張旭光 王秀振 李莉 肖明葵

收稿日期：2013-01-12

作者簡(jiǎn)介：張旭光（1986-），男，重慶大學(xué)城市科技學(xué)院土木工程學(xué)院助教，碩士，主要從事地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)研究，（E-mail）36258802@qq.com。

摘要：針對(duì)獨(dú)立學(xué)院本科培養(yǎng)應(yīng)用型人才的定位要求，總結(jié)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足，結(jié)合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)，有針對(duì)性地探討改善實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量，提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的解決方法，探索適合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；實(shí)驗(yàn)課；教學(xué)方法；獨(dú)立學(xué)院

中圖分類號(hào)：G642423文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2013）05012504材料力學(xué)作為土建類學(xué)科的一門(mén)技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)直接影響專業(yè)課的學(xué)習(xí)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是材料力學(xué)課程的重要組成部分，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程可以更好地把理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。學(xué)生通過(guò)自主動(dòng)手，現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)驗(yàn)，用所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)公式進(jìn)行驗(yàn)證，了解不同材料的力學(xué)特性，可培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題、處理問(wèn)題、以及實(shí)踐動(dòng)手的能力，同時(shí)也可加深學(xué)生對(duì)材料力學(xué)理論內(nèi)容的理解[1]。

然而，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)在許多院校得不到重視。部分學(xué)生認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)課可有可無(wú)，做實(shí)驗(yàn)只是抄抄數(shù)據(jù)，寫(xiě)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生對(duì)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)失去興趣，只看不做，或者隨意操作，應(yīng)付了事。長(zhǎng)此以往，隨著學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課重視程度的降低，開(kāi)出的實(shí)驗(yàn)課也難以達(dá)到預(yù)期的目的[2]。如何增強(qiáng)學(xué)生對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的重視程度，激發(fā)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中開(kāi)動(dòng)腦筋、鍛煉分析解決問(wèn)題和實(shí)際動(dòng)手的能力，是材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的方向和目的。

一、各類高校材料實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)展現(xiàn)狀

材料力學(xué)課程是土建類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，全國(guó)相關(guān)院校相關(guān)專業(yè)普遍開(kāi)設(shè)該門(mén)課程。由于各高校辦學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和生源的差異，各類院校開(kāi)設(shè)該課程的具體情況也不盡相同。985、211等重點(diǎn)大學(xué)，整體師資力量雄厚、辦學(xué)歷史悠久，力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案相對(duì)成熟。獨(dú)立學(xué)院招收的學(xué)生一般為三本生源，進(jìn)校分?jǐn)?shù)線與一二本學(xué)校生源存在差異，培養(yǎng)目標(biāo)也不盡相同，如果生搬硬套他們成功的經(jīng)驗(yàn)，往往事與愿違，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果，相反還會(huì)導(dǎo)致拔苗助長(zhǎng)，不符合獨(dú)立學(xué)院的人才培養(yǎng)目標(biāo)。在一些重點(diǎn)大學(xué)，材料力學(xué)由理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師分別教授。雖然這樣可以減輕教師的工作強(qiáng)度，發(fā)揮各自的專長(zhǎng)，但是在實(shí)施過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)由于教師之間溝通不暢，導(dǎo)致理論教學(xué)與實(shí)踐有所偏差。

高職高專學(xué)校的人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)面向生產(chǎn)一線的技能型應(yīng)用型人才，由于該類學(xué)校定位側(cè)重于學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)，通常只要求學(xué)生掌握具體的實(shí)驗(yàn)操作方法和技能，與實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的理論基礎(chǔ)教學(xué)部分往往被忽略[3]。

獨(dú)立學(xué)院是由普通本科高校（申請(qǐng)者）與社會(huì)力量（合作者，包括企業(yè)、事業(yè)單位，社會(huì)團(tuán)體或個(gè)人和其他有合作能力的機(jī)構(gòu)）合作創(chuàng)辦的進(jìn)行本科層次教育的高等教育機(jī)構(gòu)。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，普通一本、二本院校的教學(xué)資源已不能滿足社會(huì)需求，為了普及大學(xué)本科教育，提升國(guó)民教育水平，提高整體國(guó)民素質(zhì)，獨(dú)立院校順應(yīng)時(shí)代發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。

獨(dú)立學(xué)院的培養(yǎng)定位介乎于一本、二本院校和高職高專之間。如何根據(jù)自身特點(diǎn)，形成自身的課程體系尤為重要。目前獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課主要存在如下問(wèn)題。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

