顧國(guó)慶 佘斌

摘要：針對(duì)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)應(yīng)用型人才動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力方面的重要性，以工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的教學(xué)方法、內(nèi)容設(shè)置和考核形式進(jìn)行了探索，尋找提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，改善工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）05-0217-02

一、引言

工程力學(xué)是目前地方應(yīng)用型高校材料、金屬、交通、能源、環(huán)境等工科專業(yè)普遍開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是工程應(yīng)用性較強(qiáng)的一門課程。一般而言，工程力學(xué)主要由靜力學(xué)和材料力學(xué)大部分內(nèi)容構(gòu)成[1，2]。工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)，即材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)，是工程力學(xué)教學(xué)的重要組成部分。學(xué)生通過(guò)在力學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中積極動(dòng)腦動(dòng)手操作，不僅可以加深理解工程力學(xué)課程中學(xué)到的基本理論和方法，還可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

二、工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想認(rèn)識(shí)不足

首先從教師角度而言，部分教師往往將力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)定位成力學(xué)理論知識(shí)教學(xué)的附屬品，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)安排可有可無(wú)。即使安排實(shí)驗(yàn)，也存在對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不重視，投入精力不足等問(wèn)題;其次從學(xué)生角度而言，學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)都是由教師事先準(zhǔn)備好的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)課的主要目的是驗(yàn)證、鞏固和加深理論教學(xué)的內(nèi)容，從而忽視了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力等方面的重要性。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一

目前，工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)分注重實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)步驟的講解，而在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力方面卻顯得力不從心。另外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本上采用灌輸式教學(xué)方法，卻極少采用啟發(fā)式或研討式的教學(xué)方法。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生通常處于一種被動(dòng)接受的狀態(tài)，完全按照教師設(shè)定的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，致使學(xué)生只會(huì)動(dòng)手不會(huì)動(dòng)腦，參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性差。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更新不夠

傳統(tǒng)的工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容都偏重于比較經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏具有工程應(yīng)用背景和實(shí)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這顯然不利于激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，致使實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式化、程序化，也不利于學(xué)生將所學(xué)力學(xué)知識(shí)用于解決具體工程實(shí)際問(wèn)題。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

（一）轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念

要改變重理論而輕實(shí)驗(yàn)的觀念。工程力學(xué)作為一門應(yīng)用型專業(yè)基礎(chǔ)課程，教師首先要轉(zhuǎn)變理論教學(xué)高于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思想，扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬論的觀念;其次，教師在強(qiáng)調(diào)工程力學(xué)理論知識(shí)教學(xué)的同時(shí)應(yīng)當(dāng)使學(xué)生明確工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)課程設(shè)置中的地位和作用。實(shí)踐是理論的源泉，是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。理論是實(shí)踐的總結(jié)和升華，從理論到實(shí)踐，從實(shí)踐到理論，是掌握、探索和創(chuàng)新知識(shí)的基本規(guī)律和途徑[3]。因此，工程力學(xué)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)系并不是主從附屬關(guān)系，而是相互獨(dú)立、相互依存、相互促進(jìn)的同一教學(xué)體系的兩個(gè)方面。

（二）改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式不利于學(xué)生主體性地位的體現(xiàn)，也不利于學(xué)習(xí)主動(dòng)性的充分發(fā)揮。必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育觀念，建立以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的興趣和激情，從而改變學(xué)生被動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)的狀況。例如在“電測(cè)法測(cè)薄壁圓筒彎扭組合變形時(shí)主應(yīng)力”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)課時(shí)的安排，有選擇性地將某些內(nèi)容通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂的形式完全交由學(xué)生自己完成。教師可以讓學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等，對(duì)于其未提到的內(nèi)容可作進(jìn)一步補(bǔ)充和說(shuō)明。學(xué)生嘗試著按照自己對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解進(jìn)行講解，不僅充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，還調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式，教師可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，運(yùn)用已學(xué)知識(shí)分析、判斷故障類型并進(jìn)行診斷。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。[3]

