材料性能学精品课程建设与教学改革的探讨
2022-06-09
材料性能学是金属材料工程专业的一门重要专业基础课，同时又是一门理论性和实践性均很强的课程，2011年被评为省级精品课程。作为我校的传统优势专业之一和首批国家级特色专业建设点、河北省品牌特色专业、我校首批本一录取专业，生源的变化，质量工程建设及高素质创新人才的培养对精品课程的建设和教学模式提出了新的要求[1-3]。如何使课程教学内容、教学方法与教学理念适应快速发展的需求，满足以本科教育为主体的地方性学校服务于区域经济建设与社会进步，致力于人才全面发展的办学宗旨和以提升学生自主探索学习和综合能力与素质为根本目标的任务，迫切需要在教学方法、教学模式与教学理念等方面进行改革与建设。为此，材料性能学教学团队为适应专业发展的需求，实现"厚基础、宽口径、重能力"的发展目标，对原有的课程体系做了较大的整合，优化教学内容，改革教学方法，进行了案例教学、考试改革等一系列教学创新与实践，强化理论与实际应用的密切结合，以学生为主体，以"知识与能力并重"为出发点，全面进行材料性能学省级精品课程的建设，打造特色品牌课程。
1整合课程、优化教学内容
材料性能学由原金属力学性能与金属物理性能分析整合扩充并优化而得，涵盖材料的力学性能和物理性能两大部分内容。其中，材料的力学性能部分系统介绍材料受外力或外力与环境联合作用下所表现的力学行为、物理本质、影响因素及其表征指标与测试方法，整合后由原有的仅包含金属材料拓宽为涵盖陶瓷材料和高分子材料等其他作为结构材料使用的工程材料；物理性能部分则包含材料的热学性能、磁学性能和材料的导电、热电等电学性能的基本原理与应用。为在有限的学时内完成教学任务，并突出教学重点，鉴于本专业学生就业后主要以金属材料作为结构材料使用，在设计、加工、处理时需关注力学性能，因此课程以力学性能部分的基本理论与应用为主线进行强化，同时精炼了作为功能材料使用时的物理性能，并引入学科发展形成的新知识、新成果，突出理论的工程实际应用。在授课时注意打通与前期课程，如材料力学、材料科学基础、钢的热处理及其他专业课程之间的联系，并重视与生产实际运用的联系，突出课程"精、宽、新、用"的特色，使其内容更系统，覆盖面更广，综合性更强，保证了教学内容的系统性、基础性、应用性、先进性和广泛性，为学生的自主学习提供了更大的选择空间。几年来的教学实践表明[3]：课程的整合优化有利于学生对材料性能本质问题及分析方法的系统认识，便于引导学生建立起材料的成分与结构、合成与加工、性质及使用性能几大要素的有机关联，并给予学生更大的自学和探究的空间。
2改革教学方法，促进学生的自主学习与探究
在本课程的教学过程中始终坚持"以学生为本，知识与能力并重"的教学理念，将责任和创新意识贯穿在知识的传播中，为使学生的"知识-能力-素质"得到全面培养与提高，从教学方法的改革入手，采取启发式、引导式、互动式、设疑式等多种方法，引导学生建立本课程与前期基础课程和同期专业课程之间的联系，课本理论与生产实际的联系，启发学生独立思考和自主学习的热情，引导学生探索学习的兴趣。特别是注重培养学生高度的社会责任感和良好的职业道德，注重学习能力和探索创新意识的培养，逐渐训练学生在学习和实践中发现问题、探求新知的思维方式，实现"知识-能力-素质"同步提高。
针对学生在专业课和基础课的学习过程中缺乏对材料学科的整体认识和所学课程之间缺乏关联的现象，在授课的过程中，通过启发、互动形式帮助学生将本课程与其他课程建立关联。如讲解材料不同载荷下的力学行为时，启发学生将不同阶段的性能表观与不同层次的材料组织结构建立起联系，从而与前期课程材料科学基础的相关内容建立联系，对力学行为有更深刻的认识；讲授到改善和提高材料的性能时，就合理选材和工艺制定等实际问题，通过提问、启发与学生互动，与钢的热处理和工程材料学联系起来。启发互动式教学活跃了课堂气氛，培养了学生自主探索学习和独立思考的能力。