張旭光，等獨(dú)立學(xué)院土木專業(yè)材料力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與探討

其一，獨(dú)立學(xué)院主要側(cè)重于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，動(dòng)手能力的培養(yǎng)尤其重要，但又有別于高職高專只重視實(shí)際操作的做法。大多數(shù)獨(dú)立學(xué)院辦學(xué)時(shí)間較短，在很多方面沿用母體學(xué)校的教學(xué)模式，教師過(guò)分強(qiáng)調(diào)理論闡述，而忽視了在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力[4]。所開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程大多屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以至于學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證某一定律，然后根據(jù)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)步驟按圖索驥得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，無(wú)論最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確與否都不會(huì)改變實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。在這種現(xiàn)實(shí)情況下，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作漸漸沒(méi)有了預(yù)期，積極性也隨之降低。

其二，獨(dú)立學(xué)院辦學(xué)時(shí)間較短，招生規(guī)模大，部分課程安排不夠仔細(xì)，同一天內(nèi)有可能連續(xù)做幾門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)難以消化，加之實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不夠完善，相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課的配套儀器不齊全，使得大多數(shù)時(shí)間學(xué)生只能看，不能動(dòng)手操作，力學(xué)實(shí)驗(yàn)直接變成演示性實(shí)驗(yàn)，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。

隨著科技的進(jìn)步以及時(shí)代的發(fā)展，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)也應(yīng)該相應(yīng)改善。傳統(tǒng)單一式的教學(xué)方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的需求，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)創(chuàng)新，探索適合獨(dú)立院校實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的新路。

二、獨(dú)立院校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的探索

獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革首先需要改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法，應(yīng)該與母體學(xué)校及高職高專有所區(qū)別?；讵?dú)立學(xué)院培養(yǎng)目標(biāo)的定位要求，筆者經(jīng)過(guò)實(shí)踐調(diào)查，初步探索了一些行之有效的教學(xué)方法，在實(shí)踐教學(xué)中收到了良好的效果。

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

一般傳統(tǒng)的材料力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要針對(duì)低碳鋼和鑄鐵的拉壓試驗(yàn)，但是對(duì)于土木工程專業(yè)，今后工作將面臨的不僅有低碳鋼和鑄鐵這兩種材料，還會(huì)接觸大量的非金屬材料，如混凝土、木材、石材等。這些材料的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程以及今后從事相關(guān)工作意義重大，因此，筆者建議在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加混凝土抗壓實(shí)驗(yàn)，以滿足學(xué)生專業(yè)課程學(xué)習(xí)的需求[5]。

（二）問(wèn)題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的實(shí)踐

獨(dú)立學(xué)院的定位要求側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。根據(jù)相關(guān)理論知識(shí)，通過(guò)學(xué)生自主動(dòng)手達(dá)到突出實(shí)踐操作、理論與實(shí)踐相結(jié)合的效果。下面以低碳鋼拉伸試驗(yàn)為例闡述如何達(dá)到該效果。

低碳鋼拉伸試驗(yàn)是傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，是通過(guò)測(cè)定低碳鋼的屈服極限、強(qiáng)度極限、延伸率和面積收縮率等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線圖，通過(guò)曲線圖了解材料在受拉時(shí)力與變形的關(guān)系（如圖1）。在材料力學(xué)課程中，對(duì)低碳鋼的力學(xué)性能作了詳盡的講解，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前就了解低碳鋼在受拉時(shí)其變形要經(jīng)歷彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和頸縮階段等4個(gè)階段，實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生更為直觀地看到低碳鋼拉伸時(shí)的這種力學(xué)性質(zhì)。因此，實(shí)驗(yàn)往往以觀看實(shí)驗(yàn)結(jié)果為主。為此，設(shè)計(jì)了問(wèn)題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，以期在這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和動(dòng)手能力。

