張先菊　楊眉　王斌

摘要：《材料性能學》是材料科學與工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎課程。針對“材料性能學”課程的教學現(xiàn)狀，結(jié)合高等教育改革的基本要求，我們本著調(diào)整教學體系、優(yōu)化教學內(nèi)容，加強教法改革，注重理論聯(lián)系實際，理論教學與實踐教學相結(jié)合，多媒體課件與網(wǎng)絡課堂輔助教學等形式和原則，對課程進行了教學改革和實踐。經(jīng)過兩屆的教學實踐證明，這種教學改革的嘗試是基本成功的，學生的收效很大。

關(guān)鍵詞：材料性能學；課程改革；實踐

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）29-0085-02

一、課程現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

《材料性能學》是為適應科學技術(shù)發(fā)展對知識交叉融合的需要，綜合和優(yōu)化了《金屬力學性能》、《金屬物理性能分析》、《無機材料物理性能》、《高分子力學性能》、《金屬腐蝕與防護》等課程的相關(guān)內(nèi)容，誕生的一門材料科學與工程專業(yè)基礎課程。隨著高等教育改革與發(fā)展的深化，材料科學與工程專業(yè)迫切需要一本兼顧三大材料共性及各自材料特性的“材料性能學”課程教材及其實驗指導書，以適應材料科學與工程專業(yè)教學的需要。目前國內(nèi)多所高等院校如哈爾濱工業(yè)大學、西安交通大學、西北工業(yè)大學等單位都相繼編寫出相關(guān)教材或講義。我院本著“體現(xiàn)材料性能共性，突出石油特色”的原則，選用由北京工業(yè)大學王從曾教授主編的“面向21世紀”優(yōu)秀教材——《材料性能學》為主要教材，增加具有石油特色材料的輔助教材，比如油氣井水泥、石油管桿材料、油田腐蝕行為等方面的性能指標的物理意義、工程意義以及測試標準、測試裝備的介紹，自編了實驗指導書。

二、改革思路與實踐

按照高等教育改革與發(fā)展的基本要求，對材料科學與工程一級學科專業(yè)本著加強基礎、拓寬專業(yè)面的原則，我們在分析三大材料結(jié)構(gòu)與性能的基礎上，試圖總結(jié)歸納出它們之間力學性能的共性與個性，實現(xiàn)多學科知識的交叉與滲透。具體的做法如下：

