材料力學(xué)性能基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革研究

朱磊 趙宇龍 陳輝 顧永琴 宋健 顧修全 強(qiáng)穎懷

摘要：材料力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是材料力學(xué)性能課程的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分。本文針對(duì)目前材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)課存在的問題，結(jié)合中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料專業(yè)學(xué)生現(xiàn)有學(xué)情，分別從教學(xué)模式和考核方式出發(fā)，提出了模塊化教學(xué)體系、階梯型實(shí)驗(yàn)和建立全面的考評(píng)細(xì)則，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。課程實(shí)踐結(jié)果表明：教學(xué)改革后的教學(xué)模式和考核方式有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)本門實(shí)驗(yàn)課的興趣，教學(xué)效果得到了顯著提高。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)性能；基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課；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（2019）06-0106-02

一、引言

材料力學(xué)性能是材料專業(yè)類本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在國(guó)內(nèi)眾多兄弟院校普遍開設(shè)。筆者在充分利用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)“材料科學(xué)與工程國(guó)家第七批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)”和“材料科學(xué)與工程江蘇省實(shí)踐教育中心”等優(yōu)勢(shì)教學(xué)資源基礎(chǔ)上，樹立以學(xué)生為本，融知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為一體的現(xiàn)代化教育理念和以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為核心的教學(xué)觀念，建立有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的教學(xué)體系。對(duì)開設(shè)的材料力學(xué)性能基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容和要求提出了新的改進(jìn)措施。一是提出模塊化教學(xué)體系，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)K、綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K相結(jié)合，改變以往按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書單純演示教學(xué)實(shí)驗(yàn)的模式，達(dá)到鍛煉學(xué)生綜合能力的目的；二是設(shè)計(jì)了階梯型實(shí)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)情和對(duì)理論知識(shí)的掌握，針對(duì)不同學(xué)生，幫助他們擺脫學(xué)習(xí)過(guò)程中的被動(dòng)狀態(tài)，有效幫助學(xué)生完善知識(shí)體系，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，掌握材料科學(xué)研究的一般手段。在多年的教學(xué)過(guò)程中，不斷提高課程教學(xué)質(zhì)量，致力于培養(yǎng)材料專業(yè)學(xué)生的特色實(shí)踐創(chuàng)新能力。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成，是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)，是將理論知識(shí)深入化、實(shí)踐化的重要手段，也是提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維習(xí)慣的重要環(huán)節(jié)。本科生在校學(xué)習(xí)以理論知識(shí)為主，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生由理論邁向?qū)嶋H的第一步。這不僅關(guān)系著學(xué)生實(shí)際動(dòng)手等能力的培養(yǎng)，更關(guān)系著對(duì)學(xué)生自信心和實(shí)際操作興趣的培養(yǎng)。材料力學(xué)性能作為材料類的基礎(chǔ)專業(yè)課，教學(xué)內(nèi)容與生活實(shí)際緊密相連，涉及的抗力失效指標(biāo)均由實(shí)驗(yàn)測(cè)試而來(lái)，課程特點(diǎn)決定了實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分在課程中占有重要地位。目前，材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)課形式是以教師為主的演示性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生雖能系統(tǒng)、完整地觀看到實(shí)驗(yàn)流程，但學(xué)生在整個(gè)過(guò)程是被動(dòng)地接受知識(shí)，主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)不多，導(dǎo)致部分同學(xué)對(duì)材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)興趣和熱情不高，學(xué)習(xí)效果沒有達(dá)到預(yù)期。要想扭轉(zhuǎn)這種局面，先要從教學(xué)理念的更新出發(fā)，建立全方面、多層次的立體實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，進(jìn)而讓學(xué)生更加主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。建立的新的材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程應(yīng)有如下特點(diǎn)：一是學(xué)生能全面參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，增加學(xué)生實(shí)際動(dòng)手的機(jī)會(huì)；二是能更好地培養(yǎng)學(xué)生思考問題的能力，針對(duì)不同的實(shí)際問題，學(xué)生能提出解決問題的具體方法；三是要培養(yǎng)學(xué)生能夠解決相對(duì)復(fù)雜實(shí)際工程問題的能力，針對(duì)一個(gè)具體問題，能運(yùn)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)來(lái)解決。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革措施

（一）構(gòu)建模塊化教學(xué)體系設(shè)計(jì)，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力

