伍斯特理工学院(WPI)找到材料科学的甜蜜点

Case study
学生在观察奥利奥的三点弯曲测试,这是材料科学导论课程课内实验的一部分。MultiTest 的实时结果投影在教室里。
学生在观察奥利奥的三点弯曲测试,这是材料科学导论课程课内实验的一部分。MultiTest 的实时结果投影在教室里。

美国马萨诸塞州伍斯特理工学院(WPI)的两位积极进取的教育工作者将材料科学的学习变成了一种引人入胜的实践体验,他们的一些学生称之为 "令人惊叹"。

在与 Mecmesin 团队合作并参观了他们的材料测试仪后,WPI 投资购买了三台 Mecmesin MultiTest 2.5-dV 测试仪--这是 Cote 博士和 Grubbs 博士心目中材料测试的理想选择。

一些本科生可能会认为材料科学课有些乏味。但如果您有幸在美国马萨诸塞州伍斯特市的伍斯特理工学院(WPI)上过丹妮尔-科特和杰克-格拉布斯的课,就会发现事实并非如此。

这两位锐意进取的教育家将材料科学的学习变成了一种引人入胜的实践体验,他们的一些学生称之为 "不可思议"。

Cote 博士是材料科学与工程系助理教授兼哈罗德-L-朱里斯特(Harold L. Jurist)'61 和希瑟-E-朱里斯特(Heather E. Jurist)系主任教授,同时兼任化学工程系的职务;Grubbs 先生是该课程的博士生兼助教(TA)。

他们的秘诀是什么?

"在上我们的课之前,大多数学生除了在教科书上看到过材料测试之外,没有任何实际经验。但只在纸上向别人展示拉伸试验的样子,远不如实际演示试验来得有效。因此,我们想到了用食物和一些实际的材料测试仪来帮助学生了解这门学科,这也是 WPI 教育中基于项目的学习的自然延伸,"Cote 博士解释说。

无论是奥利奥饼干、椒盐卷饼、Twizzlers 还是软糖,在材料科学导论课上都成了公平的游戏。"比如说,我们在研究应力-应变行为时,我们会拿果冻软糖让学生用手将它们拉开,注意它们在外加应力下的变化--就像聚合物一样。然后,我们会拿椒盐脆饼棒测试它对应力的反应,这自然与软糖截然不同--你可以把它与金属或陶瓷的行为联系起来。学生们很喜欢这样做,尤其是因为他们可以在测试样品上吃零食。但是,在我们获得 Mecmesin MultiTest(万能试验机)之前,我们仍然缺乏准确、可重复的数据,"Grubbs 说。

学生参加梅克美辛多重测试

在与 Mecmesin 团队交流并参观了他们的材料测试仪后,WPI 选择投资购买三台 Mecmesin MultiTest 2.5-dV 测试仪。在增强型载荷传感器、Mecmesin 多功能 VectorPro MT 软件和可选伸长计的帮助下,这些经济高效的电动测力仪变成了材料测试仪,成为 Cote 博士和 Grubbs 心目中材料测试的理想选择。

"现在,我们可以把这些测试仪带进教室,让学生自己设置测试。例如,利用这些带脊的软糖,学生们可以预测它们在拉扯时会在哪里断裂,而应力集中实际上会如何影响裂缝形成的位置和方式。学生们甚至开始互相测试不同颜色的 Airheads。由于其中一名学生推测不同颜色的 Airheads 的反应可能不尽相同,因此我们进行了测试,结果证实染料中的化学物质确实会影响每种颜色在应力下的表现。我们现在不仅在做物理测试,而且还有实时数据来支持我们的发现。科特博士说:"这让一切都有了依据。

...VectorPro MT 的拖放界面使学生能够创建从复杂的材料测试程序到简单的产品测试的所有程序。在 5 到 10 分钟内,学生就可以在软件中更改夹具并设置自己的测试--真的很简单。

材料科学与工程系助理教授 Danielle Cote 博士
美国马萨诸塞州伍斯特理工学院 (WPI)

Student observes a three-point bend test of an Oreo, part of an in-class laboratory in their Introduction to Materials Science course.  Real-time results from the MultiTest are projected in the classroom.
Student observes a three-point bend test of an Oreo, part of an in-class laboratory in their Introduction to Materials Science course. Real-time results from the MultiTest are projected in the classroom.
Tensile test of an Airhead performed in Dr. Cote’s undergraduate Introduction to Materials Science course.
Tensile test of an Airhead performed in Dr. Cote’s undergraduate Introduction to Materials Science course.

她补充说,Mecmesin 试验机适合在这样的学习环境中工作。由于材料科学本科课程没有实验室,所有的 "实践 "教学都需要在标准教室里进行。"MultiTest 的尺寸恰到好处,便于运输,可以在小桌子上操作,不需要很大的空间。VectorPro MT 的拖放界面使学生能够创建从复杂的材料测试程序到简单的产品测试的所有程序。在 5 到 10 分钟内,学生们就可以在软件中更换夹具并设置自己的测试--真的非常简单"。

三点弯曲测试进入暑期班

科特博士和格拉布斯都认为,他们一年中的亮点之一是为高中生开设的材料科学暑期课程,他们让学生自己设计糖果复合材料。"我们会熔化巧克力片作为'基体相',然后给学生提供一系列填充物'增强相',让他们添加到巧克力中制成复合材料。脆饼干条和意大利面条是纤维模型,椰子丝和大米脆片是微粒增强剂,只要你说得出的,他们都试过了。然后,我们拿着他们的复合巧克力棒做三点弯曲测试,看看哪种最结实。格拉布斯解释说:"我们把这变成了一场友谊赛,每个学生都设计自己的复合材料,以达到最高的抗弯强度。

Grubbs解释说:"你会听到意大利面条啪啪作响的声音,并看到它反映在图表上。这对学生来说是一种身临其境的体验,而且具有现实世界的应用价值,有助于在课堂上获得变革性的体验"。

Cross-section of a chocolate “composite” made by a student during a summer course for high schoolers at WPI.
Cross-section of a chocolate “composite” made by a student during a summer course for high schoolers at WPI.
Fracture observed in a three-point bend test of a composite chocolate bar.
Fracture observed in a three-point bend test of a composite chocolate bar.

作为一家公司,我们希望在培养美国技术行业的后起之秀方面发挥积极作用。这就是我们与技术项目合作培养下一代技术学生的原因。

罗德-安萨里,美洲销售副总裁
PPT 集团

PPT集团销售副总裁(美洲)Rod Ansari说:"我们的Mecmesin测试仪在WPI的使用非常有启发性,我们真的很荣幸能在这样的创新教学中发挥微薄之力。作为一家公司,我们希望在培养美国技术行业的后起之秀方面发挥积极作用。PPT 集团销售副总裁 Rod Ansari 评论说:"这就是我们与技术项目合作培养下一代技术学生的原因--我们的行业,甚至整个国家,都有赖于此。

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