應用型人才培養下《材料力學性能》課程教改實踐

彭紅兵

摘 要：《材料力學性能》是材料成型及控制工程專業本科生的專業主干課。積極推進該課程的教學改革，對應用型人才的培養具有重要意義。針對專業特點，總結了目前該課程教學過程中存在的問題并提出了相應的對策，探討了《材料力學性能》課程教改實踐。實踐表明：深化、優化的教學內容，豐富多樣的教學方法，科學、規范的實驗設置以及強化過程考核，能夠提高學生的學習熱情，提升學生的知識運用能力、實踐動手能力以及創新能力，強化教學效果，為應用型人才培養奠定良好基礎。

關鍵詞：材料力學性能 課程 教改實踐

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（b）-0222-03

Abstract：Mechanical properties of materials is a major course for undergraduates who major in material forming and control engineering. Promoting teaching reform of this course actively is of great significance to the cultivation of applied talents. According to the major feature， the problems in teaching process were summed. Countermeasures were put forward and the teaching reform practice was also discussed. Practice shows deepened and optimized teaching content， various and abundant teaching methods， scientific and normative experiment settings and strengthening process assessment can improve students' ability of applying knowledge， practical ability and innovation ability； intensifying the teaching results and lay a good foundation for the cultivation of applied talents.

Key Words：Mechanical properties of materials； Curriculum； Teaching reform practice

材料力學性能是我院材料成型及控制工程專業本科生的專業主干課。該課程所涉內容抽象、廣泛，其中的一些概念、定理由材料科學基礎、工程力學等衍生而來，同時也是材料失效分析等課程的前導課，工程應用背景較強。因此，學生學習興趣低、學習效果差，實際應用能力不足。根據本校培養綜合性應用人才的自身定位以及材料專業的培養目標，筆者從教學內容、教學方法、實驗設置以及考核模式等方面，探討了《材料力學性能》教學中，進行應用型人才培養的具體實踐。

1 教學中存在的問題

首先，《材料力學性能》主要講授材料在外界物理場等刺激下所產生的響應行為或表現，主要包括材料在各種載荷（靜載荷、沖擊載荷等）、環境、時間等單一或聯合作用下的力學行為、性能指標及其實驗方法、材料的失效機理、類型以及影響因素和改善措施。近年來，隨著培養計劃的修訂，該課程的教學時數由48學時下調至40學時，時數越來越少。因此，在有限的學時內，教師在課堂上只能對內容作簡要介紹。同時，由于學生對學習該課程所需基礎知識（如金屬學與熱處理、材料科學基礎等知識）掌握不牢且上課不預習，導致學生聽不懂、學習興趣較低，教學效果不理想。即便是基礎好的學生，也只停留在知識點的識記上，還無法對所學知識進行較好的應用，理論與實踐嚴重脫節。

其次，目前的課堂教學主要還是“滿堂灌式”教學，學生依舊是被動接受知識狀態。而《材料力學性能》內容瑣碎、零散，原理性、抽象性概念較多，公式推導復雜，講授中要求保證理論系統的完整性，容易導致教師照本宣科，加之PPT翻頁較快，導致學生對知識點的理解不足，進而使學生對課堂感到枯燥、無趣、乏味，學習效果欠佳。如此講授?學習方式將導致學生知識體系與結構單一，偏離了應用型人才的培養目標。

再次，在以往的教學過程中，《材料力學性能》所開設實驗之間是相互獨立的，各項實驗內容、實驗所選用的試樣以及對實驗結果的分析等都是固定不變的，如金屬的單向靜拉伸實驗，實驗材料均由實驗老師統一提供，實驗結果簡單，同時主要以老師操作，學生觀摩為主。這導致實驗過程中，學生往往敷衍了事，只記得試樣在受力過程中被拉伸至斷裂這一現象，而對實驗整個過程的注意事項視而不見，比如實驗對試樣、溫度、應變速率的要求，各種實驗條件選擇不當對實驗結果的影響等，同時，實驗報告抄襲現象嚴重。這也導致學生的動手能力、應用所學知識的能力嚴重不足。

最后，在以往的課程考評時，學生的最終成績主要是期末的理論考試成績。這導致很多學生投機取巧，平時不認真聽講，期末考試前搞臨時突擊，勉強及格，以求蒙混過關。如此考核方式將導致學生的知識儲備不足，基礎不牢，更談不上對知識的運用，背離應用型人才的培養目標。

2 《材料力學性能》課程的教學實踐

2.1 優化教學內容

《材料力學性能》內容抽象，涵蓋范圍廣，課時少，很難做到系統深入地把教材所有內容都為學生講解。同時，在教學過程中，若只注重理論知識傳授，而忽視對知識運用能力的培養，將達不到應用型人才培養的目的。因此，必須深化教學內容建設，優化教學內容，以激發和培養學生的學習興趣。為此，筆者在教學過程，以應用型人才培養為導向，結合該課程特色，簡化、精煉教學內容，因材施教[1-2]。結合當下學生的知識結構、水平，適當弱化學生難以理解以及與專業不太相關的內容。如我院該課程只涉及金屬材料，所以授課過程中對陶瓷材料、高分子材料以及復合材料的力學性能予以弱化，而對金屬材料在各種環境下的性能則進行強化講解。endprint

