——以《失效分析》课程为例
中国矿业大学材料科学与工程学院 康学勤 孙 智 任耀剑
【摘 要】失效分析在工业生产过程中具有广泛的应用，由于课程的特殊性采用单一的课堂讲授教学模式的效果并不好，因此对“失效分析”课程的教学方法进行了改革，采用多模式教学，拓宽学生知识面，培养学生理论联系实际的能力，对课程教学效果和复合型人才的培养起到良好的促进作用。
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关键词 失效分析；教学改革；研讨式教学
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2015）14-0021-02
作者简介：康学勤，男，博士，讲师，研究方向：本科教学及失效分析。孙智，男，博士，院长，教授，博导，研究方向：本科教学及金属成型加工。任耀剑，男，博士，讲师，研究方向：本科教学及失效分析。
“失效分析”是与工程类专业相关的重要课程，要求学生具备材料、机械、数学等方面的知识，所用概念学生基本有所了解，但不能将理论与实际很好的联系。“失效分析”与工程实际联系密切，即实用性较强；同时应用过程中有涉及到广泛的学科，即综合性强；在多年教学经验的基础上，对“失效分析”课程教学进行了改革，提出“失效分析”多模式教学研究，该模式不同于传统的“黑板加粉笔”或“多媒体加讲授”的教学方式，包括了课堂讲授、案例分析、工程应用等多种教学模式，使学生能更好地理论联系实际。通过本文介绍，加深高校对“失效分析”课程的重视以及对从事失效分析人员的创新能力和实践能力的培养，满足社会发展失效分析人员的需求。
一、多模式教学的研究
1.理论讲授模式。课堂讲授是“失效分析”课程的一种重要模式。在32学时的课程中有12学时用于介绍课程涉及到的材料学、物理和数学等方面基础知识，并与生产实际有密不可分的联系。课堂讲授中，既要详细讲解抽象的理论，又要联系具体问题的工程背景。
“失效”是日常生活和工程中普遍存在的现象，课堂讲授工科学生在实习过程中遇到的实际问题，即消除了学生们的疑惑，又有效激发了学生的学习兴趣。
在课堂讲授过程中，需要注重多媒体课件的建设，注重讲授过程中对学生的启发性和与互动性。运用多媒体课件生动的图片、声音及视频带给学生的冲击力，提升学生对问题的理解。
2.案例分析模式。著名教育家杜威曾经说过：“最好的教学，就是牢牢记住学校教材和实际经验二者相互联系的必要性，使学生养成一种态度，习惯于寻找这两方面的接触点和相互的联系”。在这种思想的指引下教师在课堂上可以将案例引入到教学中，这些案例可以是学生在实习中遇到的实际问题，也可以是教师与企业结合所做的一些机械产品的失效分析。
在介绍典型零件失效分析时，引用某企业40Cr钢轴在使用过程中断裂后的断口图，任课教师对零件的选材、结构、加工、处理及使用过程进行介绍，根据这些资料分析轴失效的原因，提出改进措施，进一步提升零件质量。
在介绍日常生活中遇到的失效分析是，作者引用供热管路腐蚀的案例，根据腐蚀情况分析腐蚀产生的原因，是由管路材料的质量原因导致的，还是使用过程中违规使用或维护不当造成的，通过分析不但找出了管路腐蚀的原因，同时对于提升管路的使用寿命也提出了切实可行的措施。
这些案例的讲授不但提高了学生的学习兴趣，也使学生了解了失效分析的过程，有助于他们走向工作岗位后更好、更快地适应工作环境。
3.研讨式教学模式。研讨式教学是“失效分析”课程最主要的教学模式。在32学时的课程中有14学时用于研讨。大学研讨课起源于德国，是一种具有教学和科研双重职能的课程教学模式。通过研讨式教学可以充分调动学生自主学习的积极性，提高独立分析问题和解决问题的能力，但并不是所有的课程都适合采用研讨式教学，对于研讨性课程就其内容而言不但需要进行研讨，而且学生对研讨的内容应该有一定的了解；另外研讨性课程最好与生产实际关系密切，这样才能增加学生学习兴趣和发挥学生个人与团队的集体智慧。
“失效分析”是一门综合性很强的课程，需要综合应用多学科知识来解决问题，需要进行研讨；二是这是一门应用所学知识解决实际问题的一门应用性课程，所需要的理论知识在此之前几乎都已经学过，多数学生能较好地掌握，可以进行研讨；三是这门课程涉及的是实际问题，而且我们已经积累了相当的实际问题和实物，任课教师具有一定的经验积累，利于进行研讨；最后，“失效分析”过程具有很大的开放性，争论性和不确定性，可以充分发挥个人的思维，便于进行研讨。
当今的大学生在此前的学习过程中没有形成研究性学习的习惯，很难在一门课程中很快进入研讨状态，所以采取了分组讨论、专人讲解的方式。每个班根据选课人数的不同分成若干组，每组5～7人，选定一个组长。开始阶段，讨论的问题有任课教师提出，组长组织大家讨论，发表每个组讨论意见。组和组之间可以再讨论，还可以对其他组的发言进行评论。后期阶段，随着学生学习知识的深入，教师指导学生提出问题，展开研讨。在学生研讨的过程中，教师参与讨论，在讨论的基础上，教师进行总结。
