材料失效分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

張有鳳，孫劍橋

（1.上海工程技術(shù)大學(xué) 材料工程學(xué)院，上海 201620；2.黑龍江工程學(xué)院 測繪工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

【實(shí)驗(yàn)平臺】

材料失效分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

張有鳳1，孫劍橋2

（1.上海工程技術(shù)大學(xué) 材料工程學(xué)院，上海 201620；2.黑龍江工程學(xué)院 測繪工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

《材料失效分析》課程是材料科學(xué)與工程類專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)選修課，材料失效分析實(shí)驗(yàn)課是這門課的重要組成部分。本文從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、調(diào)動學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性、探究實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶腿绾渭由顚?shí)驗(yàn)理解幾方面入手，重點(diǎn)闡述了材料失效分析實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式的幾點(diǎn)建議，期望達(dá)到實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的最佳效果，從而進(jìn)一步提高我院該門課程的教學(xué)質(zhì)量。

失效分析；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科學(xué)技術(shù)

隨著人類文明的進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用與維修上技術(shù)的改進(jìn)，使產(chǎn)品的可靠性日益提高。但產(chǎn)品的自動化程度越高，技術(shù)愈密集，一旦出現(xiàn)失效造成的損失就愈嚴(yán)重。因此，“質(zhì)量第一”將成為工程界永恒遵循的原則。任何產(chǎn)品失效或出現(xiàn)質(zhì)量問題都可以追溯到某些零構(gòu)件或某些另構(gòu)件的失效，失效是由于構(gòu)成零件的材料的損傷和變質(zhì)引起的。也就是說材料在使用條件下性能發(fā)生了變化，不再能適應(yīng)使用的要求。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的需要，契合學(xué)校培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的宗旨，我院根據(jù)國家本科生培養(yǎng)計(jì)劃，結(jié)合我校專業(yè)發(fā)展方向于2010年新設(shè)置了《材料失效分析》這門學(xué)科基礎(chǔ)選修課。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和能力方面具有其他教學(xué)環(huán)節(jié)不可替代的作用，正確認(rèn)識實(shí)驗(yàn)教學(xué)對人才培養(yǎng)的作用，將對提高高等學(xué)校培養(yǎng)人才的質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是依據(jù)一定的教學(xué)理論，為完成教學(xué)目標(biāo)規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中的計(jì)劃、大綱、教材、教師、學(xué)生、儀器設(shè)備、場地、時(shí)間等因素進(jìn)行綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)和組合，從而形成相對穩(wěn)定的內(nèi)在組織結(jié)構(gòu)及程序和方法的有效教學(xué)形式。以下是我院在材料失效分析實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中的幾點(diǎn)建議。

一、精心設(shè)計(jì)一些綜合性強(qiáng)、有代表性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程

通過對實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書不斷修訂、完善，將內(nèi)容舊的失效實(shí)驗(yàn)刪掉，對經(jīng)典的失效實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行更新改造予以保留，使其內(nèi)容和方法具有新穎性、綜合性和應(yīng)用性，同時(shí)增設(shè)一些內(nèi)容新、綜合性強(qiáng)、反映現(xiàn)代科技發(fā)展的失效分析實(shí)際案例作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。做到實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與其他課程教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，使學(xué)生體會到本專業(yè)各門課程之間的相互聯(lián)系，避免學(xué)生只為了單獨(dú)的學(xué)習(xí)這門課而學(xué)習(xí)，考試后便忘了大部分所學(xué)的情況出現(xiàn)?，F(xiàn)在我院的材料失效分析課程中的實(shí)驗(yàn)課時(shí)為2學(xué)時(shí)，內(nèi)容為“金屬材料的典型斷口分析”；建議增設(shè)2個(gè)學(xué)時(shí)的“典型磨損失效分析實(shí)驗(yàn)”，包括粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損等常見的磨損形式；另外，可將鋼的腐蝕失效實(shí)驗(yàn)作為選修實(shí)驗(yàn)，有興趣的同學(xué)可以隨老師去實(shí)驗(yàn)室親自動手自己做分析。學(xué)生可以在此過程中體會到親自參與的樂趣，也就沒有枯燥、無聊的感覺。

二、實(shí)驗(yàn)課以學(xué)生為中心，調(diào)動學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性

