張鵬飛　徐盼盼　楊斌

【摘 要】針對材料力學(xué)性能課程理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，將日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、科研工作中的應(yīng)用實(shí)例引入到課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，采取有效措施對教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、考核評價(jià)方法等進(jìn)行改革和探索，取得了良好的教學(xué)效果。不僅使學(xué)生充分認(rèn)識到材料力學(xué)性能課程內(nèi)容在生產(chǎn)生活中的重要性，也加強(qiáng)了學(xué)生對課程內(nèi)容的理解和掌握。

【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)性能；實(shí)例分析；教學(xué)改革；教學(xué)效果

中圖分類號： TB33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）36-0127-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.054

材料力學(xué)性能是高校金屬材料工程專業(yè)本科生必修的基礎(chǔ)教育課程，也是一門理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。該課程教學(xué)內(nèi)容較多，涉及材料在拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮、沖擊、疲勞、腐蝕、磨損、高溫等各種工況條件下的力學(xué)行為特征和力學(xué)性能評價(jià)方法，以及各力學(xué)性能指標(biāo)的測試、計(jì)算和應(yīng)用[1-3]。該課程專業(yè)術(shù)語和力學(xué)性能指標(biāo)種類較多，理論較為抽象。各章節(jié)內(nèi)容相對較為獨(dú)立，關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。導(dǎo)致課程系統(tǒng)性較差，學(xué)習(xí)掌握難度大，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)往往感到枯燥乏味，學(xué)習(xí)興趣和積極性不高。因此，有必要對材料力學(xué)性能課程進(jìn)行教學(xué)改革，探索新的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識該課程內(nèi)容在生產(chǎn)生活中的重要性，對于培養(yǎng)學(xué)生的理論素養(yǎng)，提高課程教學(xué)質(zhì)量等具有重要意義。借鑒其他教師的教學(xué)改革思路[4-9]，從教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、應(yīng)用實(shí)例的引入、學(xué)習(xí)成績評定等方面入手，采取有效措施，對材料力學(xué)性能課程進(jìn)行教學(xué)改革和探索，取得了良好的教學(xué)效果。

1 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

材料力學(xué)性能課程內(nèi)容較多，包括力學(xué)性能緒論、材料在靜拉伸等各種工況下的力學(xué)行為與力學(xué)性能評價(jià)、眾多力學(xué)性能指標(biāo)的測試與應(yīng)用等。由于課時(shí)安排較少，很難對每一種工況下材料的力學(xué)行為及相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的講解和學(xué)習(xí)。因此，有必要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)講解典型工況下材料的力學(xué)行為，突出學(xué)習(xí)方法和技巧，舉一反三。在學(xué)時(shí)分配上，重點(diǎn)講解金屬材料在靜拉伸、沖擊、腐蝕等工況下的力學(xué)行為，重點(diǎn)學(xué)習(xí)材料的屈服強(qiáng)度、彈性模量、延伸率、應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)、硬度、沖擊韌性、韌脆轉(zhuǎn)變、平面應(yīng)變斷裂韌度等力學(xué)性能指標(biāo)。簡要闡述彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮、高溫等工況下的力學(xué)行為，簡單介紹缺口效應(yīng)、彈塑性斷裂力學(xué)、疲勞、氫脆、磨損的概念和基本原理。以便使學(xué)生快速抓住該課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，培養(yǎng)基本的材料力學(xué)性能分析理論素養(yǎng)。在課程實(shí)驗(yàn)安排上，重點(diǎn)安排單向靜拉伸、硬度、沖擊等三種典型工況試驗(yàn)。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果、樣品回收狀況、相關(guān)科研圖像視頻等資料，重點(diǎn)講解典型工況下材料的力學(xué)行為，講解重要材料力學(xué)性能指標(biāo)的物理化學(xué)含義、評價(jià)測試計(jì)算方法、應(yīng)用領(lǐng)域等。在較短時(shí)間內(nèi)增強(qiáng)學(xué)生對材料力學(xué)性能指標(biāo)含義的感性認(rèn)識，使學(xué)生迅速掌握測試應(yīng)用材料力學(xué)性能指標(biāo)的動手實(shí)踐能力。

