材料失效分析
教学方法
发布时间: 2013-03-05   浏览次数: 274

  “材料失效分析”是一门综合性课程。通过近几年的调研、提炼、归纳和总结,尤其是这二年的教学实践和探索,我们根据其教学特点和基本规律,主要采取了传统板书与多媒体相结合、基础理论与生活实例相结合、简单案例和复杂案例相结合、启发式和互动式相结合、基础介绍和技术讲座相结合、专业教育和素质教育相结合、工程案例和科研成果相结合及文献调研与期末演讲相结合等多种教学方法和方式,提高了学生对材料研究的兴趣,培养了学生的创新能力和综合分析能力,从而使其毕业后从事高新技术研究具有较强的竞争能力、研发能力和适应能力。现概述如下:

(1)传统板书与多媒体相结合

对于基础理论和分析方法的介绍,一般采用多媒体课件和网络视频进行讲解,但涉及一些重要的概念时,则采用传统方式在黑板上书写,进行细致的分析,比如失效模式、失效机理、失效缺陷等概念的物理含义及其本质区别的讲解等;多媒体演示增加了教学信息量,提高了教学的效果,但黑板上的细致讲解使学生对基本概念记得更牢,思考问题与教师同步,二者的交替使用强化了学生对基本概念的理解和掌握。

(2)基础理论与生活实例相结合

一些抽象的概念是难以用简单语言讲清楚,如要让学生能正确理解和把握,就必须图文并茂,选用一些生活实例进行讲解。例如,讲到失效模式、失效机理、失效缺陷和失效起因之间的相互关系时,结合了Titanic号被冰山撞破失效的具体过程,细致诠释了它们之间的内在联系,学生很快领会了四个基本概念的物理本质及其逻辑关系。

(3)简单案例和复杂案例相结合

材料失效涉及面广,分析步骤多,除讲解简单案例的失效外,如单个螺栓零件的疲劳断裂失效过程,让学生了解分析的一般步骤和方法,更要系统介绍复杂案例的失效分析过程,如进口核电装置大型换热器组合部件的失效分析,让学生懂得材料失效不是仅由一、二个简单因素引起的,而是由许多因素相互作用后导致的,让学生懂得分析要精准、全面,思考问题要全方位、多角度,从而潜移默化地训练了学生的综合分析能力。

(4)启发式和互动式相结合

理科学生具有思考慎密和逻辑性强的思维特点,但应用方面相对薄弱些,故在讲解每个失效案例时,通常采用启发式的讲解方式,先展示实际构件的图形和图像,讲清工艺流程、使用材料、工程背景和存在问题,然后提出几个相关问题让学生思考,引导他们从设计、材料、制造、安装、检验、操作、维护、环境等方面考虑,学生细想后提出了自己的看法和观点,再通过老师的分析,有效实现了师生间的互动和讨论,课堂气氛活跃,学生积极性高,训练了学生的分析能力、逻辑能力和探索能力。

(5)基础介绍和技术讲座相结合

在教学中,不仅要讲授材料失效分析已有的基础知识和基本理论,更要瞄准国际前沿、讲解该领域在新材料、新技术和新方法等的新进展。我们在失效案例介绍中还开辟了专题技术讲座,着重讲解了当今大家关注的纳米材料和技术在制备过程中的毒理性和安全性问题,用清晰的图案解析了纳米材料引起安全问题的物理机制和化学机制,让学生认识到纳米新材料应用时的安全问题及其纳米材料功能电子器件的可靠性问题,既激发学生对新材料的研究兴趣,又培养学生考虑问题的全面性和系统性。

(6)专业教育和素质教育相结合

失效因素复杂多样,一般涉及“人、机、料、法、环、测”,故分析过程中既要专业,又要公正,给出的结果要让人信服、经得起验证。我们在讲解一些案例的过程中,一方面强调专业知识的重要性,另一方面还强调人的基本素质和工作态度的重要性,通过一些趣闻和故事的介绍,包括“青年科技工作者应有的科研素质和行为规范”等讲座,让学生意识到应具有高尚的职业道德和人格,教导学生注意科研素养和综合素质的提高和完善。

(7)工程案例和科研成果相结合

我们在讲解材料失效分析时,不仅涵盖了五大基础材料的失效问题,而且更是把主讲老师每年完成的一些新的失效课题和最新科研成果及时介绍给学生,使学生对所讲内容始终有新鲜感和吸引力,师生间的互动和交流就自然活跃了,这种以研促教的教学方式有效地提高了学生对材料研究的兴趣。例如,201210月及时讲解了当时刚完成的我国从日本进口的超超临界1000MW发电机组循环水泵的意外失效案例。学生听后很有感触,兴趣增加,学习主动性和进取性有所增强了。

(8)文献调研与期末演讲相结合

为了提高学生的专业自学能力和外语阅读能力,我们除了细致讲解一些重要的专有名词的英文术语以帮助理解英文原版书内容外,还专门从国际期刊上下载不同失效案例的英文论文,让其根据原文在课外借助图书馆、网络等工具查阅相关文献,各自独立撰写有新意的读书报告和小论文,期末像开研讨会一样让每位学生一一上台演讲。学生们就指定的失效分析论文介绍主要的内容,陈述自己的观点和看法,老师进行现场即时点评,提出一些相关问题让其回答,从而有效训练了学生的基本能力和反应能力。同时,针对有些英文论文存在的一些问题提出意见,让学生懂得从事科研必须要有批判和质疑精神,这样才会促进科技进步,创新能力和科研能力才会获得提升。