新工科建设背景下的材料失效分析课程教学改革与实践

秦 镜，齐 亮，徐星星，聂金成，贺 超

（江西理工大学材料科学与工程学院，江西 赣州 341000）

“新工科”是基于国家战略发展新需求的工程教育改革方向，是以立德树人为引领，以应对变化，塑造未来为建设理念，以继承与创新，交叉与融合，协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[1]。在新工科建设背景下，构建多元化、创新型、跨学科的综合性课程体系至关重要。而材料失效分析作为一门多学科交叉的综合性学科，是材料科学在工程实践上的重要应用，能够有效地解决实际工程问题，既要揭示材料失效的模式和原因，澄清失效机理和规律，又要给出针对性的预防和解决措施，对于促进新材料开发和传统材料的改进以及提升安全可靠性有着重要的意义[2]。在很多院校课程体系中，材料失效分析作为专业选修课开设，以往不够重视。近年来，针对新工科建设要求，有关材料失效分析的课程改革报道逐渐增多[3-5]，教学方法和教学模式有许多值得探索和拓展的地方。本文从课堂教学、实验教学、课程考核方式等方面进行改革与实践研究，注重多学科交叉融合，着重分析思路及其方法的运用，强调理论与实践的结合，重视创新能力及实践能力的提高，为培养复合型及创新型人才奠定基础。

一、课堂教学改革

课堂教学改革是课程教学改革的重点。为了激发学生对材料失效分析这门课的学习兴趣和积极主动性，锻炼学生的思辨能力，课堂教学从以下三个方面进行改革。

1.教学内容模块化，将每学时的教学内容分成三阶段。第一阶段，重视课堂导入。尤其是第一节课，为了激发学习兴趣，通过观看“德国高铁列车事故”视频，让学生了解到材料失效造成的巨大社会经济损失，深刻认识到学习材料失效分析的重要意义，从而端正学习态度、明确学习目标。第二阶段，穿插提问和讨论环节。如怎样区别低周疲劳和高周疲劳、应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳断裂等，不但集中了学生注意力，还达到温故而知新的效果。第三阶段，留问题课下思考解答。比如在讲完腐蚀失效分析后，抛出某空调冷凝管开裂实例，让学生课下思考讨论断裂原因和机制，加深对概念的理解。

2.课件内容多元化。不拘泥于教材内容，增加鲜活的失效案例分析实例。与科研成果相结合或与日常生活紧密联系，如在讲解磨损失效分析时，谈谈汽车刹车片的磨损与保养，在讲解电化学腐蚀失效分析中时，介绍电热水器中镁棒的作用与重要性，达到知识性与趣味性兼顾。由于材料失效分析综合性很强，需要学生见多识广，尤其是断口分析，只有大量见识各种断口形貌，才能准确地判断出不同失效断裂的机制。通过广泛查阅文献，增大信息量供给，让学生熟悉各种断口宏观及微观形貌特征，掌握鉴别断裂类型的技巧和方法。

3.授课方法多样化。上课突出重点，避免平铺直叙。加强与学生的交流和互动，杜绝“一言堂”或“满堂灌”，增添课堂的生气与活力。在答疑解惑的过程中，有时候能够倒逼任课教师不断提高自身素质并改进教学方法，实现教学相长。例如，有学生提出教科书上有“高周疲劳断裂前无明显的塑性变形，在交变应力下会显示出宏观脆性的断裂特征”，但是后面又出现“高周疲劳断裂疲劳辉纹通常是延性的，裂纹尖端存在较大的塑性变形”，两者是否矛盾。作为教师首先表扬该学生主动提问，再由学生们分组讨论并派代表回答，最后予以点评，通过画图演示结合案例分析，从宏观和微观角度深入剖析裂纹扩展机理，让学生明白两者之间并无矛盾，有拨云见日之感。

二、实验教学改革

材料失效分析是一门实用性很强的专业课，重视并拓展实验教学，避免学生重理论、轻实践，实现从理论到实践的转化，实验教学从以下三个方面进行改革。

1.以学生为主体、教师为引导，充分调动学生的主观能动性和参与实验的积极性。除了安排断口分析实验，还添加了具体零件的失效分析，鼓励学生从日常生活用品中主动寻找失效的零件如断裂的螺栓、失效的马达等作为研究对象。在实验过程中，在保证安全的前提下，尽可能让学生自己动手操作仪器设备，培养自主探究能力。

2.与科研相结合，让学生接触或参与相关科研项目和课题，培养学生的创新性思维和分析解决实际问题的能力。比如将研究课题所涉及的有关材料的显微组织及断口形貌观察安排在实验教学中，科研与教学同时进行，一举两得。对学生而言，既学习了科研的思路和方法，观察及分析能力又得到了提高。

3.与其他课程交叉融合，协调与共享教学资源。如在机械设计制造专业授课过程、仪器设备维修过程中，妥善保存失效零件，为本课程的实验教学提供丰富的素材。由于这些失效零件来源于现场，学生通过现场调查和收集资料，不仅能了解零件的使用环境，而且能了解零件的选材、加工、使用及维修过程，促使学生积极思考，寻找失效原因并提出预防或改进措施。

三、课程考核方式改革

以往的课程考核方式形式比较单一，难以适应新工科建设的发展和素质教育的要求。为了加强过程考核并培养创新意识，结合本课程的特点，将失效分析报告和课堂演讲纳入平时成绩。通过撰写报告，让学生熟悉失效分析程序，锻炼思维逻辑性和条理性。通过课堂演讲，锻炼他们文献检索、幻灯片制作及语言表达能力的同时，还培养了团队合作精神，提高了综合素质。为了准确反映学生对知识点的掌握和分析方法的运用情况，提高试卷中主观题的分量，素材取自科研项目和工程实例，重点考查利用理论知识分析解决实际问题的能力，鼓励学生打破固有的思维模式，从新的角度、新的方式去思考，得出具有创造性的结论，达到新工科建设所要求的培养多元化、创新型卓越工程人才的目的。

四、结语

在新工科建设背景下，材料失效分析教学改革以培养多元化、创新型卓越材料工程人才为目标，从课堂教学、实验教学、课程考核方式等方面进行改革与实践。通过课堂教学改革，加强了与学生的交流和互动，激发了学生的求知欲和积极主动性；通过实验教学改革，不但让学生掌握了失效分析的基本技能，还提高了创新和实践能力；课程考核方式改革侧重考查学生利用理论知识分析解决实际问题的能力，取得了良好的教学效果。