上海市精品《材料失效分析》專業(yè)選修課的課程內(nèi)容[2]，針對(duì)課程的教學(xué)方法，闡明了在教學(xué)過程中采用互動(dòng)式教學(xué)方法的重要性，并對(duì)其實(shí)踐意義進(jìn)行了更深入的探索，并探討了關(guān)于課程教學(xué)改革的一些思考。

一、《材料失效分析》互動(dòng)式教學(xué)的新內(nèi)涵

近十年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)教育的不斷重視，各項(xiàng)投入也不斷增大，對(duì)于我國(guó)傳統(tǒng)教學(xué)模式與教學(xué)方法許多專家和學(xué)者也都提出了很多高屋建瓴的看法。衡量教育水平高低的首要標(biāo)準(zhǔn)就是要看教師和學(xué)生能夠擁有一種幸福完整的教育生活，即在教學(xué)的過程中師生雙方是否都能夠充分享受課堂、分享教育生活，共同迎接在教育課程中所遇到的智慧挑戰(zhàn)，能夠使雙方都有所提高、有所成長(zhǎng)。因此，互動(dòng)式教學(xué)作為促進(jìn)師生交流，完善個(gè)性培育，提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)的重要方式，有利于使課程體系更加豐富多元化，使課堂教學(xué)擺脫傳統(tǒng)枯燥的“強(qiáng)制性”、“灌輸式”的教學(xué)模式，在教學(xué)雙方平等交流探討的過程中，通過觀點(diǎn)的碰撞以及想法的創(chuàng)新不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和探索性，從而達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。互動(dòng)式教學(xué)可以將教學(xué)重心由教師轉(zhuǎn)向?qū)W生[3]，使學(xué)生由旁觀者逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c者，最終轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲗?dǎo)者，而教師則由教學(xué)的主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變成引導(dǎo)者，讓學(xué)生從被動(dòng)接受逐漸轉(zhuǎn)變成主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的整個(gè)過程，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)課程的新的興趣、認(rèn)識(shí)、思考和理解。材料失效分析是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，有著多學(xué)科交叉的特性，需要龐大的理論體系與多學(xué)科背景的支撐。它不僅涉及到了基本的科學(xué)理論、工程技術(shù)、管理方法和工藝設(shè)備等，而且也包含了相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)章條例、框架體系，甚至是企業(yè)生產(chǎn)或工程應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程制度等。因此，如何能讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中充分理解并靈活運(yùn)用如此大的理論背景和復(fù)雜的交叉科學(xué)知識(shí)就成了課程教學(xué)的根本，也是教學(xué)的難點(diǎn)所在。鑒于上述情況，筆者根據(jù)多年從事失效分析工作以及教學(xué)培養(yǎng)工作的豐富經(jīng)驗(yàn)，從現(xiàn)代互動(dòng)式教學(xué)方法的角度出發(fā)，探討了《材料失效分析》課程教學(xué)方法改革的現(xiàn)實(shí)意義和作用，并進(jìn)行了一定的拓展性思考。

二、《材料失效分析》互動(dòng)式教學(xué)實(shí)踐

《材料失效分析》作為復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系開設(shè)的一門專業(yè)選修課，不僅供材料科學(xué)系內(nèi)材料物理、材料化學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)三個(gè)專業(yè)的同學(xué)選修，而且自2013年起，理論與應(yīng)用力學(xué)、自然科學(xué)試驗(yàn)班、技術(shù)科學(xué)試驗(yàn)班、生命科學(xué)等專業(yè)的學(xué)生也參與選修了該課程。憑借著良好的教學(xué)方法、豐富的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生給予的褒獎(jiǎng)，該課程先后于2013年獲評(píng)為“復(fù)旦大學(xué)精品課程”，2016年獲評(píng)為“上海市精品課程”。該課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)包含了復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系多位教授，共分為六章、36學(xué)時(shí)，從不同角度和各個(gè)方面利用互動(dòng)式教學(xué)的方法，取得了良好的教學(xué)效果，獲得了廣大學(xué)生的一致好評(píng)。

