面向安全工程專業《工程材料》課程教學方法探討

李昌新 朱常龍 馬鵬

摘要：《工程材料》課程的教學需要多角度、多途徑的探索，多種教學手段綜合使用，其落腳點都是培養理論基礎扎實、實踐能力強的學生。在進行《工程材料》實際教學活動中，應緊扣學生的專業背景，并注重教學與科研相融合，并輔以仿真模擬手段，讓學生把理論學習與工程實踐有機結合，進而加深對相關概念或理論的理解、消化與吸收。

關鍵詞：工程材料；教學方法；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）11-0167-02

一、引言

《工程材料》課程是一門主要介紹材料力學性能、材料工藝性能、材料的選用原則、材料的應用等內容的重要課程，主要涉及到金屬材料、陶瓷材料、有機高分子材料以及復合材料。該門課程的學習目的在于使學生通過學習掌握工程材料的基本理論及基本知識，并初步具備根據使用條件和性能要求進行合理選材。

作者的授課對象是安全工程專業的本科生。該課程雖然與畢業生的工作內容息息相關，但是由于該課程專業名詞眾多，理論知識抽象，知識點與相似概念眾多，對于缺少材料、化學知識背景的安全工程的本科生而言，很難在課堂上快速地掌握相關知識點，另外，《工程材料》中所涉及到的相圖、晶體結構、材料組織等相關基礎理論較為枯燥，更增加了學生的學習難度，導致學生學習興趣不濃。因此，探討適合安全工程專業的《工程材料》課程的教學模式，對培養創新性強、能夠適應時代發展需求的復合型人才，具有重要的意義。

二、工程材料課程教學的現狀

《工程材料》課程的多年教學實踐說明，在目前的教學過程中還主要存在以下一些問題：（1）課程學時較少，導致教師為了完成教學任務，要么只能灌輸知識，要么刪減教學內容。（2）實驗教學體系不夠完善，實驗室開放程度不夠，很多非材料專業學生在完成課程學習過程中沒有機會接觸相關材料測試實驗，或者只有一些驗證性實驗，學生基本上不用思考，嚴重影響了教學效果和學生的學習興趣。（3）工程材料的師資隊伍需要加強，需要任課教師同時具有深厚的理論知識和工程實踐經驗，缺乏工程實踐經驗的必然是教師只能照本宣科。（4）工程材料課程考核體系需要及時更新，考核的內容大多以背誦內容為主，沒有或較少考慮與工程實際結合以及知識的綜合運用。

三、工程材料課程教學改革

1.圍繞專業背景教學。筆者所在的學院具有鮮明安全工程的學科專業特色，授課學生主要為安全工程專業，所以在講授工程材料學時，筆者緊緊圍繞化工安全、建筑防火等背景對工程材料的各方面專業知識進行詳細介紹。眾所周知，工程材料在化工安全、建筑消防、防火防災工業中承擔著重要的角色。如在介紹介質環境對工程材料的性能影響時，以“911”事件為切入點，引導學生思考：為什么堅若磐石的世貿大廈雙子樓會在飛機撞擊時不堪一擊而發生坍塌呢？經過大家激烈討論后，使學生明白鋼材的強度極限會隨著由飛機撞擊引發的高溫烘烤而發生嚴重軟化，從而導致塔樓最終坍塌，這一切都與材料及其性能密切相關。在介紹材料的組織結構與沖擊韌性的內容時候，以“泰坦尼克號”為例，在材料斷口微觀組織分析的基礎上，說明材料的內部缺陷嚴重降低了沖擊韌性，進而加劇了沉船過程。

在教學過程中，同樣也要注意介紹金屬材料、陶瓷材料、高分子材料與復合材料在化工安全設計及建筑消防設計中的應用，可使得學生更加重視工程材料的應用價值，最終使學生意識到工程材料學課程的重要性，并調動學生的學習積極性。

2.注重教學與科研融合。教學與科研是相對獨立但又是具有內在聯系的，兩者可以相輔相成、互為促進。“教學與科研”相互融合的教學思想在工程材料課程教學中主要是通過理論的教學和科研活動相結合，使學生既可以鞏固理論基礎，又可以使本科生更早地接觸實際應用。但是在具體操作中，需要注意使學生參與的科研內容與實驗教學內容及學生的能力相匹配，若所布置的科研內容難度較大，則學生會感覺無從下手，教學效果則很難保證。在介紹材料的力學性能時，先從理論上介紹各個力學參數的概念及測量原理，然后基于科研過程中阻燃高分子材料的抗拉、抗折、抗彎強度測量，讓學生到實驗室自己進行具體的操作，使得原本較為抽象的知識更加具體化、形象化，提高教學效果。

3.注重模擬仿真動畫在教學中的應用。工程材料學課程涉及到大量較為抽象的概念，如組織和相的聯系，晶格與晶胞的聯系，晶胞參數的概念及計算、位錯、晶界等，對于我院的安全工程專業學生而言，很難在課堂上完全消化和理解。

通過模擬仿真動畫，將所涉及的知識點用文字和圖形相結合，使圖形逼真，具體材料變化過程簡潔明了，同時，學生可根據具體實際，在理論學習的基礎上，逐步自己動手進行仿真模擬，通過相應參數的調節，查看材料的內部變化規律。仿真模擬過程與實物實驗相比，解決了很多傳統實物實驗無法解決的問題：（1）仿真模擬實驗不受時間和空間的限制，學生可在任意時間、任意地點進行實驗；（2）仿真模擬可以實現每個學生的單獨操作，促使每個學生都親自動手參與實驗過程；（3）仿真模擬可以極大地補充由于實驗場地和設備限制而無法進行的實驗。

四、結語

《工程材料》課程的教學需要多角度、多途徑的探索，多種教學手段綜合使用，其落腳點都是培養理論基礎扎實、實踐能力強的學生。在進行《工程材料》實際教學的活動中，應緊扣學生的專業背景，并注重教學與科研相融合，并輔以仿真模擬手段，讓學生把理論學習與工程實踐有機結合，進而加深對相關概念或理論的理解、消化與吸收。

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