新工科建設(shè)背景下的材料失效分析課程教學(xué)改革與實(shí)踐

秦 鏡，齊 亮，徐星星，聶金成，賀 超

（江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

“新工科”是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求的工程教育改革方向，是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化，塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新，交叉與融合，協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1]。在新工科建設(shè)背景下，構(gòu)建多元化、創(chuàng)新型、跨學(xué)科的綜合性課程體系至關(guān)重要。而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，既要揭示材料失效的模式和原因，澄清失效機(jī)理和規(guī)律，又要給出針對性的預(yù)防和解決措施，對于促進(jìn)新材料開發(fā)和傳統(tǒng)材料的改進(jìn)以及提升安全可靠性有著重要的意義[2]。在很多院校課程體系中，材料失效分析作為專業(yè)選修課開設(shè)，以往不夠重視。近年來，針對新工科建設(shè)要求，有關(guān)材料失效分析的課程改革報(bào)道逐漸增多[3-5]，教學(xué)方法和教學(xué)模式有許多值得探索和拓展的地方。本文從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程考核方式等方面進(jìn)行改革與實(shí)踐研究，注重多學(xué)科交叉融合，著重分析思路及其方法的運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合，重視創(chuàng)新能力及實(shí)踐能力的提高，為培養(yǎng)復(fù)合型及創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

一、課堂教學(xué)改革

課堂教學(xué)改革是課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。為了激發(fā)學(xué)生對材料失效分析這門課的學(xué)習(xí)興趣和積極主動(dòng)性，鍛煉學(xué)生的思辨能力，課堂教學(xué)從以下三個(gè)方面進(jìn)行改革。

1.教學(xué)內(nèi)容模塊化，將每學(xué)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容分成三階段。第一階段，重視課堂導(dǎo)入。尤其是第一節(jié)課，為了激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，通過觀看“德國高鐵列車事故”視頻，讓學(xué)生了解到材料失效造成的巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，深刻認(rèn)識到學(xué)習(xí)材料失效分析的重要意義，從而端正學(xué)習(xí)態(tài)度、明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。第二階段，穿插提問和討論環(huán)節(jié)。如怎樣區(qū)別低周疲勞和高周疲勞、應(yīng)力腐蝕開裂與腐蝕疲勞斷裂等，不但集中了學(xué)生注意力，還達(dá)到溫故而知新的效果。第三階段，留問題課下思考解答。比如在講完腐蝕失效分析后，拋出某空調(diào)冷凝管開裂實(shí)例，讓學(xué)生課下思考討論斷裂原因和機(jī)制，加深對概念的理解。

2.課件內(nèi)容多元化。不拘泥于教材內(nèi)容，增加鮮活的失效案例分析實(shí)例。與科研成果相結(jié)合或與日常生活緊密聯(lián)系，如在講解磨損失效分析時(shí)，談?wù)勂噭x車片的磨損與保養(yǎng)，在講解電化學(xué)腐蝕失效分析中時(shí)，介紹電熱水器中鎂棒的作用與重要性，達(dá)到知識性與趣味性兼顧。由于材料失效分析綜合性很強(qiáng)，需要學(xué)生見多識廣，尤其是斷口分析，只有大量見識各種斷口形貌，才能準(zhǔn)確地判斷出不同失效斷裂的機(jī)制。通過廣泛查閱文獻(xiàn)，增大信息量供給，讓學(xué)生熟悉各種斷口宏觀及微觀形貌特征，掌握鑒別斷裂類型的技巧和方法。

