材料失效分析实验教学模式的探索

摘要：《材料失效分析》课程是材料科学与工程类专业的一门学科基础选修课，材料失效分析实验课是这门课的重要组成部分。本文从实验设计、调动学生实验积极性、探究实验模式和如何加深实验理解几方面入手，重点阐述了材料失效分析实验课教学模式的几点建议，期望达到实验课教学的最佳效果，从而进一步提高我院该门课程的教学质量。

关键词：失效分析；实验教学；科学技术

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）01-0238-02

随着人类文明的进步、科学技术的发展，产品在设计、生产、使用与维修上技术的改进，使产品的可靠性日益提高。但产品的自动化程度越高，技术愈密集，一旦出现失效造成的损失就愈严重。因此，“质量第一”将成为工程界永恒遵循的原则。任何产品失效或出现质量问题都可以追溯到某些零构件或某些另构件的失效，失效是由于构成零件的材料的损伤和变质引起的。也就是说材料在使用条件下性能发生了变化，不再能适应使用的要求。为了适应科学技术飞速发展的需要，契合学校培养高素质应用型工程技术人才的宗旨，我院根据国家本科生培养计划，结合我校专业发展方向于2010年新设置了《材料失效分析》这门学科基础选修课。实验教学在培养学生综合素质和能力方面具有其他教学环节不可替代的作用，正确认识实验教学对人才培养的作用，将对提高高等学校培养人才的质量起到至关重要的作用。实验教学模式是依据一定的教学理论，为完成教学目标规定的教学任务，对实验教学活动中的计划、大纲、教材、教师、学生、仪器设备、场地、时间等因素进行综合优化设计和组合，从而形成相对稳定的内在组织结构及程序和方法的有效教学形式。以下是我院在材料失效分析实验课教学过程中的几点建议。

一、精心设计一些综合性强、有代表性的实验教学课程

通过对实验教学大纲、实验指导书不断修订、完善，将内容旧的失效实验删掉，对经典的失效实验项目进行更新改造予以保留，使其内容和方法具有新颖性、综合性和应用性，同时增设一些内容新、综合性强、反映现代科技发展的失效分析实际案例作为实验项目。做到实验教学内容与其他课程教学内容紧密结合，使学生体会到本专业各门课程之间的相互联系，避免学生只为了单独的学习这门课而学习，考试后便忘了大部分所学的情况出现。现在我院的材料失效分析课程中的实验课时为2学时，内容为“金属材料的典型断口分析”；建议增设2个学时的“典型磨损失效分析实验”，包括粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损等常见的磨损形式；另外，可将钢的腐蚀失效实验作为选修实验，有兴趣的同学可以随老师去实验室亲自动手自己做分析。学生可以在此过程中体会到亲自参与的乐趣，也就没有枯燥、无聊的感觉。

二、实验课以学生为中心，调动学生实验的积极性

以前的材料失效分析实验教学在实施中存在诸多问题，其中一个问题就是缺乏对学习的主体——学生的实验心理需求的研究。也就是说，教师往往根据教学和应试的要求，少有考虑到学生对实验的喜好与厌恶的心理需求，来安排实验教学。以至于在实验教学中充斥着被动的、机械的、乏味的、缺少探究性的教学模式。我们认为，要有效发挥失效分析实验在知识与技能等方面的教学功能，实验教学应当研究学生的心理需求。在实验教学的设计和改革中必须强化学生的中心地位，以学生为中心就要突出学生的独立人格，培养加强学生的个性发展，充分发挥学生的主观能动性，采取分组实验形式。实验前，老师可以先把实验课内容当作课下作业安排下去，让学生小组先对某个或某种失效模式的分析进行设计，然后到实验课去具体实施。真正做到还给学生实验探索空间，由静态变为动态，由独立变为合作，由观察者变为探索者，由单纯动脑变为手脑并用，调动学生实验的积极性。实验课教学中对实验的具体做法、使用的仪器设备不做硬性规定，可以提出一些设备供学生进行失效分析实验课选择。当然实验地点也不限于某一个具体房间。这样便于因地制宜开展实验教学，便于提出不同实验方法，有利于实验设计，使师生更注重实验的科学思想，而不是记忆实验器材、步骤等条文，不过分强调实验数据的精确和操作技能，而是更注重实验设计，因为实验设计的思想更能提高学生的心智技能。

三、教师提供必要的指导，采取学生自主探究实验教学模式

实验虽然以学生为主体，但教师可根据学生的具体需要，提供有针对性的指导或建议。教师要为学生创设良好的学习、实验问题情境，激发学生提出问题，提供多样化的信息来源，学生应认识到自己拥有解决问题的自，通过独立探究、合作学习等方式，努力使自己成为知识的积极建构者，逐步提高自控能力，学会自主学习。这无疑对该课程下的实验教学具有实际的合乎实验教学特点的指导意义。在此过程中学生运用已有的知识和技能，充当新知识的探索者和发现者的角色，通过自主设计实验方案，自己摸索操作方法，自主拟定实验步骤，自行探究实验结论，并通过评价与交流，促进学生知识、能力与态度的和谐发展。这是一种以自主学习为核心，以探究为主线的实验教学模式。探究过程中问题的提出、实验计划的制定、实验证据的获得、实验结果的分析与实验结论的确定缺一不可。但是，学生这种自主探究实验教学模式并不是固定、刻板的模式，只要在实验教学中能体现自主性和探究性就可以。这种实验教学模式有很多优点：充分发挥学生的主动积极性，实验过程中变“要我学”为“我要学”，使学生对实验课产生浓厚的兴趣，从而激发学生的求知欲，等等。

四、去失效分析现场或实验室考查参观加深对实验的理解

本课程是一门理论与实践结合性较强的课程。讲课过程可引入较多的工程实例，激发学生的学习兴趣。采用多媒体教学，可以将工程实例中的失效现象通过图片、动画、声音等多媒体进行再现，便于学生理解。对于在学习过程中涉及到的工程实践方面的内容，在时间和场地允许的情况下使学生能接触1～2个工程失效分析案例，除了课堂上所举的例子外，去失效分析现场或实验室考查，都将深化学生对所学内容的理解，进一步巩固教学效果。现场调查的目的是进一步了解与失效产品有关的背景资料和现场情况。但是背景资料和现场情况是极其丰富和复杂的，而用来调查的力量和时间往往是有限的。因此，必须在尽可能短的时间内获得分析必需的材料，这就要有重点、有目的地进行调查研究，这也是去现场考查的局限性所在。除此之外，还要消耗一定的人力、物力和财力。所以，建议这一实验环节可以和毕业实习结合起来共同进行。

通过以上几方面实验教学模式的探索，希望建立一种材料失效分析课程新的实验教学模式，既能体现实验教学的特点，又符合人才培养的时代要求。

参考文献：

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基金项目：上海工程技术大学《材料失效分析》课程建设项目（k201305002）。

作者简介：张有凤（1978-），女，博士，副教授。