《材料失效分析》課程互動式教學的實踐與拓展

楊振國,畢彤彤

摘要：為進一步提升課程教學質量，將教與學的過程有機地結合起來，本文主要探討了《材料失效分析》采用互動式教學方法的新舉措，闡述了該方法的重要作用。同時，基于《材料失效分析》的學科特點和教學方式，相應地提出了新的想法和思考，并在教學改革中進行了新的拓展，達到了良好的教學效果。

關鍵詞：《材料失效分析》；互動式教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）45-0142-04

隨著社會的發展和時代的進步，材料作為人類社會發展和歷史變遷的重要載體，歷經了石器時代、青銅器時代、鐵器時代、合成時代后，現今又步入了信息時代的浪潮中。而作為高新技術的先導，材料一直都是促使產業革命性發展，提升產品的效用性、安全性、可靠性的重要基石。而作為不斷提高工程結構完整性的重要學科，材料失效分析對于促進新材料的研發和基礎材料的改進以及提升產品的安全可靠性有著重要的意義。《材料失效分析》作為一門多學科交叉的綜合性學科，是材料科學在工程實踐上的重要應用，能夠有效地解決實際工程問題，并給出針對性的預防和解決措施，進而避免工程實踐中同類重大事故的再發生，從而既保障了社會的安全穩定發展又確保了人民的生命財產安全，為在新時期建設中實現偉大的中國夢提供強大的助力。

材料失效分析涉及了社會各個行業，不管是以生產為主的核電、火電、石油、石化、化工、冶金、礦山、醫藥、微電子、印制電路等行業，還是以應用為主的航空、航天、軍事、機械、汽車、船舶、計算機、通訊、網絡等行業，材料失效分析都有著高度的前沿性和實用性。由于此項工作不僅關乎國民經濟發展的命脈，而且能夠帶來巨大的經濟效益，因此也受到了社會各界尤其是高校、科研院所等相關機構越來越多的關注和研究。所以，在我國高等教育面臨改革和創新的大背景下，《材料失效分析》課程的開設對培養材料失效分析領域復合型、創新型、綜合型人才有著特殊重要的意義。現今，國內國外很多高校都設立了材料系或者材料學院，并且對于材料失效分析也都有一定的研究和教學培養計劃，目前也有了一些相關的教材、專著、手冊等出版物。國內很多學校為了增強學生對課程的受用性，也都開展了一系列探索，如開展以實驗為核心的教學培養體系[1]等。但是，目前國內外對該課程的教學方法和教學模式尚未完全定型，教學內容以及教學理念也都有許多值得探索和拓展的地方。對此，本文根據復旦大學材料科學系開設的上海市精品《材料失效分析》專業選修課的課程內容[2]，針對課程的教學方法，闡明了在教學過程中采用互動式教學方法的重要性，并對其實踐意義進行了更深入的探索，并探討了關于課程教學改革的一些思考。

一、《材料失效分析》互動式教學的新內涵

近十年來，隨著我國對教育的不斷重視，各項投入也不斷增大，對于我國傳統教學模式與教學方法許多專家和學者也都提出了很多高屋建瓴的看法。衡量教育水平高低的首要標準就是要看教師和學生能夠擁有一種幸福完整的教育生活，即在教學的過程中師生雙方是否都能夠充分享受課堂、分享教育生活，共同迎接在教育課程中所遇到的智慧挑戰，能夠使雙方都有所提高、有所成長。因此，互動式教學作為促進師生交流，完善個性培育，提升學習體驗的重要方式，有利于使課程體系更加豐富多元化，使課堂教學擺脫傳統枯燥的“強制性”、“灌輸式”的教學模式，在教學雙方平等交流探討的過程中，通過觀點的碰撞以及想法的創新不斷激發學生的學習主動性和探索性，從而達到提高教學效果的目的。互動式教學可以將教學重心由教師轉向學生[3]，使學生由旁觀者逐漸轉變為參與者，最終轉變為主導者，而教師則由教學的主導者轉變成引導者，讓學生從被動接受逐漸轉變成主動參與學習的整個過程，培養學生對課程的新的興趣、認識、思考和理解。材料失效分析是一個相當復雜的過程，有著多學科交叉的特性，需要龐大的理論體系與多學科背景的支撐。它不僅涉及到了基本的科學理論、工程技術、管理方法和工藝設備等，而且也包含了相關領域的規章條例、框架體系，甚至是企業生產或工程應用中的標準、規范、規程制度等。因此，如何能讓學生在課堂學習中充分理解并靈活運用如此大的理論背景和復雜的交叉科學知識就成了課程教學的根本，也是教學的難點所在。鑒于上述情況，筆者根據多年從事失效分析工作以及教學培養工作的豐富經驗，從現代互動式教學方法的角度出發，探討了《材料失效分析》課程教學方法改革的現實意義和作用，并進行了一定的拓展性思考。