另外，教師還可采用啟發(fā)式教學(xué)方式，積極引導(dǎo)學(xué)生對(duì)某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋和分析。這既讓學(xué)生初步嘗到了科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和探索的樂(lè)趣，又增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣。例如在“低碳鋼軸向拉伸”實(shí)驗(yàn)中，低碳鋼試件在經(jīng)歷屈服階段時(shí)會(huì)在試件表面出現(xiàn)45°滑移線的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)教師可以采用啟發(fā)式教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，而不是簡(jiǎn)單地告知學(xué)生產(chǎn)生滑移線的原因。學(xué)生在利用斜截面上應(yīng)力分布的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋的同時(shí)進(jìn)一步貫徹了“學(xué)以致用，理論聯(lián)系實(shí)際”的教學(xué)思維。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師強(qiáng)調(diào)實(shí)踐作用，讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)其動(dòng)手操作能力，強(qiáng)調(diào)需要觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和需要記錄的原始數(shù)據(jù)，這樣做學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，興趣濃厚，實(shí)驗(yàn)效果極佳。

（三）更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)理論的源泉，也是工程技術(shù)的基礎(chǔ)[4]。當(dāng)前在我校向地方應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，現(xiàn)行采用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯然已不能滿足應(yīng)用型綜合素質(zhì)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。只有通過(guò)課程改革，增設(shè)具有工程應(yīng)用背景和實(shí)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，才能使學(xué)生充分掌握主要的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，為了既能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，又能使學(xué)生將主要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容掌握好，滿足工程實(shí)踐的要求，我們根據(jù)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作了適當(dāng)?shù)母潞头诸悺?shí)驗(yàn)內(nèi)容主要?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)層次，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用不同的實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行教學(xué)。第一層次實(shí)驗(yàn)：拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。如金屬材料的拉壓實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生從比較直觀的拉壓曲線說(shuō)明來(lái)了解和掌握實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容，結(jié)合實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程，逐步掌握實(shí)驗(yàn)。第二層次實(shí)驗(yàn)：彈性模量測(cè)量、泊松比測(cè)量等設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康莫?dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自選裝置，自選測(cè)點(diǎn)，自選應(yīng)變片，設(shè)計(jì)電橋，測(cè)取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)。目前工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是采用電阻應(yīng)變片測(cè)量，但考慮到某些情況下試件表面是無(wú)法精確布置應(yīng)變片的。因此為了更好地開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的興趣，我們?cè)鲈O(shè)了第三層次實(shí)驗(yàn)，即光測(cè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。光測(cè)力學(xué)測(cè)量方法是另一種重要的力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，主要包括光彈法、全息干涉法、激光散斑干涉法和數(shù)字圖像相關(guān)法等[5]。教師結(jié)合科研課題對(duì)學(xué)生增設(shè)基于激光散斑干涉法的小孔應(yīng)力集中分布測(cè)量實(shí)驗(yàn)和基于數(shù)字圖像相關(guān)法的三點(diǎn)彎曲梁正應(yīng)變和彈性模量測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并與電測(cè)法測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，使學(xué)生充分體會(huì)到光測(cè)方法全場(chǎng)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。

（四）改革實(shí)驗(yàn)考核方式

以往，工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)手操作為輔相結(jié)合的考核方式給予評(píng)定的，這造成了學(xué)生當(dāng)中普遍存在著“重報(bào)告，輕過(guò)程”的不良作風(fēng)，使得實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象日益加重。對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)考核，不僅需要關(guān)注實(shí)驗(yàn)成績(jī)，更要重視發(fā)掘?qū)W生的潛能。因此，有必要對(duì)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核方式進(jìn)行改革。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)由出勤、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、動(dòng)手操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等內(nèi)容構(gòu)成，將其分為平時(shí)成績(jī)和考核成績(jī)。我們對(duì)三個(gè)層次實(shí)驗(yàn)的難度和綜合性設(shè)置加權(quán)系數(shù)，進(jìn)行平時(shí)成績(jī)的考核，占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的60%;考核成績(jī)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的出勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)等內(nèi)容進(jìn)行加權(quán)求和得到，占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的40%。最終，工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)按一定比例計(jì)入工程力學(xué)期末總成績(jī)。對(duì)不做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，取消其期末考試資格。實(shí)驗(yàn)成績(jī)不合格的學(xué)生，必須重新做實(shí)驗(yàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的是為了監(jiān)控實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以及改革實(shí)驗(yàn)考核方式等各個(gè)環(huán)節(jié)，發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)全面發(fā)展的應(yīng)用型高素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]范欽珊.工程力學(xué)[M].第2版.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[2]佘斌.工程力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3]王建祥，蘇枋，葛倚汀.工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（1）：130-133.

[4]彭雅軒，王建國(guó).以工程力學(xué)課程為平臺(tái)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的科學(xué)思維能力[J].教育教學(xué)論壇，2015，（3）：133-134.

[5]王開福，高明慧，周克印.現(xiàn)代光測(cè)力學(xué)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2009.