另外，增加了一些有趣且實用的教學內容，即適當增加了與各章節相關的工程案例、前沿知識等內容。比如，講到金屬斷裂內容時，引入了實際生產、生活中各種斷裂案例，包括建筑、橋梁用鋼、曲軸、連桿等斷裂，引導學生認識、理解各種斷口，并從材料學角度結合服役條件，分析材料失效的原因、機理以及改善措施。又如，塑性變形一節，金屬材料的強度可通過細化晶粒得以提高。然而，通過前沿知識的引入可知，并非所有金屬都滿足這一規律，當晶粒尺寸低于某臨界晶粒尺寸（通常為10～30nm）時，某些金屬的強度會偏離Hall-Petch關系，強度不再升高甚至會下降，并對其的原因和改善措施進行相應講解，提高了學生學習積極性和主動性。通過以上教學內容的建設和優化，不但能夠鞏固所學知識，還能培養學生分析問題、解決問題能力，達到應用型人才培養目的。

2.2 豐富課堂教學

多采用討論式等互動性較強的教學方法[3]，合理利用多媒體并結合板書，使課堂教學生動、有趣，改變學生被動接受狀態。杜絕一課到底、照本宣科，能夠提高學生學習熱情、學習興趣。本課程收集了大量的圖片、flash等資源，如強度、硬度、彈性、延性、抗拉強度、延展性、韌性等動圖，使原本枯燥、抽象的概念變得生動形象；而通過對拉伸、壓縮、彎曲、剪切、沖擊、疲勞等實驗過程flash的播放，也使得實驗的操作流程講解變得生動有趣，加深了學生對相關知識點的理解和記憶。然而多媒體播放速度較快，很多學生難以跟上節奏，因此，在必要的時候，仍需與板書相結合，輔助提升教學效果。

另外，課堂教學中應適當提出一些啟發性與質疑性問題，如金屬的強度和塑性是否可以兼得等，引入研討環節，讓學生從被動接受向主動思考、積極參與教學活動轉變，不但可以保證課堂的教學質量，還能培養學生對所學知識的應用能力。同時，也可讓學生課后查閱文獻，授課過程中，根據引入的工程案例或科研案例，讓學生分組討論，然后小組內推薦一名學生講解，其他學生提問，老師作最后點評，引導學生在遇到具體問題時，如何分析、解決問題，讓學生意識到所學知識并非毫無用武之地。

2.3 科學設置實驗、規范實驗操作

結合專業特色以及同時開課的材料近代分析方法實驗、金屬學原理實驗等，促使《材料力學性能》課程的課內試驗向綜合化、應用化方向發展。即以應用型人才培養為導向，讓學生掌握試樣制備、儀器操作、數據處理等能力。而實驗所用材料以及結果等可自由改變，特別是已參與學生科研，本科生創新等項目的學生，項目中需要做拉伸、彎曲、疲勞等各種性能實驗，此時試樣可用自己制備的材料，讓學生親身體驗科研實踐，提高了學生發現問題，分析問題以及解決問題的能力。這樣可以杜絕學生相互抄襲實驗報告、敷衍了事現象。

另外，為保證實驗結果準確、可信，需規范實驗操作，如測定布氏硬度時，要保證材料相同而厚薄不同的試樣，所測硬度值相同，或者對軟硬不同的材料，所測硬度具有可比性，必須保證F/D2為常數，且為保證所測硬度值有效，壓痕深度應小于試樣厚度的1/8等，同時，不同材料的保持時間的選擇也不盡相同。

2.4 強化過程考核

傳統的考核方式主要是以期末考試為主，并以期末考試成績作為學生的最終成績[4]。因此，很多學生靠死記硬背，臨時突擊來加以應付。這樣嚴重偏離了應用型人才的培養目標。因此，為實現該目標，必須注重整個教學環節的考核，保證學生能夠積極參與整個教學活動，重視過程學習。同時，在期末試卷的設計上，要增加應用型主觀題量，讓學生根據所學知識，自由發揮。這樣才能較好的反映學生對知識的掌握和應用能力。

筆者根據數年教學經驗，最終成績的評定由平時考核（25%）、實驗考核（15%）和期末考試（60%）三部分組成，其中平時考核包括到課情況（5%）、自主學習情況（5%）、課后作業（5%）、課堂研討（10%）；實驗則根據學生實驗準備、實驗實施與效果、實驗報告等情況進行綜合考核。實驗考核不合格不得參加期末考試。另外，在考核過程中，應注意學生的個體差異，可以適當制定個性化的評定方式，并適時進行評定。

3 結語

《材料力學性能》是材料成型及控制工程專業的必修課，筆者認真總結和思考了該課程教學過程中出現的問題，通過在教學內容整合優化、豐富教學方法、科學設置實驗并規范實驗操作以及強化過程考核等方面的實踐和創新，提升了學生對所學知識的運用能力以及實踐動手能力，取得了良好的教學效果。在今后的教學活動中，仍需不斷總結和調整，真正提高該課程的教學效果和學生的實踐能力，實現應用型人才培養目標。

參考文獻

[1] 裴立宅，劉翠娟，樊傳剛.材料力學性能課程的教改思路[J].中國輕工教育，2010（3）：64-66.

[2] 蔡輝，郭一萍，張菊梅，等.材料力學性能課程教學中前沿知識的柔性引入[J].當代教育實踐與教學研究， 2016（9）：14-15.

[3] 呂耀輝，張偉.“工程材料力學性能”課程教學改革初探[J].中國電力教育，2012（13）：86-87.

[4] 孫小華，余海洲，黃才華，等.“工程材料力學性能”課程教學改革探索[J].中國電力教育，2013（10）：86-87.endprint