二、《材料失效分析》互動式教學實踐

《材料失效分析》作為復旦大學材料科學系開設的一門專業選修課，不僅供材料科學系內材料物理、材料化學、電子科學與技術三個專業的同學選修，而且自2013年起，理論與應用力學、自然科學試驗班、技術科學試驗班、生命科學等專業的學生也參與選修了該課程。憑借著良好的教學方法、豐富的教學內容和學生給予的褒獎，該課程先后于2013年獲評為“復旦大學精品課程”，2016年獲評為“上海市精品課程”。該課程的教學團隊包含了復旦大學材料科學系多位教授，共分為六章、36學時，從不同角度和各個方面利用互動式教學的方法，取得了良好的教學效果，獲得了廣大學生的一致好評。

課程主要由基礎理論和案例分析兩部分構成，而互動式教學方法則作為理論與實際案例相互聯接的紐帶穿插于其中，成為了該課程能夠得到眾多學生選修并吸引學生對失效分析課程產生濃厚興趣的重要原因。以下筆者就結合具體的教學實踐過程，對互動式教學進行詳細地闡述。在《材料失效分析》課程中，失效分析的基本概念是其最為基礎也是最為重要的部分。例如，什么是失效模式、失效缺陷、失效機理、失效起因，四者之間究竟有什么內在關系。針對這些基本概念，通過利用互動式教學的方法，就可以生動形象地讓學生理解和區分。由于這四個概念屬于材料失效分析課程中最基本的概念，雖然在教師的眼中較為容易理解和區分，但是對于學科背景單一、理論知識基礎較為薄弱的學生來說，盡管字面意思可以理解，但是其中的深刻內涵和相關之間的關系卻是很難被充分理解和梳理清楚的。傳統的教學可能只是生硬地將概念和關系用語言和文字灌輸給學生，往往是教師的“一言堂”、“滿堂灌”，導致課程整體氣氛較為僵硬死板、缺乏生氣和活力。而一些引入了互動性的教學方式也是簡單地加入了對學生的提問、布置和檢查作業，這種方式也往往達不到理想的教學效果。為了解決這個問題，增強教學過程中學生的生動感，使學生在上課過程中有身臨其境的感覺，以便于充分理解各個概念，授課教師通過引入眾所周知的“泰坦尼克號沉船事件”的案例，深入淺出地講解了各個概念及其內在關系。當然，這里引入的案例并不僅僅是單純的案例講解，否則就與普通的互動式教學模式相去無幾，學生對知識的理解與消化也就要大打折扣。為了保證良好的教學效果，授課教師利用暑假期業余時間，自費前往英國貝爾法斯特泰坦尼克號紀念館獲取第一手最為全面、真實的背景資料，并根據相關的事故調查結果，總結并歸納了泰坦尼克號的失效模式、失效缺陷、失效機理、失效期因等。通過形象生動的影像資料，整個課堂如同一場旅行，而教師則如同一位導游，帶領同學們一起深入開展失效分析工作。由于泰坦尼克號的故事大家已經耳熟能詳，通過一系列的背景資料介紹以及圖片、視頻等調查結果的展示，學生們便根據自己理解紛紛對其失效過程進行了闡述。在闡述過程中，學生之間通過交流不同的看法和理解，逐步對失效分析的基本概念進行理解，并梳理其關系。教師此時并不是簡單地將正確的理解方式和答案簡單的教授給學生，而是通過了解學生的所思所想，帶領學生逐步按照正確的邏輯方式理解各個概念的異同點。這樣的互動式教學不僅僅是一種簡單的師生之間的互動與交流，而是互動雙方共同介入、沉浸于課程之中，雙方都是有意識地進行思考方法的交流和邏輯思維的碰撞。而此時授課教師的重要性就愈益凸顯，這也要求教師不僅要有充足的學術專業素養，而且還要有良好的教學技能和底蘊，要有較強的駕馭課堂的能力，讓學生始終圍繞著預期的教學內容和要求進行互動，避免出現淡化、偏離課程中心的情況。此外，還需要授課教師能夠靈活處理在教學互動過程中可能遇到的各種問題，避免在教學中使自己處于被動的地位，造成相反的教學效果。這樣，通過教師從邏輯思維的層面對學生進行引導，進而使學生自主地實現理論體系與實踐案例的融會貫通。endprint

除了對基本概念進行講解以外，在課程設置方面，還創新性地加入了“重大設備的失效分析”章節。通過講解在核電、火電、石化、化工、冶金、汽車、微電子、印制電路、城市管網、風電等十個行業承擔完成的幾十項重大失效案例，讓同學們對失效分析有更加清晰直觀的認識，有效調動了學生的學習主動性和對材料失效分析研究的興趣。當然，互動式教學作為其中重要的催化劑同樣起到了重要的作用。教師在對每個案例講解前，都會先概要介紹某個失效案例的工程背景及其基本工藝參數，然后讓同學們深層學習和思考，再詳細地介紹該案例失效分析的整個過程和細節，如何判斷失效模式、論證失效機理、辨別失效缺陷、找到失效的根本原因，從而讓學生逐步學會和掌握失效分析的基本思路、主要步驟、分析程序和技術要點以及分析者的基本要求等。通過師生間的共同探討、思維碰撞，讓學生清晰地認識到自己的思維方式與教師的思維方式的異同之處，找到適合學生自己的邏輯思維方式，實現學生的個性化培養。這種互動式教學方法已經不再是簡單的師生之間普通的語言交流，更多的是想法與思維的共享與互換。通過這種方式可以讓學生能夠更加容易地理解教師的所思所想，而教師也更加易于從學生的角度去考慮知識的難易點在何處，從而使整個教學過程更有針對性和特殊性，從根本上提升了教學效果。

