工程材料力學(xué)性能教育革新論文

　　一、“工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)及教學(xué)現狀

　　1“.工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)材料的力學(xué)性能是指材料在外加載荷作用下或外加載荷與環(huán)境因素共同作用下所表現出來(lái)的力學(xué)行為與機理，是各類(lèi)材料在實(shí)際應用中必須涉及的共性問(wèn)題。[1]“工程材料力學(xué)性能”課程最早是“金屬材料力學(xué)性能”，后來(lái)改名為“材料力學(xué)性能”，現在部分教材又改名為“工程材料力學(xué)性能”，是許多工程類(lèi)本科生重要的專(zhuān)業(yè)基礎課，其教學(xué)效果好壞對學(xué)生能否打下一個(gè)良好的專(zhuān)業(yè)基礎起著(zhù)重要的作用。該課程內容涉及面廣、工程應用背景強，在材料科學(xué)與工程、土木工程、機械工程等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域有著(zhù)重要的應用。本課程的學(xué)習，對提高工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生整體素質(zhì)及工程實(shí)踐能力起著(zhù)至關(guān)重要的作用，使得學(xué)生能夠從各種機器零件或構件在常溫、高溫以及腐蝕環(huán)境的服役條件下的失效現象出發(fā)，了解失效現象的機理，從而為他們畢業(yè)后從事材料的檢測和性能評定、材料的正確選用和安全應用，以及對機械零件的失效分析等工作奠定良好的基礎，為企業(yè)乃至國民經(jīng)濟的發(fā)展提供有力的后備軍。

　　2“.工程材料力學(xué)性能”課程教學(xué)現狀安徽工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我�！保┎牧蠈W(xué)院共分金屬材料工程、材料成型及控制、無(wú)機非金屬材料、材料物理四個(gè)本科專(zhuān)業(yè)，目前，四個(gè)專(zhuān)業(yè)使用的《工程材料力學(xué)性能》是合肥工業(yè)大學(xué)主編的同一本教材，該教材的內容包含金屬材料的力學(xué)性能和新型材料的力學(xué)性能兩大部分，側重點(diǎn)是金屬材料的力學(xué)性能部分，主要包含“高分子材料的力學(xué)性能”、“陶瓷材料的力學(xué)性能”和“復合材料的力學(xué)性能”三章的內容。[2]金屬材料力學(xué)性能的研究時(shí)間較長(cháng)，主要的原理、定律和結論已比較成熟，新型材料力學(xué)性能的內容相對較少，它的研究主要借鑒于金屬材料力學(xué)性能的研究經(jīng)驗和方法。本教材比較適合金屬材料工程、材料成型及控制兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，對其他專(zhuān)業(yè)的學(xué)生則顯得內容相對較少，不太適合。而且，本課程的內容多、涉及面廣，課程學(xué)時(shí)有限，書(shū)中許多抽象的內容很難通過(guò)語(yǔ)言的表述來(lái)講清楚，在課堂上教師生硬的照本宣科會(huì )使學(xué)生感到枯燥乏味，課堂的氣氛很難被充分地調動(dòng)起來(lái)，教學(xué)效果不佳。針對目前的教學(xué)現狀，如果不對課程的教學(xué)進(jìn)行改革，授課教師很難在有限的學(xué)時(shí)內保質(zhì)保量地完成本課程的教學(xué)任務(wù)。筆者在“工程材料力學(xué)性能”課程的教學(xué)實(shí)踐中體會(huì )到：授課教師需要根據專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)內容，才能在規定的學(xué)時(shí)內完成課程的教學(xué)任務(wù)。根據專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)內容，使得學(xué)生學(xué)習和教師授課的側重點(diǎn)都突出，學(xué)生能在有限的學(xué)時(shí)內提煉出與專(zhuān)業(yè)學(xué)習有密切聯(lián)系的知識，加以掌握和應用。[3]本課程的教學(xué)目標是使學(xué)生能運用所學(xué)的理論知識分析材料實(shí)際的使用情況，對材料的失效現象的機理進(jìn)行分析。

