材料力学性能课程的教改探讨与实践*

2021-03-31魏晓刚刘会丽杨柳川张耀宗樊佳康

砖瓦 2021年3期

魏晓刚刘会丽杨柳川张耀宗樊佳康徐哲李旺

（郑州航空工业管理学院土木建筑学院，河南郑州 450000）

材料力学性能课程教改内容较多，其中以教学内容改革、教学方法改革、教学手段改革以及成绩考核改革为主。在材料力学性能课程中，一般会涉及金属材料、固态材料、无机非金属材料等材料知识。此外还会涉及高分子材料、聚合物材料等材料力学性能课程，在材料力学性能课程教改过程中，应结合材料领域发展趋势，以及市场和科研领域应用材料的过程，使教改内容可以满足学生学习以及实际发展需求。

1 结合专业特点优化教学内容

1.1 优化基础内容，注意前后课程衔接

根据高等教育要求，高校在改革材料力学性能课程时，应以《工程材料力学性能》为主，将材料力学性能课程分为三个部分，一是材料力学性能理论阐述课程、二是材料在环境中实际表现课程、三是材料力学性能综合概述课程。

在材料力学性能理论阐述课程中，主要讲解材料受到静荷载、动荷载或者动静荷载的作用下，材料出现的变形情况，在变形过程中材料还会出现断裂的情况，根据变形或者断裂情况，判断材料在使用期间所能承受的荷载，以便确定材料的抗荷载能力，根据抗荷载能力，掌握材料实际的使用价值，有助于将材料使用在适合的环境中，提高材料的安全性和稳定性。

在材料环境中实际表现课程中，重点研究材料常见的四种情况，一是疲劳情况、二是蠕变情况、三是磨损情况、四是环境情况，根据四种情况分别研究材料的使用寿命，并且在材料应有的寿命的下，材料可以体现出的抗荷载能力。

在材料力学性能综合概述课程中，主要讲解材料力学的相关概念以及原理，并基于材料力学性能定律，将所有讲解的内容建立联系关系，使学生可以全面掌握所学的材料力学性能课程内容。

进行材料力学性能课程教改，一方面突出材料力学性能课程的特色，突出材料力学性能课程特色，让学生发现学习材料力学性能在实际领域中体现出的应用价值，另一方面将材料力学性能课程相关的领域相互融合，包括焊接领域、金属领域以及成型控制领域，让学生明确学习材料力学性能课程的价值，有助于学生明确今后在各个领域的发展目标。

以某高校对材料力学性能课程教改为例，在教改过程中将汽车领域、船舶领域以及煤矿领域与材料力学性能课程融合，在融合期间根据各个领域的实际发展趋势以及岗位实际应用需求，明确材料力学性能课程教改目标，具体教改目标分为材料力学性能在金属静荷载下的应用价值、在金属应力抗腐蚀的应用价值、在氢脆断裂的应用价值以及金属耐高温的应用价值。

1.2 坚持理论联系实践

材料力学性能在各个领域应用范围不断扩大，具有较高的实际应用价值。在材料力学性能课程教改过程中，高校应坚持理论联系实践，将理论教学内容与实际应用建立相辅相成的关系。进入到材料力学性能课程教改过程中，高校应发现理论教学与实践应用存在的差距，在理论教学中，将理论断裂强度作为联系实践的切入点，在实际教改过程中，发现理论断裂强度与实际断裂强度存在较大的差异，存在的差异按照数量级进行划分，可以划分为3 个等级。在分析强度等级数量级过程中，一般从两个角度进行分析，一是理论断裂强度分析，另一个是基础材料科学断裂强度。在分析理论断裂强度过程中，采用双原子模型，可以推断出理论断裂强度。在分析基础材料科学断裂强度时，应根据材料基础理论，采用科学实验的方法测定材料的实际断裂强度，并将理论断裂强度与实际断裂强度存在的差异进行比较，针对出现的差异找出消除差异的方法。

以讲解材料低温脆性知识为例，高校可以将船舶、桥梁等设备中应用的材料作为研究对象，在较低的温度环境中，设定不同温度，分析材料在不同温度状态下表现出的脆性状态，如果材料在设定的温度脆性达到极限，证明材料在设定的温度极有可能出现断裂的情况。向学生展示实际情况，学生掌握材料在脆性状态下出现的变化，可以让学生结合材料的力学性能，将材料合理应用在适合的设备上。此外在理论教学期间，讲解材料出现的磨损情况时，应结合煤矿运输过程中使用的设备为例，在运输设备中使用的材料，会受到环境等多种因素的影响，导致材料出现磨损情况，教师重点讲解引发磨损的原因以及产生的危害，并结合材料的力学性能，向材料中加入抗磨损材料，提高设备的抗磨损能力。在讲解设备振动情况时，由于设备处于振动状态，需要设备具备较高的韧性，充分发挥材料的韧性优势，使设备在振动过程中，可以有效缓冲设备，防止设备由于长期振动无法正常的运行。

