材料力學性能課程教學改革探討

[摘 要] 材料力學性能作為一門材料類專業必修課，是材料類專業課程體系中不可或缺的一部分。為了提高教學效果，真正培養學生分析及解決問題的綜合能力，良好的教學模式是關鍵。針對材料力學性能課程，就教學內容、教學方法及考核評價體系，如何改革提出了幾條建議。

[關鍵詞] 材料科學與工程;材料力學性能;教學改革

[資金項目] 貴州大學“本科教學工程”建設項目“材料力學性能”（JG201901）

[作者簡介] 黃朝文（1988—），男，貴州遵義人，工學博士，貴州大學材料與冶金學院副教授，主要從事金屬材料的教學與研究工作。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）36-0175-02 ? ?[收稿日期] 2019-12-26

材料力學性能是材料科學與工程專業的核心主干課程。本門課程的目的是通過課程的學習使學生能夠從各種機器零件或構件最常見的服役條件和失效現象出發，正確了解衡量材料失效抗力的指標，以及這些指標的物理意義、技術意義和獲取這些指標的相關測試方法，進一步弄清上述指標之間的相互關系，分析內在因素和外在因素對它們分別及共同的影響機制，從而為機械設計和制造過程中正確選擇和合理使用材料提供可靠的力學性能依據。同時，也為發展新材料，改進制造工藝提供一定的理論基礎。此外，開設該課程的另一個重要目的是為我國新材料的開發及材料制造新技術的發展培養后繼者。由此可見，本門課程在材料科學與工程專業課程體系中非常重要。為了提高教學效果，真正培養學生分析及解決問題的綜合能力，良好的教學模式是關鍵[1]。本文根據貴州大學材料科學與工程專業的人才培養方案，結合作者長期講授材料力學性能課程及材料科學與工程專業相關必修課程的經歷，以及對材料類人才培養的思考，針對材料力學性能課程，就教學內容、教學方法及考核評價體系方面如何進行改革提出了自己的一些建議和思考，同時將這些想法真正實施到平常的教學中，根據學生學習情況的反饋，進一步對該門課程的教學進行改進。

一、優化教學內容，強調知識體系

由于材料力學性能與實際工程聯系緊密，國內大多數的工科院校中，材料類不同方向以及與材料力學性能密切相關的如機械、土建等相關專業也都開設了本門課程，但每個學校或每個專業對該課程的要求不一樣，有的為專業必修課，有的是全校選修課。不同的課程性質，對教學內容要求不一。如貴州大學材料科學與工程專業是以金屬材料為主，著重強調金屬材料的力學性能及工程服役行為，如拉伸、斷裂韌性及疲勞性能;而我校的高分子及非金屬材料專業著重強調非金屬類材料的力學及服役行為，如高分子材料的老化、蠕變，陶瓷材料的耐磨性能等。由此，面對不同專業或方向的學生，具體教授內容時，講課教師須結合各自專業的特色講授本門課程的重點和難點，其余內容可以讓學生課后自行學習。

本門課程是一門材料類的綜合課程，對學生前期材料類基礎課程知識的學習掌握要求較高。如能量部分涉及物理化學、材料科學基礎中的吉布斯自由能相關知識，材料的缺陷對各力學性能的影響部分涉及材料科學基礎、材料成型原理及工藝、熱處理原理及工藝相關知識，斷口的分析及表征需要材料分析檢測方法的相關知識等。所以本門課程一般設置在本科階段的大三下學期或大四上學期，也可作為一門研究生課程。可能大部分同學對相關基礎知識沒有全部掌握或者早已忘光，這就需要老師在教學過程中對相關基礎知識進行回顧，把材料的成分設計、制備過程原理及工藝、服役過程的形變損傷機制整理形成一個完整的知識鏈，讓學生把前期學習的各個分散的專業知識模塊能很好地銜接起來，形成一個整體。這既是對學生相關基礎知識的要求，更是對老師綜合能力的挑戰。講授本門課程的老師既要對材料專業課程體系、知識體系有很好的把握，同時還得有一定的工程實踐經歷，才能真正理解材料專業的整個知識體系，以及本門課程在材料專業課程體系中的重要角色，才能很好地駕馭本門課程的教學，使學生通過本門課程的學習最終有所收獲和能力提升。