提高材料的使用性能始终是材料生产者和使用者永远关注的主题，因此在授课时，引导学生关注国家产业发展政策，关注材料的发展动向，从节能减排和可持续发展角度理解合理选择材料、改善材料使用性能和最大限度地挖掘传统材料潜力的目的与意义，并与今后无论是作为一名材料的研究者还是生产、使用者应具备的高度社会责任感和良好的职业道德教育相结合，让学生体会如何用知识服务于社会，去推进行业的发展与进步，来提升该课程的学习价值和辐射效应。在《断裂韧性》一章的讲授中，通过历史上一些著名的大型船舶、桥梁、飞行器断裂实例，引导学生对传统的强度理论设计失效提出质疑，引出断裂力学这门学科的出现和发展背景，并且简要介绍断裂力学的鼻祖Griffith的研究成果，奠定其在断裂力学地位的著名论文发表在他26岁时，激发学生的学习与探索热情，引导学生在学习和实践中发现问题、探索创新的思维方式。
此外，在教学过程中，为让学生掌握不同性能实验方法的适用性及如何根据材料及服役条件选择强度、硬度、塑性和韧性的实验方法，还通过设疑式教学方法，给学生设置问题，让学生到生产实习工厂去观察了解，寻求答案，做学习的主体。如让学生到工厂去了解观察不同类型热处理工件采用何种现场硬度测试方法，与课本内容的异同点等，回校后开展课堂讨论。这样做不但培养了学生观察和独立思考与解决问题的能力，同时又丰富了课堂内容。
3引入案例教学，架起书本与实际应用的桥梁
材料性能学也是与实际应用联系紧密的一门课程，为了加深学生对基础理论的理解以及帮助学生了解课本知识在实际生产中的应用，激发学生的学习兴趣，结合理论授课，聘请企业的技术人员走进讲堂。他们结合本单位的实际产品就其服役工况、失效形式、性能要求以及如何从选材和热处理工艺上来改善性能进行案例讲座，在这些来自不同企业的技术人员的案例讲座中涉及齿轮、链轮、高速钢刀具、钢拉杆、阀兰等不同产品及其不同服役条件。案例讲座拓宽了课本内容，并将书本内容向实际应用进行了延伸拓展，将课本上的理论与实际应用进行了很好的结合。通过企业技术人员的案例讲座，学生感受到了产品性能与质量控制的重要性，感受到作为企业工程技术人员的责任意识，感受到了不同企业的文化教育，受到了职业素质教育的启蒙。这对学生将来走上工作岗位以及今后作为一名工程技术人员都不失为一种很好的"岗前职业培训"热身。案例教学使课程"动态化"，使其更具有鲜活性，使学生对所学的知识及其应用有了更进一步的认识，明确了今后在进行产品设计、研发和应用时，如何正确选材，从节能减排的角度出发，最大限度地改善和提高材料的性能指标，也使学生了解了充分发挥材料的最大潜能所肩负的职责，大大激发了学生的学习热情，受到了学生的极大欢迎。
1整合课程、优化教学内容
材料性能学由原金属力学性能与金属物理性能分析整合扩充并优化而得，涵盖材料的力学性能和物理性能两大部分内容。其中，材料的力学性能部分系统介绍材料受外力或外力与环境联合作用下所表现的力学行为、物理本质、影响因素及其表征指标与测试方法，整合后由原有的仅包含金属材料拓宽为涵盖陶瓷材料和高分子材料等其他作为结构材料使用的工程材料；物理性能部分则包含材料的热学性能、磁学性能和材料的导电、热电等电学性能的基本原理与应用。为在有限的学时内完成教学任务，并突出教学重点，鉴于本专业学生就业后主要以金属材料作为结构材料使用，在设计、加工、处理时需关注力学性能，因此课程以力学性能部分的基本理论与应用为主线进行强化，同时精炼了作为功能材料使用时的物理性能，并引入学科发展形成的新知识、新成果，突出理论的工程实际应用。在授课时注意打通与前期课程，如材料力学、材料科学基础、钢的热处理及其他专业课程之间的联系，并重视与生产实际运用的联系，突出课程"精、宽、新、用"的特色，使其内容更系统，覆盖面更广，综合性更强，保证了教学内容的系统性、基础性、应用性、先进性和广泛性，为学生的自主学习提供了更大的选择空间。几年来的教学实践表明[3]：课程的整合优化有利于学生对材料性能本质问题及分析方法的系统认识，便于引导学生建立起材料的成分与结构、合成与加工、性质及使用性能几大要素的有机关联，并给予学生更大的自学和探究的空间。
