夏興有++鄒廣平++曲嘉

摘要：本文依據(jù)多年實驗教學(xué)經(jīng)驗，分析材料力學(xué)實驗的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，提出實驗教學(xué)改革的新理念，優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容體系，改革實驗教學(xué)方法，提高材料力學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

作為一門工科專業(yè)學(xué)生的技術(shù)基礎(chǔ)課，材料力學(xué)實驗課可以使學(xué)生對所學(xué)的力學(xué)理論有更深入的理解。該實驗課要求學(xué)生親自動手操作實驗設(shè)備，學(xué)生在上課期間還可交流學(xué)習(xí)實驗的方法，能夠培養(yǎng)大學(xué)生的動手能力以及解決實際問題的能力 。材料力學(xué)實驗內(nèi)容具有深厚的工程背景，有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際，提出、分析和解決實際工程問題的能力。然而，現(xiàn)有的教學(xué)模式、教學(xué)方法過于簡單，教學(xué)內(nèi)容陳舊，嚴重制約學(xué)生能力培養(yǎng)。為此，必須進行材料力學(xué)實驗改革，提高材料力學(xué)實驗的教學(xué)質(zhì)量。通過豐富實驗內(nèi)容等方式，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識 。

1 材料力學(xué)實驗課程主要存在的問題

材料力學(xué)實驗課程主要存在以下幾個問題：實驗內(nèi)容單調(diào)，內(nèi)容與工程實際脫節(jié)。因此學(xué)生做實驗的積極性并不高；材料力學(xué)具有豐富的內(nèi)涵知識，但學(xué)生大多對其重視程度不足；材料力學(xué)實驗內(nèi)容總體不夠豐富，尤其缺少綜合性實驗和帶有一定設(shè)計性的實驗，原有的實驗內(nèi)容操作容易、非常簡單，不能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，與大學(xué)物理以及電工等實驗相比，材料力學(xué)實驗完成實驗報告時理論計算少，學(xué)生錯誤地認為材料力學(xué)實驗不嚴謹；由于材料力學(xué)實驗的需要，很多實驗項目用都是大型的儀器和設(shè)備。實驗儀器嚴重缺乏，教學(xué)設(shè)備不能及時更新，導(dǎo)致學(xué)生分組人數(shù)過多，很多學(xué)生處于只能“看”實驗的被動局面，現(xiàn)代教學(xué)大多使用多媒體等現(xiàn)代化的技術(shù)手段，但我們的實驗教材還沒能很好地與其結(jié)合在一起。

2 材料力學(xué)實驗改革

2.1 轉(zhuǎn)變實驗教學(xué)理念

原有的實驗教學(xué)大多只重視理論教學(xué)，輕視實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，我們要摒棄這種陳舊的觀念，樹立起實驗教學(xué)與理論教學(xué)并重且協(xié)調(diào)發(fā)展的全新觀念。這種教學(xué)氛圍要在教師和學(xué)生之間形成。同時，充分認識到實驗環(huán)節(jié)在高校教學(xué)和科學(xué)研究中的重要支撐作用。

明確實驗教學(xué)的目的：實驗教學(xué)環(huán)節(jié)不僅能傳授專業(yè)知識和技能，同時能提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識，學(xué)生們運用所學(xué)的專業(yè)知識發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。提升學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，也是實驗教學(xué)的意義所在。力學(xué)教育家Stephen P.Timoshenko曾說過：“理論分析和實驗結(jié)果在材料力學(xué)研究中具有同等重要的地位，材料力學(xué)的歷史是理論和實驗二者最好的融合。”

2.2 優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容體系

充分考慮到培養(yǎng)大學(xué)生的基本實驗技能、創(chuàng)新設(shè)計能力、工程實踐能力和科學(xué)研究等能力，根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案，構(gòu)建科學(xué)嚴謹?shù)膶嵺`教學(xué)內(nèi)容體系。構(gòu)建以強化學(xué)生動手實踐能力、創(chuàng)新設(shè)計能力和自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)為核心的材料力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容體系，依據(jù)力學(xué)學(xué)科發(fā)展的需要，添加新的實驗內(nèi)容。優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容，使不同專業(yè)的學(xué)生都能享有優(yōu)質(zhì)的實驗教學(xué)資源，強化學(xué)生的基礎(chǔ)力學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)，全方位地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

構(gòu)建多個實驗教學(xué)層次。即：經(jīng)典實驗層次、綜合設(shè)計實驗層次、創(chuàng)新實驗層次和科研實驗層次。經(jīng)典實驗層次主要針對材料力學(xué)實驗中的金屬材料拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等實驗，學(xué)生掌握電子萬能試驗機和扭轉(zhuǎn)試驗機等設(shè)備的操作方法，對經(jīng)典實驗的基本原理更加熟悉，同時也能進一步地培養(yǎng)學(xué)生們觀察、記錄以及處理實驗所得數(shù)據(jù)等方面的能力；綜合設(shè)計實驗層次主要包含兩個方面：設(shè)計性和綜合性實驗。在實驗室中，學(xué)生通過進行較復(fù)雜的實驗探索及研究，可實現(xiàn)對其動手能力的進一步培養(yǎng)，同時讓學(xué)生在掌握實驗方法的同時，著重對實驗過程進行全面理解和對實驗結(jié)果進行深入的分析與探索，從而得出正確的結(jié)論；創(chuàng)新性實驗層次開設(shè)的主要目的是通過綜合運用所學(xué)知識，提高學(xué)生在解決實際生活中的工程問題能力；科研實驗層次是利用教師科研課題轉(zhuǎn)化成教學(xué)實驗項目對學(xué)生開放的一種實驗方式，對象是工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生，學(xué)生根據(jù)興趣以及畢業(yè)設(shè)計選擇研究方向和課題，進入教師科研實驗室工作，學(xué)生在這個過程中得到很好的鍛煉和提升。

