材料力學(xué)性能課程的教改探討與實(shí)踐*

魏曉剛 劉會麗 楊柳川 張耀宗 樊佳康 徐 哲 李 旺

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450000）

材料力學(xué)性能課程教改內(nèi)容較多，其中以教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革、教學(xué)手段改革以及成績考核改革為主。在材料力學(xué)性能課程中，一般會涉及金屬材料、固態(tài)材料、無機(jī)非金屬材料等材料知識。此外還會涉及高分子材料、聚合物材料等材料力學(xué)性能課程，在材料力學(xué)性能課程教改過程中，應(yīng)結(jié)合材料領(lǐng)域發(fā)展趨勢，以及市場和科研領(lǐng)域應(yīng)用材料的過程，使教改內(nèi)容可以滿足學(xué)生學(xué)習(xí)以及實(shí)際發(fā)展需求。

1 結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1.1 優(yōu)化基礎(chǔ)內(nèi)容，注意前后課程銜接

根據(jù)高等教育要求，高校在改革材料力學(xué)性能課程時(shí)，應(yīng)以《工程材料力學(xué)性能》為主，將材料力學(xué)性能課程分為三個(gè)部分，一是材料力學(xué)性能理論闡述課程、二是材料在環(huán)境中實(shí)際表現(xiàn)課程、三是材料力學(xué)性能綜合概述課程。

在材料力學(xué)性能理論闡述課程中，主要講解材料受到靜荷載、動荷載或者動靜荷載的作用下，材料出現(xiàn)的變形情況，在變形過程中材料還會出現(xiàn)斷裂的情況，根據(jù)變形或者斷裂情況，判斷材料在使用期間所能承受的荷載，以便確定材料的抗荷載能力，根據(jù)抗荷載能力，掌握材料實(shí)際的使用價(jià)值，有助于將材料使用在適合的環(huán)境中，提高材料的安全性和穩(wěn)定性。

在材料環(huán)境中實(shí)際表現(xiàn)課程中，重點(diǎn)研究材料常見的四種情況，一是疲勞情況、二是蠕變情況、三是磨損情況、四是環(huán)境情況，根據(jù)四種情況分別研究材料的使用壽命，并且在材料應(yīng)有的壽命的下，材料可以體現(xiàn)出的抗荷載能力。

在材料力學(xué)性能綜合概述課程中，主要講解材料力學(xué)的相關(guān)概念以及原理，并基于材料力學(xué)性能定律，將所有講解的內(nèi)容建立聯(lián)系關(guān)系，使學(xué)生可以全面掌握所學(xué)的材料力學(xué)性能課程內(nèi)容。

進(jìn)行材料力學(xué)性能課程教改，一方面突出材料力學(xué)性能課程的特色，突出材料力學(xué)性能課程特色，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)材料力學(xué)性能在實(shí)際領(lǐng)域中體現(xiàn)出的應(yīng)用價(jià)值，另一方面將材料力學(xué)性能課程相關(guān)的領(lǐng)域相互融合，包括焊接領(lǐng)域、金屬領(lǐng)域以及成型控制領(lǐng)域，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)材料力學(xué)性能課程的價(jià)值，有助于學(xué)生明確今后在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)。

以某高校對材料力學(xué)性能課程教改為例，在教改過程中將汽車領(lǐng)域、船舶領(lǐng)域以及煤礦領(lǐng)域與材料力學(xué)性能課程融合，在融合期間根據(jù)各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際發(fā)展趨勢以及崗位實(shí)際應(yīng)用需求，明確材料力學(xué)性能課程教改目標(biāo)，具體教改目標(biāo)分為材料力學(xué)性能在金屬靜荷載下的應(yīng)用價(jià)值、在金屬應(yīng)力抗腐蝕的應(yīng)用價(jià)值、在氫脆斷裂的應(yīng)用價(jià)值以及金屬耐高溫的應(yīng)用價(jià)值。

1.2 堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)踐

材料力學(xué)性能在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在材料力學(xué)性能課程教改過程中，高校應(yīng)堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)踐，將理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用建立相輔相成的關(guān)系。進(jìn)入到材料力學(xué)性能課程教改過程中，高校應(yīng)發(fā)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用存在的差距，在理論教學(xué)中，將理論斷裂強(qiáng)度作為聯(lián)系實(shí)踐的切入點(diǎn)，在實(shí)際教改過程中，發(fā)現(xiàn)理論斷裂強(qiáng)度與實(shí)際斷裂強(qiáng)度存在較大的差異，存在的差異按照數(shù)量級進(jìn)行劃分，可以劃分為3 個(gè)等級。在分析強(qiáng)度等級數(shù)量級過程中，一般從兩個(gè)角度進(jìn)行分析，一是理論斷裂強(qiáng)度分析，另一個(gè)是基礎(chǔ)材料科學(xué)斷裂強(qiáng)度。在分析理論斷裂強(qiáng)度過程中，采用雙原子模型，可以推斷出理論斷裂強(qiáng)度。在分析基礎(chǔ)材料科學(xué)斷裂強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)材料基礎(chǔ)理論，采用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法測定材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度，并將理論斷裂強(qiáng)度與實(shí)際斷裂強(qiáng)度存在的差異進(jìn)行比較，針對出現(xiàn)的差異找出消除差異的方法。

