材料力學(xué)性能基礎(chǔ)實驗課的教學(xué)改革研究

朱磊 趙宇龍 陳輝 顧永琴 宋健 顧修全 強穎懷

摘要：材料力學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)是材料力學(xué)性能課程的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是材料科學(xué)與工程專業(yè)實踐教學(xué)的重要組成部分。本文針對目前材料力學(xué)性能實驗課存在的問題，結(jié)合中國礦業(yè)大學(xué)材料專業(yè)學(xué)生現(xiàn)有學(xué)情，分別從教學(xué)模式和考核方式出發(fā)，提出了模塊化教學(xué)體系、階梯型實驗和建立全面的考評細(xì)則，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和創(chuàng)新實踐能力。課程實踐結(jié)果表明：教學(xué)改革后的教學(xué)模式和考核方式有利于激發(fā)學(xué)生對本門實驗課的興趣，教學(xué)效果得到了顯著提高。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)性能；基礎(chǔ)實驗課；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0106-02

一、引言

材料力學(xué)性能是材料專業(yè)類本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在國內(nèi)眾多兄弟院校普遍開設(shè)。筆者在充分利用中國礦業(yè)大學(xué)“材料科學(xué)與工程國家第七批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點”和“材料科學(xué)與工程江蘇省實踐教育中心”等優(yōu)勢教學(xué)資源基礎(chǔ)上，樹立以學(xué)生為本，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為一體的現(xiàn)代化教育理念和以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為核心的教學(xué)觀念，建立有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力的教學(xué)體系。對開設(shè)的材料力學(xué)性能基礎(chǔ)實驗課的內(nèi)容和要求提出了新的改進措施。一是提出模塊化教學(xué)體系，將驗證性實驗?zāi)K、綜合性實驗?zāi)K和設(shè)計性實驗?zāi)K相結(jié)合，改變以往按照實驗指導(dǎo)書單純演示教學(xué)實驗的模式，達到鍛煉學(xué)生綜合能力的目的；二是設(shè)計了階梯型實驗，根據(jù)學(xué)生的學(xué)情和對理論知識的掌握，針對不同學(xué)生，幫助他們擺脫學(xué)習(xí)過程中的被動狀態(tài)，有效幫助學(xué)生完善知識體系，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，掌握材料科學(xué)研究的一般手段。在多年的教學(xué)過程中，不斷提高課程教學(xué)質(zhì)量，致力于培養(yǎng)材料專業(yè)學(xué)生的特色實踐創(chuàng)新能力。

二、實驗教學(xué)的重要性

實驗教學(xué)與理論教學(xué)相輔相成，是整個教學(xué)活動的重要環(huán)節(jié)，是將理論知識深入化、實踐化的重要手段，也是提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維習(xí)慣的重要環(huán)節(jié)。本科生在校學(xué)習(xí)以理論知識為主，而實驗教學(xué)是學(xué)生由理論邁向?qū)嶋H的第一步。這不僅關(guān)系著學(xué)生實際動手等能力的培養(yǎng)，更關(guān)系著對學(xué)生自信心和實際操作興趣的培養(yǎng)。材料力學(xué)性能作為材料類的基礎(chǔ)專業(yè)課，教學(xué)內(nèi)容與生活實際緊密相連，涉及的抗力失效指標(biāo)均由實驗測試而來，課程特點決定了實驗教學(xué)部分在課程中占有重要地位。目前，材料力學(xué)性能實驗課形式是以教師為主的演示性實驗。學(xué)生雖能系統(tǒng)、完整地觀看到實驗流程，但學(xué)生在整個過程是被動地接受知識，主動參與實驗的機會不多，導(dǎo)致部分同學(xué)對材料力學(xué)性能實驗課的學(xué)習(xí)興趣和熱情不高，學(xué)習(xí)效果沒有達到預(yù)期。要想扭轉(zhuǎn)這種局面，先要從教學(xué)理念的更新出發(fā)，建立全方面、多層次的立體實驗教學(xué)體系，更新實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，進而讓學(xué)生更加主動地參與到實驗當(dāng)中。建立的新的材料力學(xué)性能實驗教學(xué)課程應(yīng)有如下特點：一是學(xué)生能全面參與到實驗教學(xué)中，增加學(xué)生實際動手的機會；二是能更好地培養(yǎng)學(xué)生思考問題的能力，針對不同的實際問題，學(xué)生能提出解決問題的具體方法；三是要培養(yǎng)學(xué)生能夠解決相對復(fù)雜實際工程問題的能力，針對一個具體問題，能運用多個知識點來解決。

