《材料力学性能》课程教学内容及教学方法改革研究

王淑花，李学伟，徐家文，孙俭峰

（黑龙江科技大学材料学院，黑龙江哈尔滨150022）

材料力学性能的真正发挥直接关系到各种产品的质量及使用寿命，要想真正地发挥出材料力学性能潜能，就需要产品设计者和生产者真正掌握有关材料力学性能的基本理论知识，以及材料在各种使用条件下的失效形式，并能对不同失效产生的原因进行理论分析，针对分析结果采取有效的改进手段进一步提高材料的力学性能，更好地满足使用性能要求，延长使用寿命。因此需要学生很好地掌握有关材料力学性能的基本知识是极其重要的。

一、材料力学性能课程目前教学存在的问题

目前，材料力学性能课程的教学内容主要覆盖金属、非金属两大部分，其中非金属内容大约占全部内容的三分之一，而实际生产中应用非金属制作机器零件应用其力学性能的很少，绝大部分仍然以金属材料的应用为主；同时这门课程的实际教学学时也不足，教师只能提高讲课速度来保证完成教学内容，但是学生的听课质量不能完全保证，有很多学生跟不上，整体学习效果不理想。因此我们要对这门课程的教学内容进行优化。

另外目前，这门课程在教学方法上，主要是教师课堂以板书的形式讲解为主，同时结合一些多媒体图片放映的形式，但是对于各种性能测试的具体实验方法及实验过程没有动态过程，只是单独地结合实验设备图讲解比较抽象，学生很难完全理解，并耗费时间；还有不同形式的断口形貌分析图片，形式比较单一，没有结合具体实效形式来分析；力学计算也比较抽象，学生很难想象出具体的裂纹形式在不同受力情况下的裂纹扩展方式如何；由于学生难以理解就会使学生逐渐失去学习兴趣，影响学习效果。再有就是教学学时在不断压缩，在极其有限的教学学时内达到面面俱到的详细讲解所有内容很难实现，这就更加难以保证教学效果。因此，如何在现有的学时下提高教学质量，激发学生的学习兴趣是当前必须解决的问题［1］。

二、材料力学性能课程教学内容的优化

根据实际生产需求，把“金属材料的力学性能”部分内容作为主要内容，在这部分内容中金属的磨损和腐蚀内容只详细讲解疲劳磨损和应力腐蚀断口特征，对于磨损形式、机理、氢脆和应力腐蚀内容可以简单介绍一下即可，对于其他内容要在现有的学时内采取有效的教学方法进行详细讲解，保证学生的学习效果。对于“非金属材料的力学性能”部分内容作为了解性内容，以学生自学，教师考核的方式进行。

三、材料力学性能课程教学方法的改革

1.现场教学或利用多媒体动画模拟现场教学

对于“金属材料在不同受力条件下的力学性能”部分内容，在有实验条件的情况下要采取现场教学的方式进行，教师现场操作各个实验过程，边操作边讲解，这样非常直观，把抽象的内容直观化，学生很容易理解掌握，并且不易忘记，效果会非常好。但是对于没有实验条件的情况下，可以利用多媒体动画的方式模拟整个实验的进行过程让学生观看，也能达到一样的效果。对于“不同裂纹在不同受力条件下的扩展断裂”部分内容也要采取多媒体动画模拟形式进行，模拟不同裂纹在不同受力条件下扩展的动态过程，以及在整个过程中裂纹前沿基体金属的变形过程，从而让学生掌握断口的形成过程，这样使非常抽象的内容简单化、易理解，提高教学效果［2］。

对于应力腐蚀和氢致延滞断裂内容，可以采取多媒体动画模拟方式进行讲解，直接反应钝化膜破裂后形成腐蚀裂纹沿着试样深度方向扩展的动态过程和氢致延滞断裂的动态过程，增强学生的理解，进一步提高课堂授课效果。

2.案例式教学

对于各种“断口分析”内容，可以采用案例式教学，任课教师收集不同使用条件下的失效断口零件和断口宏观、微观形貌图片，利用实物和图片的形式结合其使用条件分析其断裂过程、断口形成的原因，并根据分析结果分析提高相应使用条件下的力学性能方法，为学生今后的毕业设计和实际工作积累经验。

对于在不同静载荷下的力学性能，当载荷条件不变时，只改变环境条件，则力学性能应有何变化的问题，任课教师可以结合毕业设计做一些这方面的具体实验，积累一些实验数据和实验断口形貌图片，在课堂上讲解，扩大学生的知识视野，同时也培养了学生如何分析问题的能力，有利于学生实践能力的培养。

3.开通网络教学平台

由于教学学时有限，不能对所有的教学内容进行详细讲解，如“非金属材料的力学性能”这部分内容完全可以让学生利用课余时间上网自己学习，教师利用网络教学平台对学生进行考核，并把这一考核纳入本课程的最终考核中，这样可以不占用课堂教学时间，又完成了教学内容。

教师还可以将教学课件、电子教案和教学录像传到网络平台上，供学生业余时间学习使用，同时开通网络教学也为学生自学和复习提供了很好的空间，网络教学资源中有很多习题，学生可以通过做题对所学过的内容及时巩固，提高学习效果［2］。

4.实验教学方法

本课程的实验教学由原来的演示性实验改为综合性和设计性实验，具体实验由学生自己设计方案，自己动手操作，完成过程以小组的形式进行，每组4人。这样通过学生自己实际操作加深了学生对相关的基础知识的理解掌握，同时掌握了具体实验内容，提高了学生对实验课的兴趣，提高了实验效果［3，4］。

5.考核方式

“材料力学性能”课程是金属材料工程专业的专业基础课，里面含有一部分重点知识为各种实验方法的应用，比如拉伸实验、冲击实验、硬度测试，这些实验方法需要学生实际动手去做才能真正掌握。而原来理论课程考核方式中没有实验成绩考核，学生做实验时不够重视，实验环节中应用的理论知识得不到充分的应用和掌握。现考核方式中把实验成绩纳入理论课程考核的总成绩中，目的是提高学生对实验课程的重视程度，通过实验也能加强学生对理论知识的理解和应用。具体实施方案是：平时成绩（包括出勤、课堂提问、作业，各占10%）占30%，实验成绩占10%，期末考试（采用闭卷考试）占60%，三部分成绩综合评定出本课程的总成绩。

四、结论

“材料力学性能”课程通过改革提高了学生课堂听课的积极性和学习的主动性，学生没有了旷课现象，课堂讨论时学生能主动提出问题，说明学生能够主动思考，分析问题了；学生上实验课的态度更加认真，效果明显提高。同时也可以通过今年上半年学生期末考试成绩体现出学生对本门课程的学习效果有很大提高，不及格率明显下降，学生总体成绩有很大的提升。

通过改革可以在给定的学时内高质量地完成教学任务，并且能使学生在实践上也得到一定的训练，提高了学生分析问题的能力，加强了学生对理论知识的理解掌握。

［1］李学伟，王振廷，徐家文等.大工程背景下机械工程材料课程建设的探索［J］.黑龙江冶金，2009，04（29）：64-65.

［2］王淑花.《热处理设备》课程教学方法改革研究［J］.黑龙江教育，2013，（4）：55.

［3］陈洪玉，王振廷，徐家文等.利用数码金相互动教学系统提高学生综合能力［J］.实验室研究与探索，2010，1（29）：111-112.