龚志华 定巍 王宝峰

摘要：材料失效分析是一门综合性的实用技术指导课程，本文结合作者多年的授课经验，将“材料失效分析”课程进行了教学优化。根据材料失效分析课程的特殊性，减少讲授部分内容，对失效类型进行分类，分别准备失效零件的样品及素材；将学生分组并授予失效零件分析的课题任务。让学生充分发挥自己的主观能动性，结合所学知识进行资料的查询收集，分析问题、制定解决方案，进行失效零件样品组织和性能的相关测试，最终得出失效原因；并回到课堂和同学分享学习过程。经过优化的教学模式，不仅激发学生的学习兴趣和培养学生综合应用所学专业知识的能力，而且让学生的课外时间能够得到充分利用，切实提高学生对专业课程的综合应用及学习兴趣。

[关键词] 专业选修课；失效分析；工程实践；教学质量

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

工科院校的专业课程体系中，选修课程所占比例愈来愈大。提高选修课程品质，有利于开拓学生知识面、培养学生的创造性思维和解决问题的能力，从而为培养现代化建设所需的开拓型、创造、创新型人才打下坚实基础。当前，专业选修课的教学理念和教学方法方面面临着很大的挑战，很多学校对专业选修课不够重视。如何调动学生对专业选修课的热情，如何优化课堂教学以培养学生的课堂兴趣和正确的理解其存在性的是当前教学改革的重要课题。

材料失效分析是根据材料学专业教学计划与课程体系改革的要求而设置的专业选修课程，其教学目的是让学生掌握正确的失效分析内容，解决零件失效、提高机器承载能力和使用寿命的先导及基础环节。通过本课程学习，使学生对机械零件失效的概念及意义有更深刻的了解，并通过所学相关课程，能够结合今后实际工作情况，对机械零件失效出现的问题及事故原因有基本的判断和积极预防失效的能力。但目前教学过程中存在一些问题：

1、教学模式落后，教学方法陈旧，学生学习兴趣不足

我们当前的选修课教学依然是以教师讲解为主，课堂内容按照自己的备课内容讲得面面俱到，这样做的结果使学生觉得枯燥乏味，激发不了其参与热情。调查结果表明，学生对这样的教学模式基本是感到反感，对这种教学方法也基本觉得是浪费时间，学生觉得这种“讲法”太枯燥，昏昏欲睡。可见，这种传统教学模式对培养学生的兴趣是不利的，教学现状亟待解决。

2.教学内容死板，不利于学生能力的培养

大部分教师将主要精力投入到基础课、必修课和科研工作中，很少有时间去查找更多、更新的资料来补充选修课教材；往往使用传统的课本内容或是以往的备课材料，内容比较陈旧，对学生没有吸引力，也无法调动学生积极去参与。大多数学生觉得选修课应用不到实际生活中对所学的专业没有多大影响与帮助，只要学好专业课就够用，更有甚者为了应付学分才选选修课， 因而使选修课基本成了摆设。

针对以上存在问题，结合金属材料学和机械设计及制造专业特点，全方面拓展学生素质，开拓学生的视野，增加学生相关专业领域知识，让学生在选课的过程中根据自身的实际情况和自己的兴趣爱好特点选择相应的自己感兴趣和对自己有用的课程，提出以下改进建议：

1.教学模式和教学方法的改进

要采取综合型的教学结构模式，充分发挥教师的主导作用的同时， 更要注重调动学生的积极性，让学生参与进来，使课堂气氛活跃起来，让他们积极思考，引发他们的学习兴趣，引导学生思考、探索教学案例，指导学生交流探讨，教会学生思考。 教师在教学过程中要注重站在学生的立场去思考他们要的是什么，想学的是什么，对这一课程的哪方面更感兴趣， 不按部就班的进行授课，才能收到良好的教学效果，提高课堂质量。 “水无常态， 教无定法”。可以采取讨论的方式，让学生参与到教学中来，让学生感觉到他们是课堂上的主体，教师在中间主要起到引导的作用。如在讲述腐蚀失效这一章节时， 采用的就是任务分摊法。 在讲述完基本知识点后， 给学生布置探究性的学习任务， 鼓励学生查阅资料，对知识体系进行整理， 再选出代表进行讲解， 最后由教师进行总结。 但应注意的是，不管采用何种方法， 都应明确教学方法是师生共同合作为前提，教学方法要适应于教学目的和教学任务的要求。尤其在教学方法上， 要积极使用多媒体教学，多找寻和课程有关的案例结合讲解。 多媒体教学不仅能够给学生视觉方面的切实感受， 也能够提供给学生更多、 更好的内容，扩大课堂信息量，有效利用课堂教学时间，增强学生的感性认识和兴趣， 保证专业选修课的教学质量。 但多媒体的制作要“少而精”，不冗长更不是念给学生听。善用工程实例， 增加学生兴趣。 工程实例对学生来说是感兴趣的，因为可以看到实物，而不是只是老师在在课堂上的理论教育， 可以激发学生的学习兴趣， 使学生的学习由被动的听转为主动的思考。 恰当的工程实例对课堂效果可以起到事半功倍的作用。 由于在授课的大部分时间里， 教师是以讲授各学科的知识为中心，易使学生形成只知其一不知其二的感觉，无法联想，形成断片只是， 学生难以解决工程中的实际问题。 而工程实例展示的是工程现场所遇见的实际问题， 往往能激发学生的兴趣， 他们会关心在现场是如何处理的、 这样处理的合理性和不足是什么、 处理后的效果怎样等。 通过这一系列疑问的探讨和解决， 学生在课堂上就能体验从理论到实践的转化，从而培养出学生独立思考、 解决问题的能力。