三、實驗教學(xué)的改革措施

（一）構(gòu)建模塊化教學(xué)體系設(shè)計，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力

模塊化教學(xué)體系主要包括驗證性實驗?zāi)K、綜合性實驗?zāi)K和設(shè)計性實驗?zāi)K，明確各模塊教學(xué)目的與培養(yǎng)目標(biāo)，將基本技能要求合理安排到各模塊，強化過程訓(xùn)練，注重相互聯(lián)系，通過整合、優(yōu)化、延伸等方式避免實驗內(nèi)容重復(fù)，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。例如：我們開設(shè)了“材料失效實驗方案”的設(shè)計性實驗，合并優(yōu)化了制備缺口、腐蝕、拉伸和組織觀察等實驗內(nèi)容，同時對材料結(jié)構(gòu)、成分和斷口形貌等知識點進行了拓展和延伸，將孤立分散的知識點有機結(jié)合起來。根據(jù)實際常見的失效形式，包括疲勞斷裂、蠕變斷裂、沖擊斷裂、應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂等，設(shè)計若干個模塊化實驗。結(jié)合化學(xué)實驗來分析構(gòu)件失效部位的元素組成及含量，運用微觀形貌結(jié)構(gòu)測試手段分析材料失效部分的微觀形貌及斷裂形式，根據(jù)所學(xué)知識推測構(gòu)件失效的原因和機理，最后采用實驗室模擬手段驗證等綜合系統(tǒng)的還原斷裂過程并提出解決方案和預(yù)防措施。

（二）設(shè)計功能性、階梯狀實驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

結(jié)合學(xué)生對材料科學(xué)的認(rèn)識進度和“材料力學(xué)性能”課堂教學(xué)，設(shè)置了具有明顯的功能性和階梯狀的實驗項目，包括拉伸實驗、硬度試驗、沖擊試驗、壓縮實驗和彎曲試驗等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，幫助他們擺脫學(xué)習(xí)的被動狀態(tài)，有效幫助學(xué)生加深對力學(xué)性能知識的理解，掌握材料力學(xué)科學(xué)研究的一般方法和測試手段，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。根據(jù)實驗室現(xiàn)有條件與具體實驗特點，將材料力學(xué)性能試驗設(shè)計成豐富多趣同時知識點豐富的功能性試驗，由單一實驗向模塊化實驗方式轉(zhuǎn)變。

（三）建立全面的考評細(xì)則，科學(xué)評價學(xué)習(xí)情況

針對傳統(tǒng)實驗考核方式重結(jié)果、輕過程，重規(guī)范、輕創(chuàng)新的問題，建立一系列新的考評細(xì)則。新的考評細(xì)則注重實驗過程中考核與結(jié)果考核的結(jié)合，但側(cè)重過程考核，注重理論考核與實驗技能考核結(jié)合，側(cè)重技能考核。實驗過程實現(xiàn)全程跟蹤，關(guān)鍵的實驗過程實行考查，確保過程質(zhì)量，從而提高教學(xué)效果。例如：金屬拉伸制備實驗，涉及到實驗設(shè)備（萬能電子拉伸試驗機）、耗材（光滑試樣、缺口試樣等）、步驟（擦拭試樣—劃線—拉伸—觀察拉伸曲線—觀察斷口形貌—撰寫實驗報告）都非常多，為了保證實驗過程的質(zhì)量，教師對每位同學(xué)的每個環(huán)節(jié)進行具體指導(dǎo)并進行過程評價，及時發(fā)現(xiàn)問題并糾正，大大提高了教學(xué)效果。

四、結(jié)語

材料力學(xué)性能實驗課作為課程重要組成部分，必須得到足夠的重視。本文針對傳統(tǒng)材料力學(xué)性能單純演示實驗存在的問題，在教學(xué)模式上提出了模塊化教學(xué)體系和階梯型實驗，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和創(chuàng)新實踐能力，在考核方式上，建立全面的考評細(xì)則，科學(xué)評價學(xué)習(xí)情況，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣。材料力學(xué)性能基礎(chǔ)實驗課的實踐表明，改革后的實驗教學(xué)方式受到了廣大同學(xué)的好評，實實在在地提升了教學(xué)效果。同時，也為其他類似實驗課程的改革提供了新的思路。

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