　　二、依據材料物理專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內容

　　在“工程材料力學(xué)性能”課程教學(xué)實(shí)踐中，筆者結合材料物理專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，在保證課程基本內容和結構的前提下，對整本教材進(jìn)行整合，提煉出一般了解和必須掌握的內容，使學(xué)生能在規定的學(xué)時(shí)內有效地掌握最基本的教學(xué)內容。[3]近年來(lái)，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料的種類(lèi)越來(lái)越多，新型材料應用日新月異，納米材料、薄膜材料和微機電材料快速發(fā)展，材料的特征尺寸越來(lái)越小，傳統的材料力學(xué)性能測試手段已無(wú)法實(shí)施，微區材料的力學(xué)性能測試手段應運而生。新材料力學(xué)性能測試的標準不斷頒布，已有材料的國內標準需與國際標準接軌而不斷修改，迫切需要材料力學(xué)性能的教學(xué)與生產(chǎn)力發(fā)展水平一致。鑒于以上幾個(gè)方面內容，該課程講授內容主要從以下四個(gè)部分來(lái)展開(kāi)：第一部分（第一至第四章）闡述材料在一次加載條件下的形變和斷裂過(guò)程，所測定的力學(xué)性能指標用于評價(jià)零件在服役過(guò)程中抗過(guò)載失效的能力或安全性；第二部分（第五至第八章）論述疲勞、蠕變、磨損和環(huán)境效應四種常見(jiàn)的與時(shí)間相關(guān)的失效形式，材料對這四種形式失效的抗力將決定零件的壽命；第三部分（第九至第十一章）（納米材料/復合納米材料）依據材料物理專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，重點(diǎn)講解納米材料的力學(xué)性能，這其中包括納米金屬材料的力學(xué)性能、納米非金屬材料的力學(xué)性能、碳納米材料的力學(xué)性能、納米復合材料的力學(xué)性能等；第四部分實(shí)驗教學(xué)中引入國家標準的學(xué)習。

　　三、優(yōu)化教學(xué)方法與手段，全面鍛煉學(xué)生能力

　　任何教學(xué)過(guò)程的開(kāi)展都離不開(kāi)一定的方式或方法。傳統的教學(xué)方法是以教師講授為主，學(xué)生處于被動(dòng)的接受地位。教學(xué)方法的優(yōu)化倡導以學(xué)生為主，強調學(xué)生是學(xué)習的主人，培養他們自己查閱資料，自己釋疑，自己總結，最終具備自我學(xué)習的能力。[4]在這個(gè)過(guò)程中，教師要充分發(fā)揮引導作用，充分調動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性。下面以“納米材料的力學(xué)性能”為例來(lái)說(shuō)明教學(xué)方法的優(yōu)化，筆者采用“三步式”教學(xué)方法，取得了良好的教學(xué)效果。第一步：教師指導學(xué)生上網(wǎng)查閱“納米發(fā)動(dòng)機”的相關(guān)資料，并就“納米發(fā)動(dòng)機”的提出、原理及當前的發(fā)展現狀寫(xiě)一篇綜述性報告，在下一堂課讓學(xué)生講解；第二步：根據自己的備課內容及結合自身的科研經(jīng)歷，進(jìn)一步給學(xué)生講解“納米發(fā)動(dòng)機”相關(guān)材料的制備方法及工藝技術(shù)特點(diǎn)；第三步：學(xué)生根據教師授課內容和自己查閱的相關(guān)資料，完善自己的綜述報告�！叭�步式”教學(xué)法組織實(shí)施教學(xué)，不但可以提高學(xué)生學(xué)習本門(mén)課程的積極性，使學(xué)生掌握的知識更加牢固，而且有利于拓展學(xué)生的視野，培養了學(xué)生的科研興趣，進(jìn)一步增強了學(xué)生自我獲取知識的能力。教學(xué)手段是指教師用以運載知識、傳遞教學(xué)信息的物質(zhì)媒體或物質(zhì)條件，是現代的教師進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)必不可少的輔助用具。隨著(zhù)計算機應用技術(shù)的普及，學(xué)校和教師越來(lái)越關(guān)注用計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。[4]“工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)是內容多、知識點(diǎn)零散、概念定義多，書(shū)中許多抽象的內容很難通過(guò)語(yǔ)言的表述來(lái)講清楚，理解起來(lái)相對困難。教師在教學(xué)過(guò)程中運用現代多媒體教學(xué)手段，自己動(dòng)手制作多媒體課件，針對專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)選擇教學(xué)內容和教學(xué)方法；另外，通過(guò)演示一些動(dòng)畫(huà)圖片和視頻，使得原來(lái)抽象的、枯燥的知識形象化，使學(xué)生易于理解和掌握，同時(shí)還增大了教學(xué)信息量，在有限的學(xué)時(shí)內給學(xué)生盡可能多地傳達了信息量。

