启发式教学在材料力学性能课程中的应用研究
张洪亮，王赫男，冯长杰，王继杰，沙桂英
（沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳）
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[1,2]，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 材料力学性能课程的特点
（一）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。
在试验材料方面首先选择了单质肥料作为试验地块主要施肥肥料，其中主要包含了氮肥尿素，含N量在45.5%以上，单价为2.2元/kg；磷肥则选择了过磷酸钙，含有16%以上的P2O5，单价为1.1元/kg；钾肥选择了原产于加拿大的进口氯化钾，K2O含量大于60%，单价3.9元/kg。
（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。[1,2]
天然气分布式能源，是指利用天然气为燃料，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率达到70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应及现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。冷热电三联供是利用燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，对作功后的余热进一步回收，用来制冷、供热和生活热水，就近供应。其特点为将能源系统以小规模（数千瓦至50MW）、模块化、分散式的方式布置在用户附近；可独立地输出冷、热、电三种形式的能源，天然气利用率高，大气污染物排放少，是一种高效的能源综合利用方式；电原则上以自用为主，并网的目的是调峰和应急[1]。
（三）注重学生实践能力的培养
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。
二 启发式教学的根源与内涵
作为一家以质量检测系统为主要业务的企业，凌云真正视质量为企业生产发展的基石。正如姚毅所言，只有把品质、质量看作生命的企业，才能更好地服务于质量检测市场。对于这一点，凌云不仅做到了，而且还将做得更好。
（一）启发式教学的根源
“启”是开启意，“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。
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，不悱不发。举一隅不以三隅反，则不复也”。 “愤” 和“悱”是学生的两种心里状态，“愤”是指心里求通而未通，“悱”是指心里想说什么又不知道该怎么说。
（二）启发式教学的内涵
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 启发式教学在材料力学性能课程中的应用
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，还可以提高动手能力，有利于学生综合素质的提高和创新能力的培养。
（一) 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
由上可知，启发式教学是以学生为教学的主体，教师利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）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。
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]
（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。
评估城市综合灾害风险，首先要根据城市灾害风险的可接受程度，对城市灾害风险的等级进行划分，构建城市综合灾害风险评语集。具体评价标准如表2所示。
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，引发学生对问题的充分思考而获得正确答案的教学方法。在材料力学性能课程教学中运用好启发式教学，能够明显提高学生的学习兴趣，有效培养学生的创新思维，提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生在今后从事的材料科学与加工行业有较强的环境适应能力、技术研发能力和产品检测能力，为成为生产、科研和管理等领域中的高素质复合型人才奠定基础。
参考文献
[1] 沙桂英，王赫男，王杰，等.材料的力学性能[M].北京：北京理工大学出版社,2015.
[2] 彭瑞东. 材料力学性能[M].北京：机械工业出版社,2017.
[3] 刘臣宇,李卫灵,孙伟奇.启发式教学的有效运用[J].中国校外教育 ,2018(36)：114-115.
[4] 朱熹. 四书章句集注[M].北京：中华书局,2003.
[5] 宫伟力,彭岩岩.互动启发式教学在创新型人才培养中的应用[J].继续教育研究 ,2014(05)：111-113.
[6] 马建富.教学民主与教学相长[J].江苏教育,2015(36)：37.
本文引用格式： 张洪亮,等.启发式教学在材料力学性能课程中的应用研究[J]. 教育现代化,2019,6(77)：188-190.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.77.063
基金项目： 本文系“沈阳航空航天大学教学改革项目”(项目编号：JG2018035)和“沈阳航空航天大学创新创业教学改革研究项目”（项目编号：CXJG201801B）的研究成果。
作者简介： 张洪亮，男，山东聊城人，沈阳航空航天大学材料科学与工程学院，讲师。
标签：启发式教学论文; 材料力学性能论文; 教学方法论文; 沈阳航空航天大学材料科学与工程学院论文;