基于開放式實驗教學模式的創新人才培養的研究與實踐

陳云信

（江漢大學機電與建筑工程學院 湖北武漢 430056）

基于開放式實驗教學模式的創新人才培養的研究與實踐

陳云信

（江漢大學機電與建筑工程學院 湖北武漢 430056）

針對本校材料力學實驗教學中存在的一些問題，研究和探索了創新人才培養的新模式。通過對實施開放式的實驗教學方式與內容的研究，用開放式教學思想指導實驗教學整個過程，實行多種形式、相互銜接的開放式實驗教學，營造一個創新型人才的培養環境，由此探索創新人才培養的最佳模式。為創新人才培養，提供一個參考思路。

開放式；實驗教學；創新人才

一、前言

實驗教學是人才培養的需要，力學量的測試與分析技術是當代科研與工程技術人員的基本素質之一，基礎力學力學實驗可以培養學生創新思維的能力，可以培養學生團隊協作能力。然而我國大多數高等院校，特別是我省普通院校的基礎力學實驗現狀是：實驗課時分配嚴重不足，并且實驗內容大多數都是驗證性的，缺乏設計性、綜合性實驗課題。實驗設備的欠缺，導致學生實驗課動手機會很少，因此學生普遍不重視實驗課[1]。這種“保姆式”的實驗教學模式，讓學生依賴心理大，學生的力學學習的興趣不大，探索積極性不高，這種教學模式已經完全不能激發學生的求知欲以及創造性，更談不上培養出能適應當今時代需要的創新型人才。

開放式實驗教學模式的思路來源于國際上一些知名大學的人才培養模式。近年來，這種模式逐漸被國內一些重點院校所重視。開放式實驗教學模式是基礎力學實驗教學改革的一個重要方向，是基于創新人才培養為目的的，是基礎力學實驗教學的一種創新。目前國外發達國家實驗室開放情況比較合理、完善。發展中國家實驗室開放情況不是很理想。因此構建以培養學生創新能力與實踐能力為目標的開放式實驗教學模式，是高等院校實驗教學改革中亟待解決的課題和必須盡快達到的目標[2]。

二、開放式實驗教學模式的研究意義

1.實施開放式實驗教學，從內容到方法與傳統實驗相比，對于學生鞏固所學知識，培養獨立工作能力及養成嚴肅認真的科學作風等方面具有明顯的優越性，有利于完成教學目標，培養出適應于社會需求的具有創新素質的綜合型人才。

2.開放式實驗教學尤其在高年級學生的教學中，是一種更為科學、更為先進的實驗教學模式。開放式實驗教學給參加全國周培源力學競賽的同學、畢業設計的同學或者其他對力學現象感興趣的同學提供了很好的實驗研究條件。

3.由于實驗教學的開放性，實驗安排非常靈活，彈性大，有利于因材施教，為學生的自由發展創造了良好條件。

4.任課老師負責與自己課題相關的開放實驗，在輔導學生的過程中也在不斷地反思和調整教育教學方法，從而能更好地服務于教學和科研。

三、開放式實驗教學模式具體研究內容包括：

1.把加強實驗教學資源的共享和開放作為目標，將實驗教學體系進行系統化、深層次的改革和建設。在儀器設備和環境設施上，以現有的先進的實驗儀器設備和實驗教學環境為基礎。根據新的教學體系及新的內容配置實驗儀器。盡可能地發揮現有儀器設備的潛在能力，適當合理配置新的儀器設備，逐步建立起健全儀器設備的梯次配置，力爭能滿足各類實驗教學要求。

2.進一步完善以培養學生創新能力為目標的開放式實驗教學模式，加強實驗教材的建設和改革力度。并適時對實驗內容作出調整，將實驗內容安排成“兩階段、多樣化”。

第一階段為基礎內容訓練實驗；第二階段為力學綜合性或課題設計性實驗。

在第一階段中，學生必須結合所學的理論知識熟悉基本要求的實驗儀器使用方法，掌握好必要的實驗技能以及科學實驗的基本程序和方法。

在第二階段中，要求學生完成教材或者生活中力學問題應用所提出的一個綜合性或設計性實驗，實驗題目可由學生自己選擇，由實驗室提供需要的儀器設備，教師提供指導以及答疑，鼓勵部分具有創新能力的學生在安全的前提下進行開拓性、創造性實驗。綜合設計型和研究型實驗項目，采取Project實驗方式。學生自由以組合方式形成項目小組，每個項目小組從教師預先開發的Project項目庫中自主選擇一個項目，根據完成項目的要求，收集資料，結合力學專業知識，分析解決項目中涉及到的具體工程實際問題，撰寫實驗研究報告，答辯。即解決如何培養學生創新精神與實驗技能的問題。

例如，可以設計應力電測法綜合實驗；任何材料在受到外力作用時，都會產生應力與應變。外力不同，其應力、應變也不同；同時，不同形狀、結構的零件在受到相同的外力時，不同的位置將產生不同的應力與應變。應力電測法綜合實驗主要內容：“多用途梁”的純彎曲和橫力彎曲應力測試實驗、彈性模量E和泊松比μ測定實驗、受壓元件的壓力測定實驗、偏心拉伸工程構件的應力測試實驗、等強度梁的應力測定實驗等。“多用途梁”的實驗裝置見圖1。