圖1低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線

在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始初，首先布置課前預(yù)習(xí)作業(yè)：“思考低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖且?yàn)證哪些力學(xué)特性，通過(guò)觀察哪些參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，并將它們一一列舉。”接著，讓學(xué)生詳細(xì)閱讀理論內(nèi)容，自己分析總結(jié)，然后分組提問(wèn)。由于學(xué)生對(duì)理論內(nèi)容已經(jīng)非常熟悉，因此第一問(wèn)題很容易回答。對(duì)于后一個(gè)問(wèn)題，正確的答案是通過(guò)對(duì)屈服極限、強(qiáng)度極限、延伸率和面積收縮率等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，繪制相應(yīng)曲線來(lái)觀察其中的關(guān)系。而學(xué)生的回答通常不夠全面，漏掉某個(gè)指標(biāo)參數(shù)。這些問(wèn)題反映出學(xué)生對(duì)理論知識(shí)不夠熟悉或者理解不夠深入，針對(duì)此要著重加以講解。以上兩個(gè)問(wèn)題在材料力學(xué)教材中都有詳細(xì)的介紹，通過(guò)課前提問(wèn)的方式，既可以進(jìn)一步熟悉理論知識(shí)，有針對(duì)性地答疑，又避免了面面俱到的講解，節(jié)約了時(shí)間[6]。

接下來(lái)，進(jìn)一步追加提問(wèn)：“在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中怎么獲取這4個(gè)指標(biāo)參數(shù)？”并讓學(xué)生分組討論。此問(wèn)題是對(duì)此實(shí)驗(yàn)原理的進(jìn)一步升華。如果學(xué)生通過(guò)思考，分組討論，最終能夠很好地回答出該問(wèn)題，那么此次實(shí)驗(yàn)就達(dá)到了應(yīng)有的效果。

為了讓學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)儀器的操作方法和相關(guān)注意事項(xiàng)，教師首先應(yīng)親自演示實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，讓學(xué)生知道通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作獲取相應(yīng)指標(biāo)，以便學(xué)生在自己動(dòng)手操作時(shí)可以有重點(diǎn)的、有目的地進(jìn)行觀察[7]。

首先，開(kāi)動(dòng)電源，打開(kāi)液壓式萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)。在夾具上安裝試件，同時(shí)明確告知學(xué)生：“當(dāng)液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的上下夾具夾好鋼筋后，禁止開(kāi)動(dòng)上下升降按鈕”，并讓學(xué)生思考原因。該問(wèn)題直觀性很強(qiáng)，只要認(rèn)真觀察都能回答。學(xué)生通常都是圍繞“對(duì)儀器或者是試件有損壞”等進(jìn)行回答。然后給出正確答案：由于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的夾具在夾緊鋼筋后，按上下升降按鈕會(huì)使得夾具瞬間損壞，甚至由于鋼筋的突然斷裂導(dǎo)致不可預(yù)知的危險(xiǎn)，所以禁止開(kāi)動(dòng)上下升降按鈕。

接下來(lái)開(kāi)啟送油閥。在送油的過(guò)程中，提示送油速度的快慢對(duì)所加荷載的影響，然后讓學(xué)生著重注意軟件上圖像在4個(gè)階段的變化情況。在彈性階段，可以提問(wèn)：“為什么曲線呈線性？”由于教材中已經(jīng)作出相應(yīng)解答：“此階段試件所受拉力在彈性范圍之內(nèi)，所以形變基本成線性；如果去掉外力，則試件會(huì)恢復(fù)到原來(lái)長(zhǎng)度?！苯^大多數(shù)學(xué)生能馬上回答出答案。此問(wèn)題可以加深對(duì)彈性階段圖像的認(rèn)知。在屈服階段，可以讓學(xué)生思考“曲線為什么呈上下波動(dòng)狀態(tài)”。經(jīng)討論后給出正確答案：荷載相同的情況下，由于試件突然變長(zhǎng)，使桿端出現(xiàn)了微小位移，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)微小波動(dòng)。這樣大大加深學(xué)生對(duì)曲線形狀的理解。同時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注此階段圖上應(yīng)變值明顯增加的位置，讓學(xué)生回憶此點(diǎn)是什么點(diǎn)。有學(xué)生回答：“屈服點(diǎn)”。然后接著問(wèn)：“屈服點(diǎn)有什么作用？”學(xué)生開(kāi)始回憶理論知識(shí)，想到屈服點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力就是屈服極限，進(jìn)而解決了第一個(gè)參數(shù)指標(biāo)“屈服極限”如何獲得的問(wèn)題。在強(qiáng)化階段，重點(diǎn)觀察曲線的轉(zhuǎn)折位置，以同樣方法讓學(xué)生找到“強(qiáng)度極限值”。當(dāng)進(jìn)入頸縮階段后，立刻讓學(xué)生觀察鋼筋的變化，此時(shí)，會(huì)看到鋼筋慢慢變細(xì)，最終被拉斷。