2.理论与实际相结合加强实际操作性

在理工科的专业中，实践是必不可少的，当教师在平时课程中对一些材料的失效分析的案例讲解后，要相应的安排一定的课时去亲身体验，才能让学生明白选修课是对知识面的拓展及专业知识的提升。就材料失效分析这门课而言，失效分析是指对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。

（1）教学目标

为了防止失效现象的重复发生，提高机械产品质量，早在20世纪初、人们就开始对零构件的失效现象进行比较系统的分析研究，后来随着工程力学、材料科学及交叉学科的发展和电子光学仪器测试技术的进步、在对大量工程失效现象的行为规律与机理研究的基础上，逐渐形成了一门新的分支学科，即失效学，也称为失效分析。失效学是研究机械装备的失效诊断、失效预测和失效预防的理论、技术和方法及其工程应用的一门学科。引起失效的因素是复杂的，大致可归纳为两个方面，即材料方面的因素和环境方面的因素。前者为内因，包括材料品质及加工工艺方面的各种因素；后者为外因，包括受载条件、时间、温度及环境介质等因素。任何产品的失效都是在材料或零件的强度（韧性）与应力因素和环境条件不相适应的条件下发生的。失效总是从产品对服役条件最不适应的环节开始的，而且失效产品或零件的残骸上必然会保留有失效过程的信息。通过对失效残骸的研究，可查明失效的机理和过程，并对失效的原因作出判断，从而可有针对性地采取改进和预防措施，避免同类失效的再发生，达到改进产品质量、延长使用寿命、提高服役安全性和可靠性的目的。正是通过失效分析，揭示了失效的本质，找到了失效的原因，提出防止措施和改进办法。

（2）教学任务分解

课堂教学实施分解步骤如图1所示。

图1 课程内容分解

从图1的课程内容分解中可以看出，教师讲授的课堂内容减少至40%比例，教师在教学课程中只对材料失效分析的发展历程、基本思路和方法等。但这不意味着教师工作量的减少，教师在案例收集过程中，需要考察很多企业和厂矿，去收集一些与机械零件失效的相关的素材，这些工作量远远不止课堂60%的学时数。因而在这一环节中，教师首先要做到充分利用个人业余时间，准备素材。失效分析是很涉及行业很全面的一个课程，收集素材要充分考虑各种失效的情况，例如腐蚀、磨损、低应力断裂等等。

（3）学生课堂外作业提纲

在课堂内容讲授完成后，同学们需要自己进行课题内容的分解作业。为了避免同学们盲目的进行工作，课题内容详细分解步骤如图2所示。

图2 课题解决方案流程图

失效分析是一门内容很广，涉及行业很多的科学技术。教师备课的时候去相关行业例如电厂、矿山等企业搜索机械零件失效分析的案例，将试验材料整理分类，然后根据疲劳失效、应力腐蚀失效、磨损失效的不同失效形式分类，在课上对学生进行合理化分组，布置同学在课后查阅资料，实施实验。在课上对所作实验进行系统讲解和分析，让同学们在有限的时间内通过实际案例结合自己查阅的资料及实验制定解决与预防失效的方法，例如，通过对电厂锅炉管断裂失效的案例分析，学生需要制定详细的试验规划，首先需要对材料的相关信息进行大量的资料收集，对材料使用环境进行分析，然后对失效材料的断口进行金相和扫描电镜分析，最后对材料的成份及性能进行测试。经过一系列的失效分析方法的运用，使同学充分运用学习的专业知识，进一步提升学生的动手能力和综合解决问题的能力。最后每个组的课题负责人在课堂上给大家讲授自己的分析方法和分析过程，共同扩展、提高，增加知识结构。

随着社会和时代的不断进步、 教学改革的深入以及对人才素质要求的提高， 复合型、 创新型人才已逐渐成为时代的宠儿。而专业选修课中，应用实践教学更有利于增加学生的知识面和激发学生的学习积极性、创造性。经过这几年在《材料失效分析》课程上应用新的选修课程教学模式，有了以下实践经验与体会：

（1）更新后的教学内容，减少了教师死板的讲授环节，增加教师现场数据和试样的采集，不仅提高教师对企业、厂矿相关材料和机械零件应用环境的认识，还使教师进一步体验现场生产，获得更多的行业经验和背景，能够将这些经验更好的应用的学生的课堂教学和教师的科研工作上，从而提高教学质量。

（2）在应用新的教学模式后，学生对课程满意度大大提高。学生的满意不光体现在学习兴趣上，还体现在学生对知识的渴求和对解决问题的探讨上。学生充分利用课外时间，大量阅读相关行业资料，同时学习到大量的材料测试分析和检验技术，从理论到实践的转化更加丰富，为日后工作打下良好的基础。

（3）分组讨论提高了同学们的团队配合意识。在接受任务后，每组的负责人将任务分工，大家一起讨论课题进行的步骤和日程，而且在课题完成时要安排同学进行全班的总结，分享课题中的知识和体会；这样的安排不仅增加同学的友谊，也提高学生团队配合意识。

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