2.3 改革實驗教學(xué)方法

2.3.1基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)方法

以研究型實驗為載體，為學(xué)生搭建創(chuàng)新平臺。在此過程中學(xué)生要對研究內(nèi)容有深入了解，總結(jié)搜集信息，規(guī)劃研究計劃，執(zhí)行實驗流程，記錄實驗結(jié)果，剖析處理實驗數(shù)據(jù)，最后以論文的形式呈現(xiàn)，也可以自主創(chuàng)新，通過不同的形式給出實驗結(jié)果。這種實驗研究既可以培養(yǎng)學(xué)生主動探索的精神，又能培養(yǎng)學(xué)生遇到難題時的處理能力。為了配合這種實驗教學(xué)方法的實施，力學(xué)實驗室研制和開發(fā)多種小型設(shè)備，包括“小型疲勞試驗機”“一點應(yīng)變花測量儀”和“積木式組合實驗臺”等。這些儀器的研制給學(xué)生創(chuàng)造了極大的遐想空間，使其充分發(fā)揮創(chuàng)造力，同時還能提高學(xué)生的實際操作能力。通過親身對實驗儀器的操作，學(xué)生的動手能力得到鍛煉和提高，學(xué)生通過科學(xué)的分析和嚴密的邏輯推理來得到最終的實驗結(jié)果，提升對實驗研究的總結(jié)概括能力，其意義是培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和對知識的綜合利用能力。

2.3.2基于虛擬實驗室的自主學(xué)習(xí)型實驗教學(xué)方法

為了提高學(xué)生的自主科研能力，模擬建立了材料力學(xué)的仿真實驗室。我們對虛擬仿真實驗的總體要求是盡量采用真實的實驗環(huán)境?；谶@個原則，經(jīng)典實驗和驗證型實驗不需要建設(shè)虛擬實驗，主要對實驗室開發(fā)的課題和在現(xiàn)有資源中實現(xiàn)實驗困難的項目進行模擬仿真。我們開發(fā)了十幾個實驗項目，主要集中在電測法應(yīng)用，在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境下對金屬材料進行性能測試。建立多個光測法虛擬實驗項目，光測法由于在制做模型時會釋放出有毒氣體，而且模型制作成本高，加工難道大等問題，進行虛擬實驗項目建設(shè)解決了上述問題，使兩個學(xué)時的演示實驗增加到十個學(xué)時的虛擬實驗。學(xué)生不受時間和空間限制，學(xué)生多次進行實驗，不涉及耗材等問題，實驗成本低，可反復(fù)調(diào)節(jié)，還可以進行極端條件下的實驗，增加學(xué)生對實驗深入認識和理解。其優(yōu)點是便于創(chuàng)建、費用低和掌控方便。實驗?zāi)軌蚍磸?fù)進行，學(xué)生對實驗的熟練程度也能大大提升，節(jié)省實驗操作時間。

加強學(xué)生創(chuàng)新平臺的建設(shè)是為了推進學(xué)生更好地自主學(xué)習(xí)。目前該創(chuàng)新平臺主要面對三類學(xué)生：第一種是學(xué)生自帶特定的實驗問題，到實驗室自主開展研究型工作的；第二種是學(xué)生對實驗室固定的實驗題目有興趣的；第三種是學(xué)生參與到教師的科研課題中。這類實驗研究的主要特點是：由于課題的特殊性，在該階段學(xué)生只有相關(guān)的研究課題，沒有實驗原理或?qū)嶒灢襟E作為支持，該類型的實驗研究留給學(xué)生極大的思考空間，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性。學(xué)生結(jié)合學(xué)過的專業(yè)知識技能，依據(jù)自身能力有根據(jù)地在實驗中融入自己的想法和創(chuàng)新，通過在實驗室的工作經(jīng)驗，使設(shè)想變成現(xiàn)實。這類實驗沒有既定的條框，在沒有“標準答案”的環(huán)境中，學(xué)生可以最大化地發(fā)揮自己的個性和創(chuàng)造性。

3 結(jié)束語

結(jié)合我校力學(xué)學(xué)科的創(chuàng)辦特點以及學(xué)校的辦學(xué)特色，全面推進材料力學(xué)實驗教學(xué)理念、內(nèi)容、方法、手段和模式等方面改革與深化，其目的在于提高學(xué)生分析和解決問題的能力，響應(yīng)國家培養(yǎng)全面發(fā)展的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的號召。將培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的理念始終貫穿于材料力學(xué)實驗的教學(xué)改革過程，樹立正確的實驗教學(xué)觀念，發(fā)揮實驗在培養(yǎng)創(chuàng)新人才領(lǐng)域的重要作用。

參考文獻：

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編輯/岳 鳳endprint