以前的材料失效分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)施中存在諸多問題，其中一個(gè)問題就是缺乏對學(xué)習(xí)的主體——學(xué)生的實(shí)驗(yàn)心理需求的研究。也就是說，教師往往根據(jù)教學(xué)和應(yīng)試的要求，少有考慮到學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的喜好與厭惡的心理需求，來安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以至于在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充斥著被動的、機(jī)械的、乏味的、缺少探究性的教學(xué)模式。我們認(rèn)為，要有效發(fā)揮失效分析實(shí)驗(yàn)在知識與技能等方面的教學(xué)功能，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)研究學(xué)生的心理需求。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)和改革中必須強(qiáng)化學(xué)生的中心地位，以學(xué)生為中心就要突出學(xué)生的獨(dú)立人格，培養(yǎng)加強(qiáng)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，采取分組實(shí)驗(yàn)形式。實(shí)驗(yàn)前，老師可以先把實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容當(dāng)作課下作業(yè)安排下去，讓學(xué)生小組先對某個(gè)或某種失效模式的分析進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后到實(shí)驗(yàn)課去具體實(shí)施。真正做到還給學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索空間，由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)，由獨(dú)立變?yōu)楹献?，由觀察者變?yōu)樘剿髡?，由單純動腦變?yōu)槭帜X并用，調(diào)動學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中對實(shí)驗(yàn)的具體做法、使用的儀器設(shè)備不做硬性規(guī)定，可以提出一些設(shè)備供學(xué)生進(jìn)行失效分析實(shí)驗(yàn)課選擇。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)也不限于某一個(gè)具體房間。這樣便于因地制宜開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，便于提出不同實(shí)驗(yàn)方法，有利于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使師生更注重實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想，而不是記憶實(shí)驗(yàn)器材、步驟等條文，不過分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確和操作技能，而是更注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想更能提高學(xué)生的心智技能。

三、教師提供必要的指導(dǎo)，采取學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)雖然以學(xué)生為主體，但教師可根據(jù)學(xué)生的具體需要，提供有針對性的指導(dǎo)或建議。教師要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)問題情境，激發(fā)學(xué)生提出問題，提供多樣化的信息來源，學(xué)生應(yīng)認(rèn)識到自己擁有解決問題的自主權(quán)，通過獨(dú)立探究、合作學(xué)習(xí)等方式，努力使自己成為知識的積極建構(gòu)者，逐步提高自控能力，學(xué)會自主學(xué)習(xí)。這無疑對該課程下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有實(shí)際的合乎實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)的指導(dǎo)意義。在此過程中學(xué)生運(yùn)用已有的知識和技能，充當(dāng)新知識的探索者和發(fā)現(xiàn)者的角色，通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自己摸索操作方法，自主擬定實(shí)驗(yàn)步驟，自行探究實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并通過評價(jià)與交流，促進(jìn)學(xué)生知識、能力與態(tài)度的和諧發(fā)展。這是一種以自主學(xué)習(xí)為核心，以探究為主線的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。探究過程中問題的提出、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的制定、實(shí)驗(yàn)證據(jù)的獲得、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)論的確定缺一不可。但是，學(xué)生這種自主探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式并不是固定、刻板的模式，只要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能體現(xiàn)自主性和探究性就可以。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有很多優(yōu)點(diǎn)：充分發(fā)揮學(xué)生的主動積極性，實(shí)驗(yàn)過程中變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課產(chǎn)生濃厚的興趣，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲，等等。

四、去失效分析現(xiàn)場或?qū)嶒?yàn)室考查參觀加深對實(shí)驗(yàn)的理解

本課程是一門理論與實(shí)踐結(jié)合性較強(qiáng)的課程。講課過程可引入較多的工程實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用多媒體教學(xué)，可以將工程實(shí)例中的失效現(xiàn)象通過圖片、動畫、聲音等多媒體進(jìn)行再現(xiàn)，便于學(xué)生理解。對于在學(xué)習(xí)過程中涉及到的工程實(shí)踐方面的內(nèi)容，在時(shí)間和場地允許的情況下使學(xué)生能接觸1～2個(gè)工程失效分析案例，除了課堂上所舉的例子外，去失效分析現(xiàn)場或?qū)嶒?yàn)室考查，都將深化學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解，進(jìn)一步鞏固教學(xué)效果?，F(xiàn)場調(diào)查的目的是進(jìn)一步了解與失效產(chǎn)品有關(guān)的背景資料和現(xiàn)場情況。但是背景資料和現(xiàn)場情況是極其豐富和復(fù)雜的，而用來調(diào)查的力量和時(shí)間往往是有限的。因此，必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)獲得分析必需的材料，這就要有重點(diǎn)、有目的地進(jìn)行調(diào)查研究，這也是去現(xiàn)場考查的局限性所在。除此之外，還要消耗一定的人力、物力和財(cái)力。所以，建議這一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以和畢業(yè)實(shí)習(xí)結(jié)合起來共同進(jìn)行。

通過以上幾方面實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索，希望建立一種材料失效分析課程新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，既能體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，又符合人才培養(yǎng)的時(shí)代要求。

[1]孫連榮.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2003，2（1）：4-5.

[2]徐偉麗，馬鶯，徐德昌，代翠紅.生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的對策與建議[J].中國輕工教育，2010，（5）：64.

[3]李月明，江瑜華.無機(jī)非金屬材料工程創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建[J].中國輕工教育，2010，（5）：62-63.

[4]夏潤璽，劉限，秦力.實(shí)踐教學(xué)改革探討[J].黑龍江教育，2012，（4）：5.

G642.0

A

1674-9324（2014）01-0238-02

上海工程技術(shù)大學(xué)《材料失效分析》課程建設(shè)項(xiàng)目（k201305002）。

張有鳳（1978-），女，博士，副教授。