課程主要由基礎(chǔ)理論和案例分析兩部分構(gòu)成，而互動(dòng)式教學(xué)方法則作為理論與實(shí)際案例相互聯(lián)接的紐帶穿插于其中，成為了該課程能夠得到眾多學(xué)生選修并吸引學(xué)生對(duì)失效分析課程產(chǎn)生濃厚興趣的重要原因。以下筆者就結(jié)合具體的教學(xué)實(shí)踐過程，對(duì)互動(dòng)式教學(xué)進(jìn)行詳細(xì)地闡述。在《材料失效分析》課程中，失效分析的基本概念是其最為基礎(chǔ)也是最為重要的部分。例如，什么是失效模式、失效缺陷、失效機(jī)理、失效起因，四者之間究竟有什么內(nèi)在關(guān)系。針對(duì)這些基本概念，通過利用互動(dòng)式教學(xué)的方法，就可以生動(dòng)形象地讓學(xué)生理解和區(qū)分。由于這四個(gè)概念屬于材料失效分析課程中最基本的概念，雖然在教師的眼中較為容易理解和區(qū)分，但是對(duì)于學(xué)科背景單一、理論知識(shí)基礎(chǔ)較為薄弱的學(xué)生來(lái)說(shuō)，盡管字面意思可以理解，但是其中的深刻內(nèi)涵和相關(guān)之間的關(guān)系卻是很難被充分理解和梳理清楚的。傳統(tǒng)的教學(xué)可能只是生硬地將概念和關(guān)系用語(yǔ)言和文字灌輸給學(xué)生，往往是教師的“一言堂”、“滿堂灌”，導(dǎo)致課程整體氣氛較為僵硬死板、缺乏生氣和活力。而一些引入了互動(dòng)性的教學(xué)方式也是簡(jiǎn)單地加入了對(duì)學(xué)生的提問、布置和檢查作業(yè)，這種方式也往往達(dá)不到理想的教學(xué)效果。為了解決這個(gè)問題，增強(qiáng)教學(xué)過程中學(xué)生的生動(dòng)感，使學(xué)生在上課過程中有身臨其境的感覺，以便于充分理解各個(gè)概念，授課教師通過引入眾所周知的“泰坦尼克號(hào)沉船事件”的案例，深入淺出地講解了各個(gè)概念及其內(nèi)在關(guān)系。當(dāng)然，這里引入的案例并不僅僅是單純的案例講解，否則就與普通的互動(dòng)式教學(xué)模式相去無(wú)幾，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與消化也就要大打折扣。為了保證良好的教學(xué)效果，授課教師利用暑假期業(yè)余時(shí)間，自費(fèi)前往英國(guó)貝爾法斯特泰坦尼克號(hào)紀(jì)念館獲取第一手最為全面、真實(shí)的背景資料，并根據(jù)相關(guān)的事故調(diào)查結(jié)果，總結(jié)并歸納了泰坦尼克號(hào)的失效模式、失效缺陷、失效機(jī)理、失效期因等。通過形象生動(dòng)的影像資料，整個(gè)課堂如同一場(chǎng)旅行，而教師則如同一位導(dǎo)游，帶領(lǐng)同學(xué)們一起深入開展失效分析工作。由于泰坦尼克號(hào)的故事大家已經(jīng)耳熟能詳，通過一系列的背景資料介紹以及圖片、視頻等調(diào)查結(jié)果的展示，學(xué)生們便根據(jù)自己理解紛紛對(duì)其失效過程進(jìn)行了闡述。在闡述過程中，學(xué)生之間通過交流不同的看法和理解，逐步對(duì)失效分析的基本概念進(jìn)行理解，并梳理其關(guān)系。教師此時(shí)并不是簡(jiǎn)單地將正確的理解方式和答案簡(jiǎn)單的教授給學(xué)生，而是通過了解學(xué)生的所思所想，帶領(lǐng)學(xué)生逐步按照正確的邏輯方式理解各個(gè)概念的異同點(diǎn)。這樣的互動(dòng)式教學(xué)不僅僅是一種簡(jiǎn)單的師生之間的互動(dòng)與交流，而是互動(dòng)雙方共同介入、沉浸于課程之中，雙方都是有意識(shí)地進(jìn)行思考方法的交流和邏輯思維的碰撞。而此時(shí)授課教師的重要性就愈益凸顯，這也要求教師不僅要有充足的學(xué)術(shù)專業(yè)素養(yǎng)，而且還要有良好的教學(xué)技能和底蘊(yùn)，要有較強(qiáng)的駕馭課堂的能力，讓學(xué)生始終圍繞著預(yù)期的教學(xué)內(nèi)容和要求進(jìn)行互動(dòng)，避免出現(xiàn)淡化、偏離課程中心的情況。此外，還需要授課教師能夠靈活處理在教學(xué)互動(dòng)過程中可能遇到的各種問題，避免在教學(xué)中使自己處于被動(dòng)的地位，造成相反的教學(xué)效果。這樣，通過教師從邏輯思維的層面對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，進(jìn)而使學(xué)生自主地實(shí)現(xiàn)理論體系與實(shí)踐案例的融會(huì)貫通。endprint