在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，通過(guò)提問(wèn)、思考、回答的方式已經(jīng)解決了如何觀察“屈服極限”“強(qiáng)度極限”兩個(gè)參數(shù)指標(biāo)。接下來(lái)重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生如何獲取剩余兩個(gè)參數(shù)指標(biāo)。首先提問(wèn)：試件延伸率的定義是什么？學(xué)生回答：延伸率是試件斷裂的長(zhǎng)度和原長(zhǎng)度的百分比。追加提問(wèn)：根據(jù)這一定義怎么獲取數(shù)據(jù)？學(xué)生思考：由于原試件標(biāo)距已知，只要獲取斷后試件標(biāo)距即可。此時(shí)只需提醒游標(biāo)卡尺的用法以及斷后試件標(biāo)距的測(cè)量方法。面積收縮率也可用同樣方法獲得。這樣通過(guò)有針對(duì)地提出問(wèn)題、重點(diǎn)觀察實(shí)驗(yàn)、引導(dǎo)思考方向、學(xué)生自主回答四個(gè)步驟，既可輕松獲取了4個(gè)參數(shù)指標(biāo)，又達(dá)到了教學(xué)相長(zhǎng)、相互促進(jìn)的目的。之后，還可以繼續(xù)提問(wèn)：“低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)為靜力實(shí)驗(yàn)，必須要保證所加荷載均勻，那么用什么方法可以達(dá)到均勻的效果？”這個(gè)問(wèn)題剛開(kāi)始看來(lái)似乎沒(méi)有頭緒，但實(shí)際并不難回答，在演示過(guò)程中已經(jīng)給了相應(yīng)提示，部分學(xué)生通過(guò)回憶可以想到“送油的速度影響荷載的大小”。那么，稍加思考便可以進(jìn)一步得到：“只要送油速度均勻，荷載便可以均勻增加?！蓖ㄟ^(guò)這些方法既讓學(xué)生牢記了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，又加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)理內(nèi)容的理解。

接下來(lái)讓學(xué)生自由分組自行實(shí)驗(yàn)，由于之前的演示實(shí)驗(yàn)已經(jīng)把相關(guān)問(wèn)題及注意事項(xiàng)用問(wèn)答的方式解決，學(xué)生印象十分深刻，因此，在自己動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)時(shí)就相對(duì)容易。分組實(shí)驗(yàn)后，接著讓學(xué)生根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)曲線圖。此時(shí)發(fā)現(xiàn)，每一組所繪制的圖像與理論圖像都存在差異?？梢宰寣W(xué)生思考：“為什么有差異？”并作為課后思考題，在下節(jié)理論課前給予正確答案。學(xué)生經(jīng)過(guò)思考，大多圍繞儀器操作誤差（送油的速度）和所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差等方面進(jìn)行回答。除了這些原因之外，重點(diǎn)提示材料本身的質(zhì)量問(wèn)題，使得最終答案更為全面。通過(guò)這些方法既可以延續(xù)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)的熱情，又避免了實(shí)驗(yàn)課學(xué)生盲目、隨意的情況發(fā)生。

三、結(jié)語(yǔ)

問(wèn)題式教學(xué)主要是針對(duì)獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生特點(diǎn)探索出的一條行之有效的方案，它不同于一二本大學(xué)教師單邊講授、學(xué)生單邊實(shí)驗(yàn)的方式，也不同于高職高專只注重動(dòng)手，而忽視理論教學(xué)的模式。通過(guò)提出問(wèn)題——思考問(wèn)題——回答問(wèn)題的方法，不僅增進(jìn)了教師與學(xué)生之間的互動(dòng)，同時(shí)也鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和思考能力，大大改善了獨(dú)立院校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

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On the teaching method of experiments of mechanics of

materials for civil engineering in independent colleges

ZHANG Xuguang， WANG Xiuzhen， LI Li， XIAO Mingkui

（City College of Science and Technology， Chongqing University， Chongqing 402160， P. R. China）

Abstract： Based on the requirement of cultivating applicationoriented talents， we concluded existent problems in the traditional teaching process and proposed some solutions by considering characteristics of independent colleges. The solutions can improve the teaching quality in the experimental teahing of mechanics of materials course in independent colleges.

Keywords： mechanics of materials； experiment； teaching method； independent colleges

（編輯梁遠(yuǎn)華）