《材料力學性能》課程教學內容及教學方法改革研究

王淑花，李學偉，徐家文，孫儉峰

（黑龍江科技大學材料學院，黑龍江哈爾濱150022）

材料力學性能的真正發揮直接關系到各種產品的質量及使用壽命，要想真正地發揮出材料力學性能潛能，就需要產品設計者和生產者真正掌握有關材料力學性能的基本理論知識，以及材料在各種使用條件下的失效形式，并能對不同失效產生的原因進行理論分析，針對分析結果采取有效的改進手段進一步提高材料的力學性能，更好地滿足使用性能要求，延長使用壽命。因此需要學生很好地掌握有關材料力學性能的基本知識是極其重要的。

一、材料力學性能課程目前教學存在的問題

目前，材料力學性能課程的教學內容主要覆蓋金屬、非金屬兩大部分，其中非金屬內容大約占全部內容的三分之一，而實際生產中應用非金屬制作機器零件應用其力學性能的很少，絕大部分仍然以金屬材料的應用為主；同時這門課程的實際教學學時也不足，教師只能提高講課速度來保證完成教學內容，但是學生的聽課質量不能完全保證，有很多學生跟不上，整體學習效果不理想。因此我們要對這門課程的教學內容進行優化。

另外目前，這門課程在教學方法上，主要是教師課堂以板書的形式講解為主，同時結合一些多媒體圖片放映的形式，但是對于各種性能測試的具體實驗方法及實驗過程沒有動態過程，只是單獨地結合實驗設備圖講解比較抽象，學生很難完全理解，并耗費時間；還有不同形式的斷口形貌分析圖片，形式比較單一，沒有結合具體實效形式來分析；力學計算也比較抽象，學生很難想象出具體的裂紋形式在不同受力情況下的裂紋擴展方式如何；由于學生難以理解就會使學生逐漸失去學習興趣，影響學習效果。再有就是教學學時在不斷壓縮，在極其有限的教學學時內達到面面俱到的詳細講解所有內容很難實現，這就更加難以保證教學效果。因此，如何在現有的學時下提高教學質量，激發學生的學習興趣是當前必須解決的問題［1］。

二、材料力學性能課程教學內容的優化

根據實際生產需求，把“金屬材料的力學性能”部分內容作為主要內容，在這部分內容中金屬的磨損和腐蝕內容只詳細講解疲勞磨損和應力腐蝕斷口特征，對于磨損形式、機理、氫脆和應力腐蝕內容可以簡單介紹一下即可，對于其他內容要在現有的學時內采取有效的教學方法進行詳細講解，保證學生的學習效果。對于“非金屬材料的力學性能”部分內容作為了解性內容，以學生自學，教師考核的方式進行。

三、材料力學性能課程教學方法的改革

1.現場教學或利用多媒體動畫模擬現場教學

對于“金屬材料在不同受力條件下的力學性能”部分內容，在有實驗條件的情況下要采取現場教學的方式進行，教師現場操作各個實驗過程，邊操作邊講解，這樣非常直觀，把抽象的內容直觀化，學生很容易理解掌握，并且不易忘記，效果會非常好。但是對于沒有實驗條件的情況下，可以利用多媒體動畫的方式模擬整個實驗的進行過程讓學生觀看，也能達到一樣的效果。對于“不同裂紋在不同受力條件下的擴展斷裂”部分內容也要采取多媒體動畫模擬形式進行，模擬不同裂紋在不同受力條件下擴展的動態過程，以及在整個過程中裂紋前沿基體金屬的變形過程，從而讓學生掌握斷口的形成過程，這樣使非常抽象的內容簡單化、易理解，提高教學效果［2］。

對于應力腐蝕和氫致延滯斷裂內容，可以采取多媒體動畫模擬方式進行講解，直接反應鈍化膜破裂后形成腐蝕裂紋沿著試樣深度方向擴展的動態過程和氫致延滯斷裂的動態過程，增強學生的理解，進一步提高課堂授課效果。

2.案例式教學

對于各種“斷口分析”內容，可以采用案例式教學，任課教師收集不同使用條件下的失效斷口零件和斷口宏觀、微觀形貌圖片，利用實物和圖片的形式結合其使用條件分析其斷裂過程、斷口形成的原因，并根據分析結果分析提高相應使用條件下的力學性能方法，為學生今后的畢業設計和實際工作積累經驗。

對于在不同靜載荷下的力學性能，當載荷條件不變時，只改變環境條件，則力學性能應有何變化的問題，任課教師可以結合畢業設計做一些這方面的具體實驗，積累一些實驗數據和實驗斷口形貌圖片，在課堂上講解，擴大學生的知識視野，同時也培養了學生如何分析問題的能力，有利于學生實踐能力的培養。

3.開通網絡教學平臺

由于教學學時有限，不能對所有的教學內容進行詳細講解，如“非金屬材料的力學性能”這部分內容完全可以讓學生利用課余時間上網自己學習，教師利用網絡教學平臺對學生進行考核，并把這一考核納入本課程的最終考核中，這樣可以不占用課堂教學時間，又完成了教學內容。

教師還可以將教學課件、電子教案和教學錄像傳到網絡平臺上，供學生業余時間學習使用，同時開通網絡教學也為學生自學和復習提供了很好的空間，網絡教學資源中有很多習題，學生可以通過做題對所學過的內容及時鞏固，提高學習效果［2］。

4.實驗教學方法

本課程的實驗教學由原來的演示性實驗改為綜合性和設計性實驗，具體實驗由學生自己設計方案，自己動手操作，完成過程以小組的形式進行，每組4人。這樣通過學生自己實際操作加深了學生對相關的基礎知識的理解掌握，同時掌握了具體實驗內容，提高了學生對實驗課的興趣，提高了實驗效果［3，4］。

5.考核方式

“材料力學性能”課程是金屬材料工程專業的專業基礎課，里面含有一部分重點知識為各種實驗方法的應用，比如拉伸實驗、沖擊實驗、硬度測試，這些實驗方法需要學生實際動手去做才能真正掌握。而原來理論課程考核方式中沒有實驗成績考核，學生做實驗時不夠重視，實驗環節中應用的理論知識得不到充分的應用和掌握。現考核方式中把實驗成績納入理論課程考核的總成績中，目的是提高學生對實驗課程的重視程度，通過實驗也能加強學生對理論知識的理解和應用。具體實施方案是：平時成績（包括出勤、課堂提問、作業，各占10%）占30%，實驗成績占10%，期末考試（采用閉卷考試）占60%，三部分成績綜合評定出本課程的總成績。

四、結論

“材料力學性能”課程通過改革提高了學生課堂聽課的積極性和學習的主動性，學生沒有了曠課現象，課堂討論時學生能主動提出問題，說明學生能夠主動思考，分析問題了；學生上實驗課的態度更加認真，效果明顯提高。同時也可以通過今年上半年學生期末考試成績體現出學生對本門課程的學習效果有很大提高，不及格率明顯下降，學生總體成績有很大的提升。

通過改革可以在給定的學時內高質量地完成教學任務，并且能使學生在實踐上也得到一定的訓練，提高了學生分析問題的能力，加強了學生對理論知識的理解掌握。

［1］李學偉，王振廷，徐家文等.大工程背景下機械工程材料課程建設的探索［J］.黑龍江冶金，2009，04（29）：64-65.

［2］王淑花.《熱處理設備》課程教學方法改革研究［J］.黑龍江教育，2013，（4）：55.

［3］陳洪玉，王振廷，徐家文等.利用數碼金相互動教學系統提高學生綜合能力［J］.實驗室研究與探索，2010，1（29）：111-112.