圖1 “多用途梁”的實驗裝置

學生通過對理論公式的分析，設計出不同截面或不同點的測試方案，再進行電橋的測試方案設計，實驗完成后，對測試數據進行強度問題分析與討論。通過該實驗，學生對“應力電測法”有了較為感性的認識，極大地提高了學生的動手能力與創新意識。

又例如2010年全國高等學校基礎力學實驗競賽的題：如圖2所示壁厚為0.9mm的薄壁不等邊角鋼，為了方便加載，在其兩端焊接兩塊對稱的連接板，板上分布4個螺孔可以作為加載點，如圖3所示。假設C點為該角鋼的形心位置(實際加工中有微小位置偏差)。要求：測量該角鋼材料的彈性模量和泊松比、若B點在該角鋼的形心主慣性軸上，試確定B點到C點的距離、假設A-A點加載時所產生的彎曲符合平面彎曲條件，請實驗確定該角鋼的形心主軸方位、兩端沿D點拉伸力F=1000N時，比較角鋼長邊內、外表面E處主應力[3]。這些都是非常典型的綜合實驗，可以培養學生創新思維的能力

圖2 不等邊角鋼

圖3 加載連接板

四、開放式實驗教學模式

1.建設以開放實驗教學為基礎、以學科優勢為依托、以工程實踐命題為內容、以能力培養為特色的實驗教學體系。用開放性教學思想指導實驗教學全過程，實行多種形式、相互銜接的開放式實驗教學，營造創新型人才的培養環境，由此探索創新人才培養的最佳模式。為創新人才培養，提供一個參考思路。

2.通過自制設備開發和傳統實驗改進，讓學生綜合運用所掌握的知識以及實驗技能，自主設計實驗方案，完成測試分析，從而提高了學生的自主創新能力、動手能力及團隊協作能力。沖破了傳統的力學教學模式，建立了全新的力學實驗教學體系，豐富了力學教學內容。以學生為本，以應用創新型人才培養為核心，實施開放式實驗教學，促進學生知識、能力、素質的全面協調發展。增設開放性實驗，以培養學生個性能力。通過研究性實驗，培養學生初步科學研究能力。可以薄壁圓筒的彎扭組合作用下電測實驗、T型和工字型方框拉壓實驗等；又例如，單杠彎曲正應力測定，測定單杠在純彎曲時橫截面上的正應力分布，單杠示意圖見圖4，驗證平面假設理論和彎曲正應力公式。了解生活中的彎矩現象，讓實驗走進生活。思考：分析試驗誤差產生的原因、實驗中彎曲正應力大小是否受材料彈性模量E的影響、單杠的彎矩試驗與實驗室橫梁彎矩實驗方法有何不同。

圖4 單杠示意圖

3.建成網絡化實驗教學和實驗室管理信息平臺，實現網上輔助教學和網絡化、智能化管理的目標。

五、總結

實施開放式實驗教學，從內容到方法與傳統的實驗教學比較，在鞏固學生所學的理論知識，培養學生獨立思考能力以及養成嚴肅認真的科學作風等方面具有相當明顯的優越性，這種教學有利于完成教學目標，能培養出適應社會需求的并且具有創新素質的綜合型人才。開放式實驗教學尤其在高年級學生的教學中，是一種更為科學、更為先進的實驗教學模式。開放式實驗教學給參加全國周培源力學競賽的同學、畢業設計的同學或者其他對力學現象感興趣的同學提供了很好的實驗研究條件。

實施開放式實驗教學可以很好的為實現學生自主式、合作式、探究式為主的實驗教學模式提供平臺，讓學生有機會真正的經歷科學研究的實踐過程。為創新人才培養提供了一個標準的研究場所和一個適宜的培養模式，使學生具備基本科研能力，培養學生創新精神和創新能力，切實提高本校學生的綜合能力。

[1]張波.《材料力學》課程教學改革探索[J].甘肅科技,2010(12).

[2]關琛,李志江,左鋒.本科生研究型開放式實驗教學的實踐與探索[J].農產品加工(學刊),2011(03).

[3]2010年全國大學生基礎力學試驗競賽思路.網上資料.

Research and practice of innovative talents training mode based on open experiment teaching

Chen Yun-xin

(School of Electromechanical &Architectural Engineering,Jianghan University,Wuhan Hubei,430056, China)

Aiming at some problems of material mechanics experiment teaching of our school, study and explore the new mode of cultivation of innovative talents. Through the research of the implementation of open experimental teaching method and content, by the open teaching idea of experimental teaching of the whole process, carrying out the open experimental teaching between the various forms, create a culture environment, an innovative talents, thus to explore the best mode of innovative personnel training. Training innovative talents, provide a reference. For cultivating the students' ability of learning theory knowledge, practical engineering and applied mechanics knowledge has positive significance for solving real life problems and engineering.

Open; experimental teaching; innovative talents

C961

A

1000-9795（2014）03-0176-02

［責任編輯：劉麗杰］

2014-01-17

陳云信（1972-），女，湖北天門人，副教授，從事理論力學、材料力學等方面的教學與研究。