3.授課方法多樣化。上課突出重點(diǎn)，避免平鋪直敘。加強(qiáng)與學(xué)生的交流和互動(dòng)，杜絕“一言堂”或“滿堂灌”，增添課堂的生氣與活力。在答疑解惑的過程中，有時(shí)候能夠倒逼任課教師不斷提高自身素質(zhì)并改進(jìn)教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。例如，有學(xué)生提出教科書上有“高周疲勞斷裂前無明顯的塑性變形，在交變應(yīng)力下會(huì)顯示出宏觀脆性的斷裂特征”，但是后面又出現(xiàn)“高周疲勞斷裂疲勞輝紋通常是延性的，裂紋尖端存在較大的塑性變形”，兩者是否矛盾。作為教師首先表揚(yáng)該學(xué)生主動(dòng)提問，再由學(xué)生們分組討論并派代表回答，最后予以點(diǎn)評，通過畫圖演示結(jié)合案例分析，從宏觀和微觀角度深入剖析裂紋擴(kuò)展機(jī)理，讓學(xué)生明白兩者之間并無矛盾，有撥云見日之感。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

材料失效分析是一門實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)課，重視并拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，避免學(xué)生重理論、輕實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，實(shí)驗(yàn)教學(xué)從以下三個(gè)方面進(jìn)行改革。

1.以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和參與實(shí)驗(yàn)的積極性。除了安排斷口分析實(shí)驗(yàn)，還添加了具體零件的失效分析，鼓勵(lì)學(xué)生從日常生活用品中主動(dòng)尋找失效的零件如斷裂的螺栓、失效的馬達(dá)等作為研究對象。在實(shí)驗(yàn)過程中，在保證安全的前提下，盡可能讓學(xué)生自己動(dòng)手操作儀器設(shè)備，培養(yǎng)自主探究能力。

2.與科研相結(jié)合，讓學(xué)生接觸或參與相關(guān)科研項(xiàng)目和課題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維和分析解決實(shí)際問題的能力。比如將研究課題所涉及的有關(guān)材料的顯微組織及斷口形貌觀察安排在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，科研與教學(xué)同時(shí)進(jìn)行，一舉兩得。對學(xué)生而言，既學(xué)習(xí)了科研的思路和方法，觀察及分析能力又得到了提高。

3.與其他課程交叉融合，協(xié)調(diào)與共享教學(xué)資源。如在機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)授課過程、儀器設(shè)備維修過程中，妥善保存失效零件，為本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供豐富的素材。由于這些失效零件來源于現(xiàn)場，學(xué)生通過現(xiàn)場調(diào)查和收集資料，不僅能了解零件的使用環(huán)境，而且能了解零件的選材、加工、使用及維修過程，促使學(xué)生積極思考，尋找失效原因并提出預(yù)防或改進(jìn)措施。

三、課程考核方式改革

以往的課程考核方式形式比較單一，難以適應(yīng)新工科建設(shè)的發(fā)展和素質(zhì)教育的要求。為了加強(qiáng)過程考核并培養(yǎng)創(chuàng)新意識，結(jié)合本課程的特點(diǎn)，將失效分析報(bào)告和課堂演講納入平時(shí)成績。通過撰寫報(bào)告，讓學(xué)生熟悉失效分析程序，鍛煉思維邏輯性和條理性。通過課堂演講，鍛煉他們文獻(xiàn)檢索、幻燈片制作及語言表達(dá)能力的同時(shí)，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神，提高了綜合素質(zhì)。為了準(zhǔn)確反映學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握和分析方法的運(yùn)用情況，提高試卷中主觀題的分量，素材取自科研項(xiàng)目和工程實(shí)例，重點(diǎn)考查利用理論知識分析解決實(shí)際問題的能力，鼓勵(lì)學(xué)生打破固有的思維模式，從新的角度、新的方式去思考，得出具有創(chuàng)造性的結(jié)論，達(dá)到新工科建設(shè)所要求的培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的目的。

四、結(jié)語

在新工科建設(shè)背景下，材料失效分析教學(xué)改革以培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越材料工程人才為目標(biāo)，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程考核方式等方面進(jìn)行改革與實(shí)踐。通過課堂教學(xué)改革，加強(qiáng)了與學(xué)生的交流和互動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生的求知欲和積極主動(dòng)性；通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，不但讓學(xué)生掌握了失效分析的基本技能，還提高了創(chuàng)新和實(shí)踐能力；課程考核方式改革側(cè)重考查學(xué)生利用理論知識分析解決實(shí)際問題的能力，取得了良好的教學(xué)效果。