材料力学性能基础实验课的教学改革研究
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作者:朱磊 赵宇龙 陈辉 顾永琴 宋健 顾修全 强颖怀
摘要：材料力学基础实验教学是材料力学性能课程的重要实践教学环节，也是材料科学与工程专业实践教学的重要组成部分。本文针对目前材料力学性能实验课存在的问题，结合中国矿业大学材料专业学生现有学情，分别从教学模式和考核方式出发，提出了模块化教学体系、阶梯型实验和建立全面的考評细则，培养学生的实际动手能力和创新实践能力。课程实践结果表明：教学改革后的教学模式和考核方式有利于激发学生对本门实验课的兴趣，教学效果得到了显著提高。
关键词：材料力学性能；基础实验课；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）06-0106-02
一、引言
材料力学性能是材料专业类本科生的一门专业基础课，在国内众多兄弟院校普遍开设。笔者在充分利用中国矿业大学“材料科学与工程国家第七批高等学校特色专业建设点”和“材料科学与工程江苏省实践教育中心”等优势教学资源基础上，树立以学生为本，融知识传授、能力培养、素质提高为一体的现代化教育理念和以培养创新人才为核心的教学观念，建立有利于培养学生创新思维和实践能力的教学体系。对开设的材料力学性能基础实验课的内容和要求提出了新的改进措施。一是提出模块化教学体系，将验证性实验模块、综合性实验模块和设计性实验模块相结合，改变以往按照实验指导书单纯演示教学实验的模式，达到锻炼学生综合能力的目的；二是设计了阶梯型实验，根据学生的学情和对理论知识的掌握，针对不同学生，帮助他们摆脱学习过程中的被动状态，有效帮助学生完善知识体系，激发学习兴趣，掌握材料科学研究的一般手段。在多年的教学过程中，不断提高课程教学质量，致力于培养材料专业学生的特色实践创新能力。
二、实验教学的重要性
实验教学与理论教学相辅相成，是整个教学活动的重要环节，是将理论知识深入化、实践化的重要手段，也是提高学生的创新能力和创新思维习惯的重要环节。本科生在校学习以理论知识为主，而实验教学是学生由理论迈向实际的第一步。这不仅关系着学生实际动手等能力的培养，更关系着对学生自信心和实际操作兴趣的培养。材料力学性能作为材料类的基础专业课，教学内容与生活实际紧密相连，涉及的抗力失效指标均由实验测试而来，课程特点决定了实验教学部分在课程中占有重要地位。目前，材料力学性能实验课形式是以教师为主的演示性实验。学生虽能系统、完整地观看到实验流程，但学生在整个过程是被动地接受知识，主动参与实验的机会不多，导致部分同学对材料力学性能实验课的学习兴趣和热情不高，学习效果没有达到预期。要想扭转这种局面，先要从教学理念的更新出发，建立全方面、多层次的立体实验教学体系，更新实验教学内容和教学方式，进而让学生更加主动地参与到实验当中。建立的新的材料力学性能实验教学课程应有如下特点：一是学生能全面参与到实验教学中，增加学生实际动手的机会；二是能更好地培养学生思考问题的能力，针对不同的实际问题，学生能提出解决问题的具体方法；三是要培养学生能够解决相对复杂实际工程问题的能力，针对一个具体问题，能运用多个知识点来解决。
三、实验教学的改革措施
（一）构建模块化教学体系设计，培养创新实践能力
模块化教学体系主要包括验证性实验模块、综合性实验模块和设计性实验模块，明确各模块教学目的与培养目标，将基本技能要求合理安排到各模块，强化过程训练，注重相互联系，通过整合、优化、延伸等方式避免实验内容重复，从而培养学生创新实践能力。例如：我们开设了“材料失效实验方案”的设计性实验，合并优化了制备缺口、腐蚀、拉伸和组织观察等实验内容，同时对材料结构、成分和断口形貌等知识点进行了拓展和延伸，将孤立分散的知识点有机结合起来。根据实际常见的失效形式，包括疲劳断裂、蠕变断裂、冲击断裂、应力腐蚀和氢脆断裂等，设计若干个模块化实验。结合化学实验来分析构件失效部位的元素组成及含量，运用微观形貌结构测试手段分析材料失效部分的微观形貌及断裂形式，根据所学知识推测构件失效的原因和机理，最后采用实验室模拟手段验证等综合系统的还原断裂过程并提出解决方案和预防措施。
（二）设计功能性、阶梯状实验，激发学生学习兴趣
结合学生对材料科学的认识进度和“材料力学性能”课堂教学，设置了具有明显的功能性和阶梯状的实验项目，包括拉伸实验、硬度试验、冲击试验、压缩实验和弯曲试验等，激发学生的学习兴趣和参与度，帮助他们摆脱学习的被动状态，有效帮助学生加深对力学性能知识的理解，掌握材料力学科学研究的一般方法和测试手段，培养学生综合分析问题的能力。根据实验室现有条件与具体实验特点，将材料力学性能试验设计成丰富多趣同时知识点丰富的功能性试验，由单一实验向模块化实验方式转变。
（三）建立全面的考评细则，科学评价学习情况
针对传统实验考核方式重结果、轻过程，重规范、轻创新的问题，建立一系列新的考评细则。新的考评细则注重实验过程中考核与结果考核的结合，但侧重过程考核，注重理论考核与实验技能考核结合，侧重技能考核。实验过程实现全程跟踪，关键的实验过程实行考查，确保过程质量，从而提高教学效果。例如：金属拉伸制备实验，涉及到实验设备（万能电子拉伸试验机）、耗材（光滑试样、缺口试样等）、步骤（擦拭试样—划线—拉伸—观察拉伸曲线—观察断口形貌—撰写实验报告）都非常多，为了保证实验过程的质量，教师对每位同学的每个环节进行具体指导并进行过程评价，及时发现问题并纠正，大大提高了教学效果。
四、结语
材料力学性能实验课作为课程重要组成部分，必须得到足够的重视。本文针对传统材料力学性能单纯演示实验存在的问题，在教学模式上提出了模块化教学体系和阶梯型实验，旨在培养学生的实际动手能力和创新实践能力，在考核方式上，建立全面的考评细则，科学评价学习情况，激发学生主动学习的兴趣。材料力学性能基础实验课的实践表明，改革后的实验教学方式受到了广大同学的好评，实实在在地提升了教学效果。同时，也为其他类似实验课程的改革提供了新的思路。
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