新工科建設背景下的材料失效分析課程教學改革與實踐

秦 鏡，齊 亮，徐星星，聶金成，賀 超

（江西理工大學材料科學與工程學院，江西 贛州 341000）

“新工科”是基于國家戰略發展新需求的工程教育改革方向，是以立德樹人為引領，以應對變化，塑造未來為建設理念，以繼承與創新，交叉與融合，協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才[1]。在新工科建設背景下，構建多元化、創新型、跨學科的綜合性課程體系至關重要。而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，既要揭示材料失效的模式和原因，澄清失效機理和規律，又要給出針對性的預防和解決措施，對于促進新材料開發和傳統材料的改進以及提升安全可靠性有著重要的意義[2]。在很多院校課程體系中，材料失效分析作為專業選修課開設，以往不夠重視。近年來，針對新工科建設要求，有關材料失效分析的課程改革報道逐漸增多[3-5]，教學方法和教學模式有許多值得探索和拓展的地方。本文從課堂教學、實驗教學、課程考核方式等方面進行改革與實踐研究，注重多學科交叉融合，著重分析思路及其方法的運用，強調理論與實踐的結合，重視創新能力及實踐能力的提高，為培養復合型及創新型人才奠定基礎。

一、課堂教學改革

課堂教學改革是課程教學改革的重點。為了激發學生對材料失效分析這門課的學習興趣和積極主動性，鍛煉學生的思辨能力，課堂教學從以下三個方面進行改革。

1.教學內容模塊化，將每學時的教學內容分成三階段。第一階段，重視課堂導入。尤其是第一節課，為了激發學習興趣，通過觀看“德國高鐵列車事故”視頻，讓學生了解到材料失效造成的巨大社會經濟損失，深刻認識到學習材料失效分析的重要意義，從而端正學習態度、明確學習目標。第二階段，穿插提問和討論環節。如怎樣區別低周疲勞和高周疲勞、應力腐蝕開裂與腐蝕疲勞斷裂等，不但集中了學生注意力，還達到溫故而知新的效果。第三階段，留問題課下思考解答。比如在講完腐蝕失效分析后，拋出某空調冷凝管開裂實例，讓學生課下思考討論斷裂原因和機制，加深對概念的理解。

2.課件內容多元化。不拘泥于教材內容，增加鮮活的失效案例分析實例。與科研成果相結合或與日常生活緊密聯系，如在講解磨損失效分析時，談談汽車剎車片的磨損與保養，在講解電化學腐蝕失效分析中時，介紹電熱水器中鎂棒的作用與重要性，達到知識性與趣味性兼顧。由于材料失效分析綜合性很強，需要學生見多識廣，尤其是斷口分析，只有大量見識各種斷口形貌，才能準確地判斷出不同失效斷裂的機制。通過廣泛查閱文獻，增大信息量供給，讓學生熟悉各種斷口宏觀及微觀形貌特征，掌握鑒別斷裂類型的技巧和方法。

3.授課方法多樣化。上課突出重點，避免平鋪直敘。加強與學生的交流和互動，杜絕“一言堂”或“滿堂灌”，增添課堂的生氣與活力。在答疑解惑的過程中，有時候能夠倒逼任課教師不斷提高自身素質并改進教學方法，實現教學相長。例如，有學生提出教科書上有“高周疲勞斷裂前無明顯的塑性變形，在交變應力下會顯示出宏觀脆性的斷裂特征”，但是后面又出現“高周疲勞斷裂疲勞輝紋通常是延性的，裂紋尖端存在較大的塑性變形”，兩者是否矛盾。作為教師首先表揚該學生主動提問，再由學生們分組討論并派代表回答，最后予以點評，通過畫圖演示結合案例分析，從宏觀和微觀角度深入剖析裂紋擴展機理，讓學生明白兩者之間并無矛盾，有撥云見日之感。

二、實驗教學改革

材料失效分析是一門實用性很強的專業課，重視并拓展實驗教學，避免學生重理論、輕實踐，實現從理論到實踐的轉化，實驗教學從以下三個方面進行改革。

1.以學生為主體、教師為引導，充分調動學生的主觀能動性和參與實驗的積極性。除了安排斷口分析實驗，還添加了具體零件的失效分析，鼓勵學生從日常生活用品中主動尋找失效的零件如斷裂的螺栓、失效的馬達等作為研究對象。在實驗過程中，在保證安全的前提下，盡可能讓學生自己動手操作儀器設備，培養自主探究能力。

2.與科研相結合，讓學生接觸或參與相關科研項目和課題，培養學生的創新性思維和分析解決實際問題的能力。比如將研究課題所涉及的有關材料的顯微組織及斷口形貌觀察安排在實驗教學中，科研與教學同時進行，一舉兩得。對學生而言，既學習了科研的思路和方法，觀察及分析能力又得到了提高。

3.與其他課程交叉融合，協調與共享教學資源。如在機械設計制造專業授課過程、儀器設備維修過程中，妥善保存失效零件，為本課程的實驗教學提供豐富的素材。由于這些失效零件來源于現場，學生通過現場調查和收集資料，不僅能了解零件的使用環境，而且能了解零件的選材、加工、使用及維修過程，促使學生積極思考，尋找失效原因并提出預防或改進措施。

三、課程考核方式改革

以往的課程考核方式形式比較單一，難以適應新工科建設的發展和素質教育的要求。為了加強過程考核并培養創新意識，結合本課程的特點，將失效分析報告和課堂演講納入平時成績。通過撰寫報告，讓學生熟悉失效分析程序，鍛煉思維邏輯性和條理性。通過課堂演講，鍛煉他們文獻檢索、幻燈片制作及語言表達能力的同時，還培養了團隊合作精神，提高了綜合素質。為了準確反映學生對知識點的掌握和分析方法的運用情況，提高試卷中主觀題的分量，素材取自科研項目和工程實例，重點考查利用理論知識分析解決實際問題的能力，鼓勵學生打破固有的思維模式，從新的角度、新的方式去思考，得出具有創造性的結論，達到新工科建設所要求的培養多元化、創新型卓越工程人才的目的。

四、結語

在新工科建設背景下，材料失效分析教學改革以培養多元化、創新型卓越材料工程人才為目標，從課堂教學、實驗教學、課程考核方式等方面進行改革與實踐。通過課堂教學改革，加強了與學生的交流和互動，激發了學生的求知欲和積極主動性；通過實驗教學改革，不但讓學生掌握了失效分析的基本技能，還提高了創新和實踐能力；課程考核方式改革側重考查學生利用理論知識分析解決實際問題的能力，取得了良好的教學效果。