二、改進教學方法及考核評價體系

古語有云：授人以魚不如授人以漁。教育的目的是培養學生學習的能力，教育的作用只是觸發學生對未知的探究欲望，學生的自我主動學習才是教育的根本。所以上課時，老師應該主要傳授學習該課程的有效方法，啟發學生對本門課程自主學習的興趣，最大限度地讓學生融入課程學習。然而，當前的教學過程中，大多數都是老師一人唱獨角戲，學生只是旁聽或不聽。個人認為，這既與本門課程的難度相關，更多的還是與教學方法和考核體系有關。針對當前課程教學方法中課程教學全靠教師，學生學習不積極，考核方式中平時成績比重太少和考核形式單一等問題，作者提出解決思路和方法。

（一）教學方法方面

1.充分調動學生學習的積極性，讓學生課前預習，課堂參與和課后復習。可以讓學生分組在課前和課后進行學習，整理成PPT內容，上課時前10～15分鐘由學生上臺復習上一次課的內容要點和簡單講解本次課的內容要點，然后老師做相應的評價和補充講解，通過讓學生多參與教學的翻轉課堂方式，充分調動學生課前提前預習、課中認真學習和課后及時復習的好習慣。保證每小節課都有1名學生上臺進行PPT講解，每次一組輪流進行，組內人員每人至少進行1次上臺PPT講解。

2.及時更新課程的PPT內容，適當增加圖片例證和動畫內容，便于學生的理解學習。另外，將專業的相關抽象內容，利用生活中類似的現象進行解釋，讓課程講解更加生動有趣。如金屬材料疲勞過程，疲勞裂紋擴展形成的微觀疲勞條帶特征，其形態如梯田、步梯臺階等形態。材料在受載服役過程，內部產生的裂紋擴展猶如水流一樣，總是朝著阻力最小的方向進行。

3.本門課程是一門和實際工程密切相關的課程，5年前該門課程有72個學時，含有8～10個學時的實驗環節;但由于本校2016版培養方案的更改，在增加課程門數的同時，壓縮了部分課程學時，其中該門課程的實驗環節被全部刪減，減少了實踐部分，不利于學生對知識點理論的深入理解。由此，希望通過課程改革，增加實驗驗證環節，通過學生親自動手做相關實驗，對課程知識點進一步理解，對學生畢業論文相關實驗的開展大有幫助，也為學生畢業后進入工廠奠定一定的理論和工程基礎。

（二）考核方式方面

考試不是目的，卷面分數不能完全體現學生對本門課程知識的掌握情況[2]，但是課程結束后的卷面考試是必須的。為了讓考核評價更加全面，避免學生靠考前的死記硬背應付考試，強調平時學習的重要性及綜合能力的培養，要改變以往期末一張試卷評判全部，或平時考核比重小和形式單一的現狀。可結合教學方面的改革，增加平時考核成績比重至50%，平時成績考核方式從單一的考勤方式變為分組學習討論參與度和PPT制作、課堂上講臺PPT講解、平時書面作業、平時考勤、實驗操作、期中測試等多方面綜合的考核評價體系。另外，根據本門課程的性質及其在工程實踐中的重要性，在卷面測試內容上，應該增加綜合分析題型的比重，減少純理論知識點考核的數量。考核題型應該多樣化，全面考查學生的綜合能力。如貴州大學材料科學與工程專業每門課程的考試試卷題型要求3～5種，考卷題型一般有名詞解釋、填空題、判斷題、計算題、作圖題及綜合分析幾種。

三、小結

材料力學性能作為材料專業的核心主干課程，在材料專業課程體系中的重要性不言而喻，學生對本門課程知識的學習是對材料專業知識鏈掌握的關鍵。作者在講授過程中，從以上幾方面對課程教學進行改進，在后期的畢業論文實驗及答辯環節，我們發現學生對材料的成分、工藝、組織性能、服役性能整個材料知識體系的掌握，尤其是對問題的分析及解決的能力有了顯著提高。這為學生畢業后到企業工作及、從事科學研究奠定了堅實基礎，也說明上述幾項改革一定程度上契合了全面培養學生能力的教學目標。

參考文獻

[1]萬明攀，向嵩，張曉燕，李偉，雷源源，黃朝文.新工科背景下材料科學與工程專業建設路徑思考[J].教育教學論壇，2019（33）：197-198.

[2]趙鵬.“材料力學性能”教學內容與過程評價的改革與實踐[J].才智，2014（31）：159.