除了對(duì)基本概念進(jìn)行講解以外，在課程設(shè)置方面，還創(chuàng)新性地加入了“重大設(shè)備的失效分析”章節(jié)。通過講解在核電、火電、石化、化工、冶金、汽車、微電子、印制電路、城市管網(wǎng)、風(fēng)電等十個(gè)行業(yè)承擔(dān)完成的幾十項(xiàng)重大失效案例，讓同學(xué)們對(duì)失效分析有更加清晰直觀的認(rèn)識(shí)，有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和對(duì)材料失效分析研究的興趣。當(dāng)然，互動(dòng)式教學(xué)作為其中重要的催化劑同樣起到了重要的作用。教師在對(duì)每個(gè)案例講解前，都會(huì)先概要介紹某個(gè)失效案例的工程背景及其基本工藝參數(shù)，然后讓同學(xué)們深層學(xué)習(xí)和思考，再詳細(xì)地介紹該案例失效分析的整個(gè)過程和細(xì)節(jié)，如何判斷失效模式、論證失效機(jī)理、辨別失效缺陷、找到失效的根本原因，從而讓學(xué)生逐步學(xué)會(huì)和掌握失效分析的基本思路、主要步驟、分析程序和技術(shù)要點(diǎn)以及分析者的基本要求等。通過師生間的共同探討、思維碰撞，讓學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)到自己的思維方式與教師的思維方式的異同之處，找到適合學(xué)生自己的邏輯思維方式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化培養(yǎng)。這種互動(dòng)式教學(xué)方法已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的師生之間普通的語(yǔ)言交流，更多的是想法與思維的共享與互換。通過這種方式可以讓學(xué)生能夠更加容易地理解教師的所思所想，而教師也更加易于從學(xué)生的角度去考慮知識(shí)的難易點(diǎn)在何處，從而使整個(gè)教學(xué)過程更有針對(duì)性和特殊性，從根本上提升了教學(xué)效果。