以講解材料低溫脆性知識為例，高校可以將船舶、橋梁等設(shè)備中應(yīng)用的材料作為研究對象，在較低的溫度環(huán)境中，設(shè)定不同溫度，分析材料在不同溫度狀態(tài)下表現(xiàn)出的脆性狀態(tài)，如果材料在設(shè)定的溫度脆性達(dá)到極限，證明材料在設(shè)定的溫度極有可能出現(xiàn)斷裂的情況。向?qū)W生展示實(shí)際情況，學(xué)生掌握材料在脆性狀態(tài)下出現(xiàn)的變化，可以讓學(xué)生結(jié)合材料的力學(xué)性能，將材料合理應(yīng)用在適合的設(shè)備上。此外在理論教學(xué)期間，講解材料出現(xiàn)的磨損情況時(shí)，應(yīng)結(jié)合煤礦運(yùn)輸過程中使用的設(shè)備為例，在運(yùn)輸設(shè)備中使用的材料，會受到環(huán)境等多種因素的影響，導(dǎo)致材料出現(xiàn)磨損情況，教師重點(diǎn)講解引發(fā)磨損的原因以及產(chǎn)生的危害，并結(jié)合材料的力學(xué)性能，向材料中加入抗磨損材料，提高設(shè)備的抗磨損能力。在講解設(shè)備振動情況時(shí)，由于設(shè)備處于振動狀態(tài)，需要設(shè)備具備較高的韌性，充分發(fā)揮材料的韌性優(yōu)勢，使設(shè)備在振動過程中，可以有效緩沖設(shè)備，防止設(shè)備由于長期振動無法正常的運(yùn)行。

將理論教學(xué)與實(shí)際教學(xué)相互融合，讓學(xué)生通過討論實(shí)際問題，合理運(yùn)用理論知識，使學(xué)生可以有效地理解和掌握材料力學(xué)性能知識。此外在理論與實(shí)際聯(lián)系過程中，教師可以采用設(shè)置問題的方法，讓學(xué)生積極思考和探索理論知識與實(shí)際應(yīng)用之間存在的關(guān)系，在思考和探索中引導(dǎo)學(xué)生形成正確的學(xué)習(xí)意識，并且不斷開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，使學(xué)生不斷豐富材料力學(xué)性能知識內(nèi)涵。

1.3 教學(xué)與科研結(jié)合，科研促進(jìn)教學(xué)

材料力學(xué)性能課程教改期間，高校應(yīng)將教學(xué)內(nèi)容與科研內(nèi)容有效的結(jié)合，以科研促進(jìn)教學(xué)發(fā)展，借助教學(xué)提高學(xué)生的科研能力。以講解材料力學(xué)性能中抗磨損知識為例，教師在課堂上講解理論知識，組織學(xué)生參與到實(shí)際科研學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生將理論知識應(yīng)用在科研中，學(xué)生在科研中研究材料的抗磨損、材料形狀彈性等內(nèi)容，然后結(jié)合材料力學(xué)性能，找到提高材料抗磨能力的方法。學(xué)生在科研過程中，會使用到較多的材料，如納米材料為例，學(xué)生在科研中使用顯微鏡，分析納米材料的力學(xué)性能，并將納米材料放置在設(shè)備上，為設(shè)備營造真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境，學(xué)生研究實(shí)際環(huán)境下，納米材料的力學(xué)性能，可以幫助學(xué)生更好地掌握材料力學(xué)性能。學(xué)生在科研與教學(xué)結(jié)合學(xué)習(xí)模式中，有助于增強(qiáng)學(xué)生主動探究材料力學(xué)性能的意識，并提高學(xué)生的科研能力，讓學(xué)生在科研中，合理應(yīng)用所學(xué)的知識解決實(shí)際問題，使學(xué)生真正做到學(xué)以致用。

2 改革教學(xué)模式，提升教學(xué)效果

高校在講解材料力學(xué)性能知識時(shí)，應(yīng)充分認(rèn)識到材料力學(xué)性能知識的復(fù)雜性，主要是材料力學(xué)性能知識會與多個(gè)力學(xué)學(xué)科存在關(guān)系，其中工程力學(xué)與材料力學(xué)關(guān)系較為密切，如果采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，會使學(xué)生感受到學(xué)習(xí)材料力學(xué)性能課程存在較大的難度，不利于學(xué)生投入更多的精力進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而影響課程教學(xué)效果。