1.調(diào)整教學體系，優(yōu)化教學內(nèi)容。材料性能學是學生在學完“材料科學概論”、“材料科學基礎”等有關(guān)課程之后的一門專業(yè)主干課程，通過“材料性能學”的學習，讓學生將材料工程理論與實踐相結(jié)合，充分理解材料化學成分、組織結(jié)構(gòu)及性能之間的關(guān)系。因此在本課程的開始部分增加了一個學時緒論的內(nèi)容，主要介紹材料的性能在材料的發(fā)展歷史、材料科學、材料工程、工程材料中的作用與地位；該門課程在整個專業(yè)課程學習中承前啟后的作用，以及在本門課程中將要學到哪些內(nèi)容，讓學生對材料的性能有一個整體的了解，引起學生的興趣，為后面課程的學習打下良好的基礎。傳統(tǒng)的材料性能學教材由于專業(yè)的不同而分散在不同的課程中，如《金屬材料力學性能》、《金屬材料物理性能》、《無機材料物理性能》、《高分子物理》、《高分子材料力學性能》、《材料的腐蝕與老化》等課程，這些關(guān)于金屬材料、陶瓷材料和高分子材料各自性能方面的教學內(nèi)容對象單一、知識零碎割裂，缺少不同材料性能間的相互聯(lián)系，對同一性能的產(chǎn)生機理不同專業(yè)也會出現(xiàn)不同的解釋。在新的教學體系中，我們力求有較廣的知識涵蓋面、足夠的信息量和適當?shù)睦碚撋疃?，在滿足教學要求的基礎上，給學生提供必要的自學素材，為學生畢業(yè)后在專業(yè)崗位上的再學習打好基礎。因此在本門課的教學內(nèi)容上，我們主要講述三大材料力學性能的基本原理及共性，保留部分特性，同時將三大材料有機結(jié)合起來。比如在講材料拉伸應力應變曲線時，突出以塑性特征為主的金屬材料、脆性特征為主的陶瓷材料和以彈性特征為主的高分子材料間的聯(lián)系與區(qū)別；在講材料的硬度時通過高分子材料、金屬材料、陶瓷材料硬度順序遞增的事實，要求學生理解材料的鍵合特征對材料性能的影響；根據(jù)三大材料間性能的互補性特點，使學生認識到現(xiàn)代材料的發(fā)展趨勢。不管是單一材料的改性還是不同材料的復合，都力爭發(fā)揮材料各自的優(yōu)勢而又避免其缺點，由此而產(chǎn)生了各種新材料、新工藝。但最終都離不開各種材料性能的重新調(diào)整和匹配，從這個思路出發(fā)，引起學生的研究興趣，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維[1]。另外，結(jié)合本院石油特色，增加了部分油氣井水泥、管桿材料的力學性能以及管桿材料腐蝕行為的內(nèi)容。由于課程內(nèi)容繁多、課時有限，在前期課程中學過的內(nèi)容在本課程中跳過，避免重復講解；采取學術(shù)報告的方式將新材料、新技術(shù)融入課堂教學，擴大學生的知識面又使教學內(nèi)容更加新穎，激發(fā)學生學習興趣；開發(fā)網(wǎng)絡課件《材料性能學》，完善課后學習延伸環(huán)節(jié)，使一部分教學內(nèi)容轉(zhuǎn)移到課外進行，加強學生個性化培養(yǎng)，適應學生對信息量需求增加的要求。通過這些內(nèi)容的調(diào)整，使本課程真正成為公共基礎課與材料學專業(yè)課程的橋梁與紐帶，達到用較少的課時獲得最佳教學效果的目的。

2.加強教法改革，突出啟發(fā)式、討論式教學方法的應用。興趣是學習一門課程最好的老師，在介紹新內(nèi)容之前激發(fā)學生的興趣，使之達到最佳的學習狀態(tài)，需要有精彩的導入方法，對枯燥乏味工科專業(yè)課來說尤為重要[2，3]。所以在教學設計過程中，我們重視案例式教學[4，5]，以靈活多樣的方式導入新內(nèi)容，引發(fā)學生濃厚的學習興趣，為新課程內(nèi)容的教學奠定良好的基礎。如講到應變硬化時，我們可以提問：為什么一根細鐵絲你不可能把它拉斷，但你卻可以用很小的力把它折斷？由此引發(fā)學生思考材料內(nèi)部組織與性能之間的關(guān)系。如在講到材料的低溫脆性時，可介紹比利時阿爾拜特運河上威廉德式橋梁的斷裂，引發(fā)學生思考環(huán)境溫度對材料性能的影響?？傊?，要使每節(jié)課都有一個良好的導入，給予學生啟發(fā)式的思考，還必須依據(jù)教學內(nèi)容、教學目的和要求及學生的實際情況選擇適應的導入方式。如果導的恰到好處，就會激起千層浪，不僅使學生能夠化難為易，還能使學生終身難忘。另一方面，課堂上重在對基礎理論的講解，課后要求學生收集、整理相應資料，找到各種評價方法的工程示例，舉出相應的解決方案。教學中積極鼓勵學生參與討論，一方面在有限的課堂上提出討論主題，引發(fā)學生思考，另一方面以網(wǎng)絡課程以及精品課程提供的平臺開展大討論，學生將收集的資料共享，通過討論認清課本知識的工程意義。