2改革教学方法，促进学生的自主学习与探究
在本课程的教学过程中始终坚持"以学生为本，知识与能力并重"的教学理念，将责任和创新意识贯穿在知识的传播中，为使学生的"知识-能力-素质"得到全面培养与提高，从教学方法的改革入手，采取启发式、引导式、互动式、设疑式等多种方法，引导学生建立本课程与前期基础课程和同期专业课程之间的联系，课本理论与生产实际的联系，启发学生独立思考和自主学习的热情，引导学生探索学习的兴趣。特别是注重培养学生高度的社会责任感和良好的职业道德，注重学习能力和探索创新意识的培养，逐渐训练学生在学习和实践中发现问题、探求新知的思维方式，实现"知识-能力-素质"同步提高。
针对学生在专业课和基础课的学习过程中缺乏对材料学科的整体认识和所学课程之间缺乏关联的现象，在授课的过程中，通过启发、互动形式帮助学生将本课程与其他课程建立关联。如讲解材料不同载荷下的力学行为时，启发学生将不同阶段的性能表观与不同层次的材料组织结构建立起联系，从而与前期课程材料科学基础的相关内容建立联系，对力学行为有更深刻的认识；讲授到改善和提高材料的性能时，就合理选材和工艺制定等实际问题，通过提问、启发与学生互动，与钢的热处理和工程材料学联系起来。启发互动式教学活跃了课堂气氛，培养了学生自主探索学习和独立思考的能力。
提高材料的使用性能始终是材料生产者和使用者永远关注的主题，因此在授课时，引导学生关注国家产业发展政策，关注材料的发展动向，从节能减排和可持续发展角度理解合理选择材料、改善材料使用性能和最大限度地挖掘传统材料潜力的目的与意义，并与今后无论是作为一名材料的研究者还是生产、使用者应具备的高度社会责任感和良好的职业道德教育相结合，让学生体会如何用知识服务于社会，去推进行业的发展与进步，来提升该课程的学习价值和辐射效应。在《断裂韧性》一章的讲授中，通过历史上一些著名的大型船舶、桥梁、飞行器断裂实例，引导学生对传统的强度理论设计失效提出质疑，引出断裂力学这门学科的出现和发展背景，并且简要介绍断裂力学的鼻祖Griffith的研究成果，奠定其在断裂力学地位的著名论文发表在他26岁时，激发学生的学习与探索热情，引导学生在学习和实践中发现问题、探索创新的思维方式。
此外，在教学过程中，为让学生掌握不同性能实验方法的适用性及如何根据材料及服役条件选择强度、硬度、塑性和韧性的实验方法，还通过设疑式教学方法，给学生设置问题，让学生到生产实习工厂去观察了解，寻求答案，做学习的主体。如让学生到工厂去了解观察不同类型热处理工件采用何种现场硬度测试方法，与课本内容的异同点等，回校后开展课堂讨论。这样做不但培养了学生观察和独立思考与解决问题的能力，同时又丰富了课堂内容。
3引入案例教学，架起书本与实际应用的桥梁
材料性能学也是与实际应用联系紧密的一门课程，为了加深学生对基础理论的理解以及帮助学生了解课本知识在实际生产中的应用，激发学生的学习兴趣，结合理论授课，聘请企业的技术人员走进讲堂。他们结合本单位的实际产品就其服役工况、失效形式、性能要求以及如何从选材和热处理工艺上来改善性能进行案例讲座，在这些来自不同企业的技术人员的案例讲座中涉及齿轮、链轮、高速钢刀具、钢拉杆、阀兰等不同产品及其不同服役条件。案例讲座拓宽了课本内容，并将书本内容向实际应用进行了延伸拓展，将课本上的理论与实际应用进行了很好的结合。通过企业技术人员的案例讲座，学生感受到了产品性能与质量控制的重要性，感受到作为企业工程技术人员的责任意识，感受到了不同企业的文化教育，受到了职业素质教育的启蒙。这对学生将来走上工作岗位以及今后作为一名工程技术人员都不失为一种很好的"岗前职业培训"热身。案例教学使课程"动态化"，使其更具有鲜活性，使学生对所学的知识及其应用有了更进一步的认识，明确了今后在进行产品设计、研发和应用时，如何正确选材，从节能减排的角度出发，最大限度地改善和提高材料的性能指标，也使学生了解了充分发挥材料的最大潜能所肩负的职责，大大激发了学生的学习热情，受到了学生的极大欢迎。