三、《材料失效分析》互動(dòng)式教學(xué)拓展

《材料失效分析》作為一門以失效分析為主的課程，其特點(diǎn)就是基礎(chǔ)科學(xué)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，不僅涉及到了多學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，而且還要求要有公正的立場(chǎng)和求真求是的態(tài)度。但是傳統(tǒng)的材料失效分析課程受到了各種因素的限制，一方面由于任課教師本身并不是長(zhǎng)期從事材料失效分析研究的專家，因而對(duì)失效分析的理解可能會(huì)略顯欠缺，并且其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和科研體會(huì)也稍顯缺乏，所以在授課教學(xué)的過程中容易“簡(jiǎn)單粗放”，缺乏形象生動(dòng)的描述，課堂的互動(dòng)性也會(huì)大大降低，很難讓學(xué)生保持較高的專注度。另一方面，由于一些材料失效分析課程主要是圍繞金屬材料失效分析，以金屬的金相分析、斷口分析、疲勞分析、斷裂分析等為主要授課內(nèi)容，缺乏材料失效分析的綜合性和復(fù)雜性，分析過程千篇一律，這就導(dǎo)致了學(xué)生在聽課的過程中較為枯燥，難于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。因此，互動(dòng)式教學(xué)實(shí)現(xiàn)的前提就是授課教師本身具有豐富的失效分析經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)培養(yǎng)經(jīng)歷，以及能夠給予學(xué)生足夠新穎、創(chuàng)新、特別的失效分析案例。在此基礎(chǔ)上，通過互動(dòng)式教學(xué)方法，在課堂中不僅僅實(shí)現(xiàn)形式互動(dòng)，而且可以達(dá)到師生的信息互動(dòng)、情感互動(dòng)、思想互動(dòng)、精神互動(dòng)[4]，重在啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和聯(lián)想力，打造學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考的空間，為知識(shí)經(jīng)濟(jì)新時(shí)代提供綜合性全面發(fā)展的復(fù)合型人才。

誠(chéng)然，筆者在這里談到的互動(dòng)式教學(xué)不僅僅是適用于《材料失效分析》這門課程，也是目前我國(guó)在高等教育特別是本科、研究生教育中廣泛采用借鑒的先進(jìn)教學(xué)方法之一。同時(shí)，因?yàn)椤恫牧鲜Х治觥酚兄渥愕慕虒W(xué)案例和素材可供使用，所以教師在授課時(shí)不僅可以使抽象的理論變得更加感性且具體，而且通過教師對(duì)理論知識(shí)的升華，就可以形成教與學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一[5]，充分吸引了學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)了他們主動(dòng)思考與積極參與的熱情。例如英國(guó)倫敦商學(xué)院的馬克·瑞森博士在講授“消費(fèi)者購(gòu)買行為”時(shí)，會(huì)預(yù)先安排學(xué)生去采訪一次實(shí)際購(gòu)買過程，在課堂上讓學(xué)生介紹采訪結(jié)果，教師順勢(shì)進(jìn)行講授，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又收到良好的教學(xué)效果[6]。該課程的案例講解就有此特點(diǎn)，通過學(xué)生自主思考、分析、表達(dá)、討論，并在任課教師的引導(dǎo)下，學(xué)生再通過自我質(zhì)疑、自我改正、自我學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)個(gè)人能力的自我提高。

四、結(jié)語(yǔ)

《材料失效分析》課程因其以具體的重大工程失效案例為基礎(chǔ)，具有高度的工程實(shí)踐指導(dǎo)意義，因此更加適合且便于開展互動(dòng)式教學(xué)。但是，在實(shí)際授課中也應(yīng)該靈活應(yīng)用多種方式如啟發(fā)式和互動(dòng)式相結(jié)合、理論講解與工程案例相結(jié)合等方法，全面提高學(xué)生的各項(xiàng)能力。將互動(dòng)性滲透到教學(xué)過程中的方方面面，不僅需要教師具有較強(qiáng)的綜合能力，而且還需要師生之間的密切配合和良好溝通。因此，筆者希望通過上述的總結(jié)和教學(xué)心得能夠引起大家的共鳴與思考，并希望能夠借此推動(dòng)這門課程的改革與創(chuàng)新，加快傳統(tǒng)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，筆者也希望通過在今后教學(xué)過程中的不斷摸索和改進(jìn)，進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，將互動(dòng)式教學(xué)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，從而將教與學(xué)的過程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，讓兩者相互作用，相得益彰，和諧發(fā)展，為社會(huì)培養(yǎng)更多的具有學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、綜合知識(shí)運(yùn)用能力和表達(dá)能力等五種基本能力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

致謝：感謝上海市教委對(duì)本文的大力支持。

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