将理论教学与实际教学相互融合，让学生通过讨论实际问题，合理运用理论知识，使学生可以有效地理解和掌握材料力学性能知识。此外在理论与实际联系过程中，教师可以采用设置问题的方法，让学生积极思考和探索理论知识与实际应用之间存在的关系，在思考和探索中引导学生形成正确的学习意识，并且不断开拓学生的学习视野，使学生不断丰富材料力学性能知识内涵。

1.3 教学与科研结合，科研促进教学

材料力学性能课程教改期间，高校应将教学内容与科研内容有效的结合，以科研促进教学发展，借助教学提高学生的科研能力。以讲解材料力学性能中抗磨损知识为例，教师在课堂上讲解理论知识，组织学生参与到实际科研学习中，让学生将理论知识应用在科研中，学生在科研中研究材料的抗磨损、材料形状弹性等内容，然后结合材料力学性能，找到提高材料抗磨能力的方法。学生在科研过程中，会使用到较多的材料，如纳米材料为例，学生在科研中使用显微镜，分析纳米材料的力学性能，并将纳米材料放置在设备上，为设备营造真实的生产环境，学生研究实际环境下，纳米材料的力学性能，可以帮助学生更好地掌握材料力学性能。学生在科研与教学结合学习模式中，有助于增强学生主动探究材料力学性能的意识，并提高学生的科研能力，让学生在科研中，合理应用所学的知识解决实际问题，使学生真正做到学以致用。

2 改革教学模式，提升教学效果

高校在讲解材料力学性能知识时，应充分认识到材料力学性能知识的复杂性，主要是材料力学性能知识会与多个力学学科存在关系，其中工程力学与材料力学关系较为密切，如果采用传统的教学模式，会使学生感受到学习材料力学性能课程存在较大的难度，不利于学生投入更多的精力进行学习，从而影响课程教学效果。

高校应对传统的教学模式进行积极的改革，在改革过程中，一方面将讲解的知识进行有效的串联，使知识建立衔接关系，另一方面设置具有探究性特点的问题，让学生在探究问题过程中，可以掌握材料力学性能课程内容。学生掌握材料力学性能课程后，可以利用自己的思维，建立材料力学性能知识体系。在建立体系过程中，既能培养学生探究意识，使学生可以主动探究材料力学性能知识，帮助学生养成独立自主的学习习惯，还能充分挖掘学生的创新潜力，学生可以根据自己的能力，使建立的知识体系可以应用于解决实际问题，从而提高学生的学习效果。

在材料力学性能课程讲解期间，教师可以采用多种教学方法，从而构建不同的教学模式。由于材料力学性能知识具有抽象性特点，教师可以在教学中使用多媒体技术，使用多媒体技术制作音频课件，通过音频课件全面直观的讲解材料力学性能知识，使材料力学性能体现出形象化特点，降低学生的学习难度。以讲解材料断口形状为例，教师在教学中使用多媒体技术，向学生展示材料受到不同荷载作用下，材料断裂位置出现的形状。在展示过程中，将工程中使用的材料作为展示对象，在课件中向学生展示材料受到单项拉伸荷载、冲击荷载等实验过程，并将实验结果展示给学生，使学生对学习内容有一个形象的认识，有效提高学生对材料力学性能知识的理解程度。

在使用多媒体技术时，教师指导学生合理使用互联网，搜索与教学内容有关的知识，并利用互联网建立材料力学性能课程学习平台，教师通过平台上传材料力学性能课程，让学生在任何时间可以学习材料力学性能知识。在平台中应提供教师与学生交流的窗口，方便教师在线上向学生讲解相关知识。

3 实验教学改革

在材料力学性能课程教改中，实验教学改革尤为重要，材料力学性能课程中实验教学是重要的组成部分。高校在改革实验教学时，应改革以下内容，一是教学环境、二是实验条件、三是实验步骤、四是评价方法。我国对高校实验教学提出明确的要求，高校在实验教学改革时，应参照多种标准，如金属材料室温拉伸实验标准、金属材料夏比摆锤缺口冲击实验标准等。教师组织学生进行实验学习时，应根据教学内容采用相应的教学标准，一方面使实验教学的相关操作必须符合国家要求，使实验教学过程更加安全，并且保证实验结果真实有效，另一方面在严格的实验标准下开展实验教学，可以增强学生实验操作以及学习的规范意识，并且有效提高学生实验操作能力。

4 考核评定模式改革

在材料力学性能课程中，将理论教学与实践相互融合，需要教师转变传统的考核评定方法。对传统考核评定模式进行改革，要求在每个阶段设立考试，将每个阶段的考试成绩，以及学生日常的学习表现作为考核评定内容，有效避免学生在日常学习出现散漫的情况，防止学生进入到期末阶段冲刺学习。采用创新的考核评定模式，期末考试成绩占比设定为50%，日常考试和日常表现占比分别为25%和25%。采用新型的考核评定模式，可以使学生在每个阶段投入更多的精力进行学习，使学生的学习更加具有延续性，有助于学生理解和巩固所学的材料力学性能知识。