工程教育OBE理念下的《材料力学性能》课程教学改革的探讨

高文斌 顾小燕 黎文航

（江苏科技大学材料科学与工程国家级实验教学示范中心，江苏 镇江212003）

0 引言

《材料力学性能》这门课程通过理论教学、实验教学等环节，从各种机件常见的服役情况和失效方式出发，使学生掌握材料抵抗失效破坏的常用力学性能指标的基本含义及测试方法，了解失效现象的微观机理，掌握内在因素（成分、组织、冶金质量、残余应力等）和外在条件（载荷性质、应力状态、加载速率、测试环境等）对材料力学性能的影响，为材料的开发研制和合理使用提供依据。

工程教育专业认证的基本理念是“以学生为中心，以学习成果为导向，持续改进”，即OBE理念，高等学校的核心任务是培养满足行业认可的既定质量标准要求的毕业生，评价标准以培养目标和毕业要求为导向[1]。工程教育认证为我国高等院校人才培养提供了明确的目标和方向，近几年，以工程教育认证为导向的教学改革已经在我国许多高等院校课程中得到了推广和应用[3-4]。本文以材料力学性能为例，探讨了基于OBE理念的课程教学内容、教学方法以及考核方式等方面的课程改革。

1 教学现状分析

（1）本课程内容多，概念多，理解困难，授课课时少。在我校材料学院最新的2018版课程教学大纲中，本课程开设在大三上学期，总课时为32学时，课堂教学为28学时，实验教学课时为4学时，包含2次实验。理论教学部分涵盖了材料在静拉伸载荷、弯曲载荷、扭转载荷、冲击载荷下的力学性能，也包括材料的断裂韧性、疲劳现象、应力腐蚀开裂和氢脆、高温力学性能，平均每章课堂授课课时仅为4学时。2次实验教学分别为通过冲击韧性测试研究低碳钢的低温脆性和测定不同热处理状态的低碳钢的维氏硬度。

（2）本课程的知识点繁杂，教学难度大，传统的“灌输式”课堂讲授学生的参与度不够。每节课学生会接触大量的新术语和新的力学性能指标，部分内容理论性较强，晦涩难懂，导致学生在有限的学习时间中难以长时间保持学习兴趣，学习积极性不高。

（3）传统的考核方式通常是平时作业（20%）、实验（20%）、期末考试（60%）三个方面，无法综合考核学生的应用知识能力。本课程每章教学内容结束后，针对重点内容布置了作业，完成平时作业除要仔细阅读和理解教材外，还需要查阅相关资料，部分同学认真查阅资料和阅读教材，较好地完成了作业，但也有抄袭别人的作业的严重现象。期末考试方式为闭卷考试，这种考核方式偏重于学生的应试能力，学生在短时间内通过死记硬背取得不错的成绩，但是无法深入理解消化基本知识，在开放性的概念题中表现不佳。

（4）实验教学环节偏简单，与课堂理论教学有差距。本课程的两个实验为冲击韧性和硬度实验，总体而言，这两个实验操作简单，便于掌握，而没有关于断裂韧性和疲劳的测试方法和技术的实验教学，断裂韧性和疲劳是跟实际结合更加紧密的知识，在科研和工程实践中应用得非常广泛，据报道，工程失效案例统计表明，高达80 %的失效为疲劳断裂，因此，目前的实验教学并没有完全体现课程知识的重要性。而且，实验考试方式单一，以实验老师的演示和实验报告的考核为主，无法对学生的掌握程度进行有效的考核。

