启发式教学在材料力学性能课程中的应用研究

1、启发式教学在材料力学性能课程中的应用研究摘 要：材料力学性能是为高等院校材料类专业学生开设的一门技术基础课。学好此课程，能够提高学生评价、 改善材料的性能及进行合理选材等方面的能力。应用启发式教学，可有效提高课堂学习效率，激发学生学习兴趣, 对学好本课程具有显著的效果。关键词：启发式教学；材料力学性能；教学方法材料力学性能是为高等院校材料科学与工程类 各专业学生开设的一门重要的技术基础课12，其教 学内容主要包括不同加载条件下材料变形和断裂的 基本规律、力学性能指标及材料受内外因素影响时 的变化规律。本课程有其自身的特点，采取合适的 教学方法有利于提高学生的学习积极性，提高教学 质量。一材料力

2、学性能课程的特点（-）开设专业多材料科学与工程类各专业，包括金属材料、无 机非金属材料、高分子材料、复合材料、材料成型 及控制工程和焊接技术及工程等专业都开设了材料 力学性能课程。在教材的选取和授课内容的制定上 虽以金属材料为主，但也需兼顾无机非金属材料、 高分子材料和复合材料等不同专业的共性。（二）理论深度较高本课程教材以各类材料为主要研究对象，以静 载、动载和接触载荷及高温、腐蚀环境下材料的力 学响应为基础，系统介绍材料的强度、塑性和韧性 指标的物理本质、测试方法和力学判据，以及各种 内在因素和外在条件对材料力学性能的影响与机理。 为解释这些规律或机理，常常要借助于示意图和公 式，其中示意

3、图中比较典型的有晶界示意图、位错 运动示意图、载荷分布及变化示意图、裂纹形成过 程示意图、断口形貌示意图等。公式中主要有胡克 定律、霍尔-派奇（Hall-Petch ）公式、Hollomon公式、 理论断裂强度和实际断裂强度公式、应力场强度因 子计算公式等12（三）注重学生实践能力的培养我校开设的材料力学性能课程包含三个实验, 分别是碳钢的冲击实验、不同热处理状态铝合金的 拉伸实验以及不同拉伸速率下铝合金的拉伸实验。 具体实验材料（状态）和实验参数均由学生讨论后 选取，通过设计和参与实验，学生对课堂所学的知 识有了更深的理解，并学会用知识解释实验现象, 还可以提局动手能力，有利于学生综合素质的

4、提局 和创新能力的培养。二启发式教学的根源与内涵教学方法是完成教学任务的有效手段，是教学 过程中的重要组成部分，对教学过程的有效实施及 教学效果的保障十分重要，是高校学校教师进行教 学改革的重点内容。启发式教学是目前应用比较广 泛的教学方法，它区别于传统的灌输式教学或注入 式教学。3（一）启发式教学的根源目前，启发式教学对教师而言已经耳熟能详，它 在我国和西方有着相似的历史来源。在我国，“启发” 一词源于论语述而，孔子曰：“不愤不启，不俳 不发。举一隅不以三隅反，则不复也”。“愤”和“俳” 是学生的两种心里状态，“愤”是指心里求通而未通， “俳”是指心里想说什么又不知道该怎么说。“启”是开启意

5、，“发”是答其辞。4整句话是 说“不到学生努力思考而想不明白的时候不要去开 导他，不到学生想说什么而不能表达出来的程度不 要去启发他。如果老师说出了四方形的一个角，而 学生不能说出其它的三个角，就不要再接着启发了”，由此可见我国古代对启发式教学的认识已经十分透 彻。在西方，最早使用启发式教学的是苏格拉底， 他创立了名为“产婆术”的教学方法。该方法倡导 老师要像助产婆帮助产妇把胎儿从肚子里生出来那 样去帮助学生学会独立思考。由此可见，上述两位 思想家的教学方法都是强调正确的答案不是老师灌 输给学生的，而是学生自己思考得来的。（二）启发式教学的内涵由上可知，启发式教学是以学生为教学的主体， 教师利

