面向安全工程专业《工程材料》课程教学方法探讨

李昌新 朱常龙 马鹏

摘要：《工程材料》课程的教学需要多角度、多途径的探索，多种教学手段综合使用，其落脚点都是培养理论基础扎实、实践能力强的学生。在进行《工程材料》实际教学活动中，应紧扣学生的专业背景，并注重教学与科研相融合，并辅以仿真模拟手段，让学生把理论学习与工程实践有机结合，进而加深对相关概念或理论的理解、消化与吸收。

关键词：工程材料；教学方法；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）11-0167-02

一、引言

《工程材料》课程是一门主要介绍材料力学性能、材料工藝性能、材料的选用原则、材料的应用等内容的重要课程，主要涉及到金属材料、陶瓷材料、有机高分子材料以及复合材料。该门课程的学习目的在于使学生通过学习掌握工程材料的基本理论及基本知识，并初步具备根据使用条件和性能要求进行合理选材。

作者的授课对象是安全工程专业的本科生。该课程虽然与毕业生的工作内容息息相关，但是由于该课程专业名词众多，理论知识抽象，知识点与相似概念众多，对于缺少材料、化学知识背景的安全工程的本科生而言，很难在课堂上快速地掌握相关知识点，另外，《工程材料》中所涉及到的相图、晶体结构、材料组织等相关基础理论较为枯燥，更增加了学生的学习难度，导致学生学习兴趣不浓。因此，探讨适合安全工程专业的《工程材料》课程的教学模式，对培养创新性强、能够适应时代发展需求的复合型人才，具有重要的意义。

二、工程材料课程教学的现状

《工程材料》课程的多年教学实践说明，在目前的教学过程中还主要存在以下一些问题：（1）课程学时较少，导致教师为了完成教学任务，要么只能灌输知识，要么删减教学内容。（2）实验教学体系不够完善，实验室开放程度不够，很多非材料专业学生在完成课程学习过程中没有机会接触相关材料测试实验，或者只有一些验证性实验，学生基本上不用思考，严重影响了教学效果和学生的学习兴趣。（3）工程材料的师资队伍需要加强，需要任课教师同时具有深厚的理论知识和工程实践经验，缺乏工程实践经验的必然是教师只能照本宣科。（4）工程材料课程考核体系需要及时更新，考核的内容大多以背诵内容为主，没有或较少考虑与工程实际结合以及知识的综合运用。

三、工程材料课程教学改革

1.围绕专业背景教学。笔者所在的学院具有鲜明安全工程的学科专业特色，授课学生主要为安全工程专业，所以在讲授工程材料学时，笔者紧紧围绕化工安全、建筑防火等背景对工程材料的各方面专业知识进行详细介绍。众所周知，工程材料在化工安全、建筑消防、防火防灾工业中承担着重要的角色。如在介绍介质环境对工程材料的性能影响时，以“911”事件为切入点，引导学生思考：为什么坚若磐石的世贸大厦双子楼会在飞机撞击时不堪一击而发生坍塌呢？经过大家激烈讨论后，使学生明白钢材的强度极限会随着由飞机撞击引发的高温烘烤而发生严重软化，从而导致塔楼最终坍塌，这一切都与材料及其性能密切相关。在介绍材料的组织结构与冲击韧性的内容时候，以“泰坦尼克号”为例，在材料断口微观组织分析的基础上，说明材料的内部缺陷严重降低了冲击韧性，进而加剧了沉船过程。

在教学过程中，同样也要注意介绍金属材料、陶瓷材料、高分子材料与复合材料在化工安全设计及建筑消防设计中的应用，可使得学生更加重视工程材料的应用价值，最终使学生意识到工程材料学课程的重要性，并调动学生的学习积极性。

2.注重教学与科研融合。教学与科研是相对独立但又是具有内在联系的，两者可以相辅相成、互为促进。“教学与科研”相互融合的教学思想在工程材料课程教学中主要是通过理论的教学和科研活动相结合，使学生既可以巩固理论基础，又可以使本科生更早地接触实际应用。但是在具体操作中，需要注意使学生参与的科研内容与实验教学内容及学生的能力相匹配，若所布置的科研内容难度较大，则学生会感觉无从下手，教学效果则很难保证。在介绍材料的力学性能时，先从理论上介绍各个力学参数的概念及测量原理，然后基于科研过程中阻燃高分子材料的抗拉、抗折、抗弯强度测量，让学生到实验室自己进行具体的操作，使得原本较为抽象的知识更加具体化、形象化，提高教学效果。

3.注重模拟仿真动画在教学中的应用。工程材料学课程涉及到大量较为抽象的概念，如组织和相的联系，晶格与晶胞的联系，晶胞参数的概念及计算、位错、晶界等，对于我院的安全工程专业学生而言，很难在课堂上完全消化和理解。

通过模拟仿真动画，将所涉及的知识点用文字和图形相结合，使图形逼真，具体材料变化过程简洁明了，同时，学生可根据具体实际，在理论学习的基础上，逐步自己动手进行仿真模拟，通过相应参数的调节，查看材料的内部变化规律。仿真模拟过程与实物实验相比，解决了很多传统实物实验无法解决的问题：（1）仿真模拟实验不受时间和空间的限制，学生可在任意时间、任意地点进行实验；（2）仿真模拟可以实现每个学生的单独操作，促使每个学生都亲自动手参与实验过程；（3）仿真模拟可以极大地补充由于实验场地和设备限制而无法进行的实验。

四、结语

《工程材料》课程的教学需要多角度、多途径的探索，多种教学手段综合使用，其落脚点都是培养理论基础扎实、实践能力强的学生。在进行《工程材料》实际教学的活动中，应紧扣学生的专业背景，并注重教学与科研相融合，并辅以仿真模拟手段，让学生把理论学习与工程实践有机结合，进而加深对相关概念或理论的理解、消化与吸收。

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