2 教学内容和教学方式改革

本课程涉及大量的名词术语和力学性能指标，有些术语晦涩难懂，让学生非常头疼，如果按部就班地按照教材内容和常规的教学方式进行讲解，往往无法激发学生的学习兴趣，导致课堂教学效果大打折扣。但是本学科的一大特点就是，和实际应用紧密结合，每一种力学性能指标的背后都有着大量的案例，不管是历史上的惨案还是现代设计中预防此类事故发生的成功案例，这些案例（尤其是最新发生的案例）往往没有体现在学生的教材中，因此，在课堂讲授中，老师有意识地通过这些案例来提高学生的学习热情，在学习每一个力学性能指标之前，介绍其背后的案例和人们如何逐步深入认识此类问题发生的原因和防止措施，对这个力学性能指标的工程意义理解得更加深刻。我们以低温脆性为例，在讲解低温脆性这个概念之前，给学生播放泰坦尼克号的沉没视频，展示100多年前泰坦尼克号上所使用的钢板及其断口形貌，指出钢板存在的低温脆性，再进一步解释低温脆性现象和产生的原因，阐述其发生的微观机理，这样既吸引了学生的学习兴趣，又加深了学生对低温脆性的理解，取得良好的教学效果。

另外，在讲解各种力学性能指标的微观机理时，要加强学生对一些重要公式的推导过程的理解。由于教材对一些概念和公式阐述的不够详细，老师应该从其他参考书或渠道对其进行补充，把握公式推导的核心依据和推导过程，而不是简单地展示公式结果，让学生记住公式，这样学生无法深刻领会公式背后的意义。以断裂力学中的裂纹尖端的塑性区形状的教学为例，教材只是简单地给出了塑性区的形状以及相关的公式，并没有详细说明塑性区为什么是立体哑铃形，我们通过查阅其他文献，先通过Irwin关于裂纹尖端应力场的解析解来计算裂纹尖端各位置的主应力，再通过米塞斯畸变能屈服准则，从而得到关于塑性区形状尺寸的公式，这些公式和推导过程并不需要学生记忆，但是学生理解了这个推导过程后，学生会更加深刻领会裂纹尖端塑性区的形状尺寸。

在教学方式上，传统教学以老师讲授为主，学生懒于思考，教学效果较差。采用多媒体和板书结合是目前不错的教学手段，老师尤其应该注意PPT的教学内容应该及时地更新，做到有趣、有料、有深度，本课程涉及大量的工程案例，应该多展示相关的图片、动画和视频，在轻松的课堂教学氛围中实现良好的教学效果。老师应当把握好课堂节奏，如果一味地展示讲解过多的知识，也会导致学生的学习疲劳，无法集中注意力，这时，可以通过课堂提问，放缓节奏，引导学生积极思考。另外，可以让学生上台讲解某一个知识点，针对该学生的讲解，询问其他学生是否听明白、有什么问题提问，既活跃了课堂气氛，提高了学生的课堂参与度，也锻炼了学生的表达交流能力。

3 考核方式改革

本课程的考核总成绩由平时成绩、实验成绩和期末成绩三部分组成，平时成绩和实验成绩往往出现作业雷同的严重现象，而期末考试主要考查了学生的应试能力，无法对学生的综合能力进行有效考核。老师可以尝试弱化期末成绩所占比例，增加通过分组讨论的考核，综合考查学生查阅文献、制作PPT、作报告、沟通交流和团队协作的能力。每4～5人分为一组，制定相应的主题（以力学性能指标为主，结合工程案例说明其工程意义），各组员通过查阅文献，甄别文献，选择合适的案例对该指标的工程意义和应用进行详细的讲解，老师应当指导学生反复修改PPT，指导学生如何做学术报告，团队中各组员分工明确，协作完成指定的课题，从而对其综合能力进行评价。这种考核方式增强了学生学习的自主性，培养了学生解决实际问题的能力，更加符合现阶段的工程教育认证的培养要求。

4 结语

本文以OBE理念为导向，探索了材料力学性能的课程教学改革，从教学内容、教学方式和考核方式等方面进行了实践探索，针对本课程概念多难度大和与实际结合紧密的特点，增加案例学习调动学生的学习热情，通过分组学习讨论，锻炼学生的查阅文献、团队协作、制作PPT和做学术汇报的能力，最终实现具有良好综合素质、自主学习能力和解决复杂材料科学问题能力的培养目标。