3.注重理論聯(lián)系實際，學以致用。書本上所學的知識大多是理論知識，對材料的各種性能有什么用，用在什么地方學生學完了也并不是很清楚。所以在上課時需要把抽象的理論知識具體化，找到一個學生熟悉的實際列子作為切入點，使深奧的道理通俗化，幫助他們對知識的理解與掌握，引發(fā)他們的學習興趣和求知欲。如課程中講到缺口材料的三個缺口效應，由于缺口造成材料應力、應變集中，應力狀態(tài)發(fā)生改變，缺口得到強化，此時列舉生活中的例子，包裝袋上制作缺口，方面開啟；講到應力松弛時，讓學生思考自來水管接頭處時間久了為何會滲水；講到疲勞損傷時，對比分析人體的疲勞特點與材料的疲勞特性等等。這樣，把抽象、枯燥的理論同實踐聯(lián)系起來，不僅提高了學生的學習興趣，還有助于學生對知識的理解、消化、提高及應用。

4.理論教學與實踐教學相結(jié)合，提高學生實踐動手能力。材料的性能是需要用一個具體的指標來評價，而這個指標的大小是需要實驗來測量的，因此在講授材學性能理論的同時，必須重視材料性能的測試技術(shù)，讓學生學會操作相應的儀器設備、培養(yǎng)他們的觀察、研究能力。因此《材料性能學》的一個重要教學內(nèi)容是材料性能的測試方法，故實踐教學是其重要的教學環(huán)節(jié)，通過實驗教學可以將教學中重點、難點進一步講解，讓學生實踐與理論部分相結(jié)合，加深對課程認識，提高學習的積極性；讓學生了解實驗各種原理，認識各種實驗設備，拓展學生知識面；提高學生自主動手能力，培養(yǎng)實驗能力，為以后走上工作崗位奠定基礎。在課堂實驗的基礎上，單獨開課的56學時《專業(yè)基礎實驗》以及32學時的《專業(yè)方向?qū)嶒灐?，?nèi)容涵蓋三大材料的組織結(jié)構(gòu)和性能的典型測試和表征方法。另外課程建設隊伍的教師將自身科研課題與實踐教學融合，開設出開放實驗項目，讓學生有更多的實踐和動手機會，以培養(yǎng)學生實踐技能和創(chuàng)新能力。

5.采用多媒體課件、網(wǎng)絡課堂進行輔助教學。本門課程教學總課時為48學時，由于課程知識點較多、內(nèi)容涉及面較廣，并且很多知識點需要用圖、表來描述，如低碳鋼拉伸過程的變化、斷口形貌、金相組織等，這些內(nèi)容很難通過語言來描述，因此我們制作出了課程配套的多媒體課件。上課過程中利用多媒體課件不僅增加了教學內(nèi)容、減少授課學時還豐富了教學過程、提高教學效果。另外，還建立網(wǎng)絡課堂。在網(wǎng)絡課堂上有上課用的多媒體課件，學生可在課后在網(wǎng)絡課堂上復習或完成上課時沒完成的筆記，給學生提供了很大的方便，還可完成課后答疑、問題討論、網(wǎng)絡實驗、布置作業(yè)、提交作業(yè)、批改作業(yè)、在線測試等工作。學生對于這種新的教學方式都表現(xiàn)了較為歡迎的態(tài)度。

三、效果與體會

通過本門課程的學習，學生對三大材料的力學性能有一個基本的整體認識，不僅掌握了材料共有的力學行為及機理，而且理解了各類材料特有的力學性能特點，培養(yǎng)了學生的動手能力和創(chuàng)新能力，對后續(xù)課程也產(chǎn)生了濃厚的興趣。在課程講授的過程中，堅持采用啟發(fā)式、討論式的教學方式、理論知識與實際聯(lián)系、理論課與實驗課相結(jié)合、多媒體與網(wǎng)絡課堂輔助教學等形式和原則，學生的學習興趣與熱情得到大大提高。

參考文獻：

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