6、用具有启发性的教学方式刺激学生的思维， 调动学生的积极性，引导学生进行自主学习和独立 思考，从而达到启迪学生思维、发展学生智力、提 高学生分析问题和解决问题能力的目的。5三启发式教学在材料力学性能课程中的应用启发式教学的核心是锻炼学生独立思考的能力， 而对于不同的课程、不同的专业有不同的规律。教 师应该结合实际情况选择合适的方法开展教学活动。 通过经验总结，笔者认为，要在材料力学性能课程 教学中运用好启发式教学应注意以下几个方面。 （-）教师要做好充分的课前准备课前准备是启发式教学在课堂中获得充分运用 的基础部分，也是必要环节。首先，教师要钻研教 学内容，材料力学性能课程中既包含较深的理论知

7、识，又含有大量的工程应用知识。教师要根据材料 的应用环境阐述其所受载荷的特点、性能指标、检 测方法及影响因素等。其次，教师要对学生的知识 体系了如指掌，了解学生的知识储备与本课程的重 叠部分，做到有的放矢，提高效率。例如，学生前 期所学材料力学课程已经对材料静拉伸应力- 应变曲线进行了较为系统的学习，那么在本课程授 课时可将此部分内容做简要介绍，把授课重点放在 曲线内在含义及工程应用的思考上。最后，教师应 对教学过程进行设计，要对哪些内容以讲授为主， 哪些内容以启发和讨论为主做到心中有数，这样才 能事半功倍。（二）课堂上要充分的发挥教学民主教学民主是一种民主的教风和学风，它表现为 教学活动中的

8、教与学是平等的，教师与学生要相互 尊重、相互配合、相互信任，共同完成教学任务。6 在课堂上，要营造公平、和谐融洽的对话环境，不 给学生任何压力。在实验环节，尊重学生的自主学 习和思考的能力，允许学生自主选择实验材料的种 类或状态，自主涉及实验参数。例如，在学生做不 同拉伸速率下铝合金的拉伸实验时，教师给出设备 所允许的拉伸速率的范围，具体数值的选择由学生 自己来决定，只要其能将实验现象进行合理的解释 即可。这样即满足了学生探究未知的好奇心理，又 能够提高学生学习的积极性。（三）要善于引入案例启发讨论案例教学是一种结合现实生产实例，通过各种 信息、理论知识、经验和观点的碰撞来达到启示理 论和启迪

9、思维的先进教学方法。平时，教师善于收 集生活和生产中的与教学内容相关的案例，并分析 和研究这些案例，以便在教学过程中适时引入鲜活 的案例，激发学生的学习兴趣，唤起学生的求知欲。 比如在每次讲授一种新的载荷时都可以给出相应案 例进行启示，例如在介绍冲击载荷的时候，可以引 入1912年泰坦尼克号触礁沉船的案例；在介绍疲劳 载荷的时候，可以引入1956年的英国两架“彗星” 式喷气客机接连在海上爆炸的案例。（四）要遵循循序渐进的原则本校是在学生的大三上学期开设材料力学性能 课程，学生所学专业课较少，知识体系不完善。同 时学生对每一门课程知识的掌握也都是从简到难， 从感性到理性，从具体到抽象的过程。这就

10、要求教 师在运用启发式教学的过程中，问题的设置要符合 学生认知能力的发展要求，不可跳跃太大，否则容 易造成“启而不发”。（五）要注重培养学生的创新意识材料力学性能课程的教学目的使是学生掌握材 料力学性能的基本原理、评价材料力学性能的指标 及其分析测试方法，为研制新材料、评价材料、制 定改善材料性能的工艺及有效的使用材料奠定专业 技术基础。然而实际生产中遇到的问题多变，产生 的原因也比较复杂，这时单纯的理论知识是远远不 够的，学生必须要结合实际情况进行分析判断，给 出解决方案。这就要求教师在授课过程中注重学生 思维能力和创新意识的培养。例如：测试具有细小 弥散相的材料的硬度时，采用那种硬度测试方法比 较合适？首先，教师要引导学生了解不同硬度测试 技术的原理和特点，学生通过对被测的组织进行分 析和讨论，进而给出答案。解题过程成为学生在学 校期间进行理论联系实际、锻炼思维能力和创新意 识的一个重要途径。四结论启发式教学是在教师的引导下，通过恰当合理 的问题设计，引发