模塊化教學(xué)體系主要包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)K、綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K，明確各模塊教學(xué)目的與培養(yǎng)目標(biāo)，將基本技能要求合理安排到各模塊，強(qiáng)化過(guò)程訓(xùn)練，注重相互聯(lián)系，通過(guò)整合、優(yōu)化、延伸等方式避免實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。例如：我們開設(shè)了“材料失效實(shí)驗(yàn)方案”的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，合并優(yōu)化了制備缺口、腐蝕、拉伸和組織觀察等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)對(duì)材料結(jié)構(gòu)、成分和斷口形貌等知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了拓展和延伸，將孤立分散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。根據(jù)實(shí)際常見的失效形式，包括疲勞斷裂、蠕變斷裂、沖擊斷裂、應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂等，設(shè)計(jì)若干個(gè)模塊化實(shí)驗(yàn)。結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)分析構(gòu)件失效部位的元素組成及含量，運(yùn)用微觀形貌結(jié)構(gòu)測(cè)試手段分析材料失效部分的微觀形貌及斷裂形式，根據(jù)所學(xué)知識(shí)推測(cè)構(gòu)件失效的原因和機(jī)理，最后采用實(shí)驗(yàn)室模擬手段驗(yàn)證等綜合系統(tǒng)的還原斷裂過(guò)程并提出解決方案和預(yù)防措施。

（二）設(shè)計(jì)功能性、階梯狀實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

結(jié)合學(xué)生對(duì)材料科學(xué)的認(rèn)識(shí)進(jìn)度和“材料力學(xué)性能”課堂教學(xué)，設(shè)置了具有明顯的功能性和階梯狀的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括拉伸實(shí)驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、壓縮實(shí)驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，幫助他們擺脫學(xué)習(xí)的被動(dòng)狀態(tài)，有效幫助學(xué)生加深對(duì)力學(xué)性能知識(shí)的理解，掌握材料力學(xué)科學(xué)研究的一般方法和測(cè)試手段，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件與具體實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，將材料力學(xué)性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)成豐富多趣同時(shí)知識(shí)點(diǎn)豐富的功能性試驗(yàn)，由單一實(shí)驗(yàn)向模塊化實(shí)驗(yàn)方式轉(zhuǎn)變。

（三）建立全面的考評(píng)細(xì)則，科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)情況

針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)考核方式重結(jié)果、輕過(guò)程，重規(guī)范、輕創(chuàng)新的問題，建立一系列新的考評(píng)細(xì)則。新的考評(píng)細(xì)則注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程中考核與結(jié)果考核的結(jié)合，但側(cè)重過(guò)程考核，注重理論考核與實(shí)驗(yàn)技能考核結(jié)合，側(cè)重技能考核。實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)全程跟蹤，關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)行考查，確保過(guò)程質(zhì)量，從而提高教學(xué)效果。例如：金屬拉伸制備實(shí)驗(yàn)，涉及到實(shí)驗(yàn)設(shè)備（萬(wàn)能電子拉伸試驗(yàn)機(jī)）、耗材（光滑試樣、缺口試樣等）、步驟（擦拭試樣—?jiǎng)澗€—拉伸—觀察拉伸曲線—觀察斷口形貌—撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告）都非常多，為了保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程的質(zhì)量，教師對(duì)每位同學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行具體指導(dǎo)并進(jìn)行過(guò)程評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并糾正，大大提高了教學(xué)效果。

四、結(jié)語(yǔ)

材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)課作為課程重要組成部分，必須得到足夠的重視。本文針對(duì)傳統(tǒng)材料力學(xué)性能單純演示實(shí)驗(yàn)存在的問題，在教學(xué)模式上提出了模塊化教學(xué)體系和階梯型實(shí)驗(yàn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，在考核方式上，建立全面的考評(píng)細(xì)則，科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)情況，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。材料力學(xué)性能基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐表明，改革后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式受到了廣大同學(xué)的好評(píng)，實(shí)實(shí)在在地提升了教學(xué)效果。同時(shí)，也為其他類似實(shí)驗(yàn)課程的改革提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]束德林.工程材料力學(xué)性能[M].北京：機(jī)械工程出版社，2014.

[2]葉榮昌，強(qiáng)文江，李成華，等.材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（9）：136-138.

[3]王淑花，李學(xué)偉，徐家文，等.《材料力學(xué)性能》課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法改革研究[J].黑龍江教育·理論與實(shí)踐，2014，（5）：74-75.

[4]孫小華，余海洲，黃才華，等.“工程材料力學(xué)性能”課程教學(xué)改革探索[J].中國(guó)電力教育，2013，（10）：86-87.

[5]蔣建清，梅建平，睢良兵，等.金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2004，21（1）：23-27.

[6]張陵，韓省亮，王芳文.“工程力學(xué)”課程設(shè)置與教材建設(shè)的再認(rèn)識(shí)與再思考[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2009，（1）：55-57.