2 引入材料力學(xué)性能應(yīng)用實(shí)例

2.1 在緒論中引入應(yīng)用實(shí)例

材料力學(xué)性能課程內(nèi)容中涉及到的力學(xué)性能指標(biāo)有幾十種之多，對于初次接觸到該領(lǐng)域知識的學(xué)生來說，很難對每一種力學(xué)性能及相應(yīng)評價(jià)指標(biāo)的含義、概念和應(yīng)用領(lǐng)域都有清晰的理解和認(rèn)識。即便是對最重要和最常用的屈服強(qiáng)度、彈性模量、塑性、硬度等概念或力學(xué)性能指標(biāo)的含義，學(xué)生都很難一下子理解透析。為了使學(xué)生對材料力學(xué)行為和相應(yīng)力學(xué)性能指標(biāo)有一個(gè)宏觀感性的認(rèn)識，在緒論中引入與日常生活、工業(yè)生產(chǎn)等密切相關(guān)的案例，借此說明材料力學(xué)性能的重要含義、意義和用途。例如，通過展示鉆石、銀錠的圖像資料，說明硬度的概念、含義、評價(jià)方法和用途；通過展示彈性體變形回復(fù)的數(shù)字模擬圖像，以及橡皮泥、橡皮筋、瓷盤破裂的圖像資料，說明彈性、塑性和脆性的概念與含義；通過展示靜拉伸變形、彎曲變形、沖擊斷裂等力學(xué)過程的動畫資料，說明材料力學(xué)性能指標(biāo)的測試計(jì)算評價(jià)方法；通過展示飛機(jī)墜毀、橋梁斷裂、汽車斷軸等圖像視頻資料，說明對材料力學(xué)性能學(xué)習(xí)和研究的重要意義。通過日常生活中常見的案例或容易理解的圖像視頻資料，使學(xué)生對材料力學(xué)性能及其指標(biāo)有一個(gè)初步的感性認(rèn)識，增強(qiáng)學(xué)生對后續(xù)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

2.2 在各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容中引入應(yīng)用實(shí)例

材料力學(xué)性能及相關(guān)評價(jià)指標(biāo)的含義和測試方法，相對比較抽象，初學(xué)者難以透徹理解和掌握。為幫助學(xué)生盡快理解基本概念和方法的含義，在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，引入相關(guān)圖像視頻、模擬演示動畫等資料。生動形象地給同學(xué)們講解某一個(gè)力學(xué)行為及相關(guān)性能指標(biāo)的含義、測試方法和用途意義。比如，當(dāng)學(xué)習(xí)金屬材料在靜拉伸載荷下的力學(xué)行為時(shí)，展示圓柱狀、平板狀試驗(yàn)樣品在拉伸變形前后宏觀形貌的變化、斷口特征等圖像資料，借此幫助學(xué)生理解金屬材料在靜拉伸載荷作用下表現(xiàn)出來的力學(xué)行為，以及評價(jià)材料抗拉伸性能的力學(xué)指標(biāo)；在學(xué)習(xí)拉伸變形曲線時(shí)，展示脆性、低塑性、高塑性三類材料拉伸變形模擬動畫，以及對應(yīng)的載荷位移曲線動態(tài)模擬示意動畫，借此幫助學(xué)生理解抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、彈性模量、斷裂強(qiáng)度、延伸率等力學(xué)性能指標(biāo)的具體含義、測試計(jì)算方法、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值等。通過展示日常生活中用鉗子擰鐵絲來捆扎物體的實(shí)際操作視頻資料，幫助學(xué)生理解包申格效應(yīng)和形變強(qiáng)化的概念和物理意義。通過收集整理日常生活中與材料力學(xué)行為相關(guān)的圖像視頻模擬演示動畫等資料，生動形象地幫助同學(xué)們學(xué)習(xí)理解材料在外載荷作用下表現(xiàn)出來的行為及相關(guān)評價(jià)指標(biāo)。這樣既可以避免枯燥乏味的單純語言講解，提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，幫助同學(xué)們更好更快地理解課程知識，也可以活躍課堂氣氛，緩和教師（學(xué)生）的備課（學(xué)習(xí)）壓力。在輕松愉快的環(huán)境中，師生通過相互討論、辯論、提問、自由發(fā)表觀點(diǎn)等方式學(xué)習(xí)課程知識。同時(shí)也可以使課堂知識與生產(chǎn)生活更好地結(jié)合起來，有效改善理論學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實(shí)踐脫離的情況。