4.实验设计模式。“失效分析”课程中设置了6个学时的试验模块。失效分析课程试验的目的，不仅在于加深学生对基本理论和技术的理解，还在于培养学生分析问题、解决问题的实际能力。因此开设的第一个试验为《失效分析故障树的建树与应用》，采用手工分析和计算机绘制故障树图的方式完成实验，让学生认识零件失效过程中各种影响因素，对零件的失效有一个正确的认识；第二个实验为《失效分析基本方法中的宏观分析法》，通过实际失效零件及其断口的宏观分析，让学生对失效零件的断裂过程有一个正确的分析；第三个实验为具体零件的失效分析，采用各种实验方法，分析零件失效的原因，让学生对零件失效分析的认识进一步升华，能够独立解决实际问题。通过这样的三个实验，让学生在学习过程中逐步建立起对失效分析的认识、认知和升华的实验体系。
另外，实验课程的设置加强实验内容的综合性，采用具体的失效零件，让学生根据失效模式提出问题，根据问题设计实验步骤，充分调动学生学习的积极性。
5.工程应用教学模式。机械零件的失效分析在日常生活和工业生产过程中比较常见，对于这些零件及设备的失效我们均可以对其进行分析，让学生找出零件及设备失效的原因，提出改进措施，提高零件及设备的质量和运行的可靠性。
某企业生产的驱动棘轮在使用过程中发生开裂，根据棘轮断口形貌特征，判断棘轮断裂过程，设计实验分析棘轮产生断裂的原因，提出提高棘轮质量的改进措施。当然不要求学生提出的改进方案一定可行，但是有些创新性的思想是可以借鉴的，同时学生可以根据分析的过程及结果撰写论文，任课教师指导在相关刊物上发表，进一步提升学生学习的主动性。
与大一、大二时注重基础知识的讲解不同，大四时更应该注意对学生思维能力、分析能力和创新能力的培养，为步入社会打下坚实基础。
二、教学改革的成果
多模式教学从最初的理论讲授到失效分析的课堂研讨，再到学生动手进实验室，直到最后走向企业进行现场应用，学生对理论知识能够很好的掌握。又锻炼学生把具体问题提炼成理论问题的能力，也锻炼学生利用所学知识解决实际问题的能力。
多模式教学中的理论讲授与案例分析模式，能够在较短的时间内让学生接受抽象的理论模型，提升学生的学习效果，提高学生的工程技能，与学校培养复合型人才的目标一致。
多模式教学中的研讨式教学，改变了过去那种只是老师讲、学生听的单一教学模式，形成教师引导、学生自主学习的有效机制。改变了学生被动学习的状态，激发了学生的积极性。
多模式教学中的试验设计模式与工程应用，能够多层次、多模式地引导学生发现问题、分析问题、解决问题，使学生真正学以致用，并在教学中贯彻教学与科研实践一体化的原则，提升了学生的专业素质和综合能力。
多模式教学提高了学生的学习效果，同时对任课教师的要求也大大提高，不但要求任课教师具有丰富的理论知识，还需要具有很好的临场应变能力，能够提出适合学生研讨的问题，在研讨初始阶段能够组织学生进行研讨。通过多模式教学，任课教师也提升了自身的专业知识及实践能力，开拓了自己的教学思路。
三、多模式教学中存在的问题
多模式教学是一种符合时代要求培养创新性高层次人才的很好的教学模式。多模式教学课程的开设不仅要求教师的教学理念、教学方式发生改变，而且学校也应同时改变教学管理模式。课程开设过程中主要有以下问题：一是部分学生不积极，必须教师点到名字才发言，也反映出我们学生在这种场合下缺少应有的锻炼。开始时即使主动发言的学生也是胆子较小，讨论氛围不活跃。二是对研讨内容不熟悉，主要是对以往学过的知识不熟悉，有些学生虽然能够熟练的背诵以往学过的东西，但理论也实际不能很好结合。三是分析问题能力较弱，教师提出的问题，往往形不成自己的分析。
多模式教学的特点就是学生和教师能充分展开讨论，所以更实用于小班教学，学生人数应控制在20~30人之间，人数太少，学生之间不能进行充分讨论；学生太多，部分学生的积极性不能发挥。同时多模式教学要求学生具备一定的专业基础知识，所以一些面向高年级开设的专业课及专业选修课更适合此种教学方法。
失效分析多模式教学研究作为一种全新的课程体系具有“教师主导、学生主体、师生互动、问题驱动、能力为主”特点，对提高学生学习的主动性和积极性，培养学生的创新能力和综合素质具有重要的作用。在教学过程中，善于运用新技术、新手段，各种教学模式相互交叉，不断推陈出新，使教学内容更加丰富，教学手段更加先进，教学成果更加显著。
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参考文献：
[1]孙智,江利,应鹏展.失效分析——基础与应用[M].北京：机械工业出版社,2005.
[2]尹德军,康学勤,张杰,等.驱动铲片棘轮断裂分析[J].理化检验-物理分册,2012,(11).
（编辑：郝婵）