　　四、優(yōu)化實(shí)驗教學(xué)，培養學(xué)生的創(chuàng )新能力

　　工科專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗教學(xué)是理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節，與課程體系、學(xué)科結構和教學(xué)改革等有著(zhù)密切的關(guān)系，對培養大學(xué)生的工程意識和創(chuàng )新思維，以及動(dòng)手能力和分析解決問(wèn)題能力具有十分重要的意義。我�！肮こ滩牧狭�學(xué)性能”課程基本實(shí)驗包括碳鋼靜拉伸，不同成分、熱處理工藝對鋼材力學(xué)性能的影響，金屬的沖擊韌性，金屬的硬度，金屬材料平面應變斷裂韌性KIC的測定五個(gè)實(shí)驗。這些實(shí)驗比較適合金屬材料、材料加工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，對于材料物理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，難以感受本專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)。[2]因此，結合不同的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，將“工程材料力學(xué)性能”課程的實(shí)驗內容涵蓋多個(gè)專(zhuān)業(yè)，分為必修、選修兩部分。優(yōu)化后的實(shí)驗內容，不但可以增強學(xué)生的動(dòng)手能力，還可以使不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生加深對自身專(zhuān)業(yè)的理解。比如，針對材料物理專(zhuān)業(yè)的本科生，可以開(kāi)設納米材料力學(xué)性能測試綜合選修實(shí)驗課。筆者結合自身的科研內容，制備一系列的納米線(xiàn)及納米薄膜材料，同時(shí)，材料科學(xué)與工程學(xué)院新引進(jìn)的AgilentG200納米壓痕儀，可用來(lái)測量納米材料的硬度、模量、應力—應變曲線(xiàn)等傳統力學(xué)儀器不能測量的納米材料的力學(xué)性能。該試驗的開(kāi)設，既使學(xué)生鞏固了前期所修的“工程材料力學(xué)性能”課程，提高學(xué)生綜合運用知識的能力，又拓寬了學(xué)生的視野，對納米材料的力學(xué)性能有了更深層次的理解，為其后續的工作和科研奠定了良好的理論和實(shí)踐基礎。材料力學(xué)性能實(shí)驗方法大都有國家標準，在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，教師除了傳授最基本的操作方法外，還指導學(xué)生如何查找相關(guān)標準，對標準進(jìn)行閱讀，引導學(xué)生根據標準文件設計、實(shí)施相關(guān)實(shí)驗，使實(shí)驗操作真正做到有據可依，以期培養學(xué)生的工程規范意識。另外，針對教材標準滯后實(shí)際標準的現象，還介紹目前國內外最新標準，以其讓學(xué)生了解最新的測試標準技術(shù)信息，同時(shí)還使學(xué)生對相關(guān)測試技術(shù)的發(fā)展有全面完整的認識，這對于他們將來(lái)的事業(yè)發(fā)展是非常有利的。[5]

　　五、優(yōu)化考核方法，全面評價(jià)學(xué)生素質(zhì)

　　傳統的一張試卷定終身的考試形式早已不能滿(mǎn)足現代素質(zhì)教育、創(chuàng )新教育的需要。對此，老師采取了綜合考核方法，從終結性教學(xué)評價(jià)模式向形成性教學(xué)評價(jià)方式轉變。[6]綜合考核方法中除了學(xué)生的期末筆試成績(jì)外，還包括課堂提問(wèn)、課后作業(yè)、實(shí)驗成績(jì)、小論文等多種評價(jià)手段。新的考核方式既鍛煉了學(xué)生自主創(chuàng )新、知識綜合運用的能力，又培養了學(xué)生查閱分析信息資料、收集分析數據和撰寫(xiě)科技論文的能力。此外，為了提高學(xué)生綜合運用知識的能力，卷面考試有必要增加一些主觀(guān)題。比如筆者在出考卷時(shí)，增加了一道綜合應用題，內容是結合具體技術(shù)和方法，論述材料磨損的控制和防磨措施，從而要求學(xué)生將材料磨損的相關(guān)知識融會(huì )貫通，靈活運用。通過(guò)考核方式的改革，學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性都大大提高。上述幾個(gè)方面的改革探索，使學(xué)生能有效地掌握本門(mén)課程的知識，為后續課程和科研工作奠定良好的理論基礎，同時(shí)為大學(xué)畢業(yè)生在將來(lái)實(shí)際工程中正確地選擇和使用材料、改進(jìn)材料性能以及分析材料失效行為等問(wèn)題打下堅實(shí)的基礎。

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