高校應(yīng)對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行積極的改革，在改革過程中，一方面將講解的知識進(jìn)行有效的串聯(lián)，使知識建立銜接關(guān)系，另一方面設(shè)置具有探究性特點(diǎn)的問題，讓學(xué)生在探究問題過程中，可以掌握材料力學(xué)性能課程內(nèi)容。學(xué)生掌握材料力學(xué)性能課程后，可以利用自己的思維，建立材料力學(xué)性能知識體系。在建立體系過程中，既能培養(yǎng)學(xué)生探究意識，使學(xué)生可以主動探究材料力學(xué)性能知識，幫助學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)習(xí)慣，還能充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛力，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力，使建立的知識體系可以應(yīng)用于解決實(shí)際問題，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

在材料力學(xué)性能課程講解期間，教師可以采用多種教學(xué)方法，從而構(gòu)建不同的教學(xué)模式。由于材料力學(xué)性能知識具有抽象性特點(diǎn)，教師可以在教學(xué)中使用多媒體技術(shù)，使用多媒體技術(shù)制作音頻課件，通過音頻課件全面直觀的講解材料力學(xué)性能知識，使材料力學(xué)性能體現(xiàn)出形象化特點(diǎn)，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。以講解材料斷口形狀為例，教師在教學(xué)中使用多媒體技術(shù)，向?qū)W生展示材料受到不同荷載作用下，材料斷裂位置出現(xiàn)的形狀。在展示過程中，將工程中使用的材料作為展示對象，在課件中向?qū)W生展示材料受到單項(xiàng)拉伸荷載、沖擊荷載等實(shí)驗(yàn)過程，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示給學(xué)生，使學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容有一個(gè)形象的認(rèn)識，有效提高學(xué)生對材料力學(xué)性能知識的理解程度。

在使用多媒體技術(shù)時(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生合理使用互聯(lián)網(wǎng)，搜索與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的知識，并利用互聯(lián)網(wǎng)建立材料力學(xué)性能課程學(xué)習(xí)平臺，教師通過平臺上傳材料力學(xué)性能課程，讓學(xué)生在任何時(shí)間可以學(xué)習(xí)材料力學(xué)性能知識。在平臺中應(yīng)提供教師與學(xué)生交流的窗口，方便教師在線上向?qū)W生講解相關(guān)知識。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

在材料力學(xué)性能課程教改中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革尤為重要，材料力學(xué)性能課程中實(shí)驗(yàn)教學(xué)是重要的組成部分。高校在改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)改革以下內(nèi)容，一是教學(xué)環(huán)境、二是實(shí)驗(yàn)條件、三是實(shí)驗(yàn)步驟、四是評價(jià)方法。我國對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出明確的要求，高校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革時(shí)，應(yīng)參照多種標(biāo)準(zhǔn)，如金屬材料室溫拉伸實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、金屬材料夏比擺錘缺口沖擊實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等。教師組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容采用相應(yīng)的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，一方面使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)操作必須符合國家要求，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程更加安全，并且保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)有效，另一方面在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)下開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作以及學(xué)習(xí)的規(guī)范意識，并且有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力。

4 考核評定模式改革

在材料力學(xué)性能課程中，將理論教學(xué)與實(shí)踐相互融合，需要教師轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的考核評定方法。對傳統(tǒng)考核評定模式進(jìn)行改革，要求在每個(gè)階段設(shè)立考試，將每個(gè)階段的考試成績，以及學(xué)生日常的學(xué)習(xí)表現(xiàn)作為考核評定內(nèi)容，有效避免學(xué)生在日常學(xué)習(xí)出現(xiàn)散漫的情況，防止學(xué)生進(jìn)入到期末階段沖刺學(xué)習(xí)。采用創(chuàng)新的考核評定模式，期末考試成績占比設(shè)定為50%，日?？荚嚭腿粘１憩F(xiàn)占比分別為25%和25%。采用新型的考核評定模式，可以使學(xué)生在每個(gè)階段投入更多的精力進(jìn)行學(xué)習(xí)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加具有延續(xù)性，有助于學(xué)生理解和鞏固所學(xué)的材料力學(xué)性能知識。

5 結(jié)語

綜上所述，在材料力學(xué)性能課程教改過程中，高校應(yīng)將理論內(nèi)容與實(shí)踐操作相互融合，并給予實(shí)驗(yàn)教學(xué)更多的重視，讓學(xué)生在創(chuàng)新的教學(xué)模式中，可以提高學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題的能力，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷增強(qiáng)學(xué)生的探索和思考材料力學(xué)性能知識的意識和能力，從而促進(jìn)學(xué)生在材料力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。