三、《材料失效分析》互動式教學拓展

《材料失效分析》作為一門以失效分析為主的課程，其特點就是基礎科學和實踐經驗相結合，不僅涉及到了多學科的專業知識，而且還要求要有公正的立場和求真求是的態度。但是傳統的材料失效分析課程受到了各種因素的限制，一方面由于任課教師本身并不是長期從事材料失效分析研究的專家，因而對失效分析的理解可能會略顯欠缺，并且其實踐經驗和科研體會也稍顯缺乏，所以在授課教學的過程中容易“簡單粗放”，缺乏形象生動的描述，課堂的互動性也會大大降低，很難讓學生保持較高的專注度。另一方面，由于一些材料失效分析課程主要是圍繞金屬材料失效分析，以金屬的金相分析、斷口分析、疲勞分析、斷裂分析等為主要授課內容，缺乏材料失效分析的綜合性和復雜性，分析過程千篇一律，這就導致了學生在聽課的過程中較為枯燥，難于激發學生學習的興趣。因此，互動式教學實現的前提就是授課教師本身具有豐富的失效分析經驗和教學培養經歷，以及能夠給予學生足夠新穎、創新、特別的失效分析案例。在此基礎上，通過互動式教學方法，在課堂中不僅僅實現形式互動，而且可以達到師生的信息互動、情感互動、思想互動、精神互動[4]，重在啟發學生的創造力和聯想力，打造學生自主學習和思考的空間，為知識經濟新時代提供綜合性全面發展的復合型人才。

誠然，筆者在這里談到的互動式教學不僅僅是適用于《材料失效分析》這門課程，也是目前我國在高等教育特別是本科、研究生教育中廣泛采用借鑒的先進教學方法之一。同時，因為《材料失效分析》有著充足的教學案例和素材可供使用，所以教師在授課時不僅可以使抽象的理論變得更加感性且具體，而且通過教師對理論知識的升華，就可以形成教與學的有機統一[5]，充分吸引了學生的注意力，調動了他們主動思考與積極參與的熱情。例如英國倫敦商學院的馬克·瑞森博士在講授“消費者購買行為”時，會預先安排學生去采訪一次實際購買過程，在課堂上讓學生介紹采訪結果，教師順勢進行講授，既激發了學生的學習興趣，又收到良好的教學效果[6]。該課程的案例講解就有此特點，通過學生自主思考、分析、表達、討論，并在任課教師的引導下，學生再通過自我質疑、自我改正、自我學習，最終實現個人能力的自我提高。

四、結語

《材料失效分析》課程因其以具體的重大工程失效案例為基礎，具有高度的工程實踐指導意義，因此更加適合且便于開展互動式教學。但是，在實際授課中也應該靈活應用多種方式如啟發式和互動式相結合、理論講解與工程案例相結合等方法，全面提高學生的各項能力。將互動性滲透到教學過程中的方方面面，不僅需要教師具有較強的綜合能力，而且還需要師生之間的密切配合和良好溝通。因此，筆者希望通過上述的總結和教學心得能夠引起大家的共鳴與思考，并希望能夠借此推動這門課程的改革與創新，加快傳統教學方式的轉變。同時，筆者也希望通過在今后教學過程中的不斷摸索和改進，進一步提升教學質量，將互動式教學的優勢充分發揮出來，從而將教與學的過程有機地結合起來，讓兩者相互作用，相得益彰，和諧發展，為社會培養更多的具有學習能力、創新能力、動手能力、綜合知識運用能力和表達能力等五種基本能力的高素質復合型人才。

致謝：感謝上海市教委對本文的大力支持。

參考文獻：

[1]康學勤，孫智.《失效分析》課程教學與實驗環節的改革[J].教育教學論壇，2014，40（10）：273-275.

[2]楊振國.上海市精品課程：材料失效分析[M].上海市教委，2016-05.http：//jpkc.fudan.edu.cn/s/348/main.htm，

[3]周畢文，李金林，田作堂.互動式教學法研究分析[J].北京理工大學學報，2007，9（4）：104-107.

[4]王偉偉，楊秀麗.互動式教學理念的新思考[J].遼寧教育研究，2005，（4）：65-66.

[5]張利云，袁水林.對互動式教學方法的探討[J].山西財經大學學報，2002，（4）：48-49.

[6]王秀村.實現互動式教學的六項措施[J].學位與研究生教育，2003，（5）：24-25.endprint