2.3 引入科研圖像視頻資料

材料力學(xué)性能是專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)、工作、生活、深造、研究等都有重要影響。但該課程內(nèi)容較多，課時(shí)安排較少。為了讓同學(xué)們在有限的課時(shí)內(nèi)盡量多地理解材料力學(xué)性能知識，需要教師有針對性地展示講解材料在特定工況下的力學(xué)行為。針對學(xué)生后續(xù)開展畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐、深造、工作等需要，在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，結(jié)合科學(xué)研究工作，有計(jì)劃地展示講解科研、工業(yè)生產(chǎn)等工作中與該課程內(nèi)容緊密相關(guān)的實(shí)際案例。在幫助同學(xué)們更好地學(xué)習(xí)理解課程知識的同時(shí)，增加學(xué)生接觸實(shí)際科研生產(chǎn)資料的機(jī)會。理論結(jié)合實(shí)際，激發(fā)學(xué)生對該課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣和積極性。例如，展示在高分辨電鏡下觀察到的夾雜阻礙位錯(cuò)運(yùn)動的視頻圖像資料，幫助同學(xué)們認(rèn)識位錯(cuò)等缺陷運(yùn)動受阻情況，更好地理解材料的強(qiáng)度、屈服、形變強(qiáng)化、位錯(cuò)釘扎、彌散強(qiáng)化等概念和知識。結(jié)合科研工作，與同學(xué)們分享新型鉬合金、鈦合金、鋁合金、復(fù)合材料等新材料的力學(xué)性能行為、評價(jià)步驟、評價(jià)指標(biāo)的選擇與測試等。

3 考試內(nèi)容改革

對于學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的成績評定，現(xiàn)行的辦法是由平時(shí)成績和考試成績分別加權(quán)構(gòu)成。平時(shí)成績由課堂出勤率、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等綜合評定，考試成績由卷面成績決定。對于考試試題形式，改變以往客觀題占比過重的情況，大幅減少填空、判斷對錯(cuò)等客觀題數(shù)量，增加主觀題的比重。主觀題以簡答、分析為主，考查學(xué)生對材料力學(xué)性能基本概念的理解，以及應(yīng)用該課程基本原理和知識分析問題、解決問題的能力。結(jié)合科研或工業(yè)生產(chǎn)工作，增加綜合分析題。例如，以新型鉬合金、鈦合金、鋁基復(fù)合材料等新材料的研制為例，科研工作中，每當(dāng)研制開發(fā)一種新型結(jié)構(gòu)材料時(shí)，通常要測試材料的強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo)，以評價(jià)其力學(xué)性能如何。此項(xiàng)工作的內(nèi)容是對材料力學(xué)性能課程知識的綜合應(yīng)用，可考查對課程基本概念和知識理解與掌握，評價(jià)對力學(xué)性能指標(biāo)測試分析的實(shí)踐能力。在考試試題中增加此類綜合分析題，有助于考查學(xué)生與本課程相關(guān)的基本科學(xué)素養(yǎng)和能力，考查其利用所學(xué)知識、方法和原理解決問題的應(yīng)用能力。

4 結(jié)語

通過對材料力學(xué)性能課程教學(xué)進(jìn)行探索和改革，已經(jīng)取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣、積極性、主動性，以及從力學(xué)性能角度入手對材料進(jìn)行分析判斷的實(shí)踐能力等都有了一定程度的提高。但是對該課程教學(xué)模式的改革還應(yīng)繼續(xù)探索和堅(jiān)持，積極主動與學(xué)生互動，傾聽學(xué)生的意見，探究知識學(xué)習(xí)的科學(xué)規(guī)律，增加學(xué)生接觸實(shí)際工作資料的機(jī)會和動手實(shí)踐的機(jī)會。不斷探索、嘗試、總結(jié)、改進(jìn)，才能使教學(xué)質(zhì)量不斷提高。

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