啟發式教學在材料力學實驗教學中的運用

許 玲，黃志來

（安徽工業大學 機械工程學院 安徽 馬鞍山243002）

一、材料力學實驗教學現狀

在理工科院校，材料力學是一門非常重要的主干課程，也是一門專業基礎課程。而材料力學的實驗環節，是引導學生走出純理論的學習模式，轉變成為通過實驗方法來探索材料力學問題的學習模式。對于工科學生而言，這一學習模式的轉變非常重要，事關能否培養和提高學生的工程實踐能力，如：觀察自然現象、解決問題、總結歸納等能力。

在材料力學實驗教學環節方面，已有許多高校開展了各式各樣的教學改革，以其達到提高學生基本素質的目的。[1－5]但國內總體的教學氛圍是重理論輕實驗，甚至在許多實驗教學人員本身都認為自己的工作是從屬于理論教學。材料力學實驗教學大多是按照多年固定的教學模式，向學生傳授實驗知識和方法，使學生對實驗知識形成一種被動的接受，完全依賴于教師的講解，完成實驗全過程。從而扼殺了學生的主動性、積極性和創造性，使學生不能自主學習，其創新精神和實踐能力都不能得到充分的發揮。同時，許多學生對材料力學實驗本身就不重視，認為僅僅是為了獲得實驗數據，并寫一個大同小異的試驗報告而已。這主客觀兩方面的情況，使實驗教學很難達到真正培養學生動手能力的教學效果。在一般高等院校中，這類問題更加突出。[6]

二、啟發式教學

“啟發”一詞在中文中，源自孔子的“不憤不啟，不悱不發”，這句話就包含有啟發式教學思想。對教師而言，就是通過教學這一外因作用，調動學生的學習積極性這一內因。針對傳統的灌輸式教學的不足，啟發式教學在高等學校提倡已有多年了，也被許多學者證實行之有效。[7－8]

針對材料力學實驗教學的現狀，在當前的教學體制下，在這里運用啟發式教學方法，力圖使學生在實驗教學過程中，感受到實驗研究的樂趣，并從中領悟到尋找科學問題答案的基本思維方法，引導學生注重歸納總結問題，運用綜合思維和發散思維進行思考，通過求同思維和求異思維去尋找答案。

三、實驗課程的實施

在材料力學實驗教學過程中，我們始終以 “授之以漁”為宗旨，讓學生深入參與教學，充分發揮他們的能動性。核心思想就是，開拓學生思維角度，引導學生科學地獨立思考。針對學生遇到的問題，采取“問而不答，答而不斷”的原則。[6]“問而不答”是指提出問題但并不給出標準答案，啟示他們：“科學界不是每個問題都是有答案，也許答案有好幾個，有的到目前止也沒有找到”；“答而不斷”是指有學生給出了參考答案，但教師并不去直接判斷最后的正確如否，讓學生自己去判斷，培養他們的判斷力。下面以常溫下材料拉壓破壞實驗為例，說明如何實施啟發式教學。

（一）實驗預習

關于實驗預習，國內已經有很多重點高校實行在線模擬實驗，預習實驗步驟和內容，這種方法直觀又簡單，這對學生迅速熟悉實驗操作效果非常顯著。但這也容易誤導學生機械式的學習實驗流程，容易使實驗教學變得像流水線似的。我們還是主張以閱讀實驗指導書的方式進行預習，因為畢竟我們主要的知識來源還是閱讀書本，通過閱讀掌握新知識的能力是很重要的。實驗預習過程，要學生提交一個預習報告，引導學生將新知識進行歸納總結。預習報告形式不限，通常給一個開放性的建議，讓學生根據自己的理解，整理一個實驗流程圖，并標示出自己認為的關鍵性步驟點。學生要寫好預習報告，就得詳細了解實驗內容。這也有助于學生自主安排實驗，并把握實驗的關鍵環節。

（二）實驗過程

動手做實驗的環節是最難的，學生容易出錯的地方會有很多，但這也是培養綜合能力的好機會。首先，是進行實驗分組，以4～5人一組，每小組定一名組長，由組長負責組織，教師以提供必要的技術支持和負責實驗安全為主。這個過程能鍛煉學生的協作能力和交流能力。畢竟在現代社會，這種協作能力非常需要的。關于實驗的步驟和操作，經過小組討論后，組長向教師作出說明，教師這時進行適當的專業指導，糾正一些原則性的錯誤，并提示出一些關鍵性環節。接下來小組成員分工后，就可以開展實驗了。

當學生出現操作問題時，不要責備，這時進行反問，學生能印象更加深加，有利于引導他們積極去思考，養成反思總結的好習慣。實驗剛開始，他們將要用游標卡尺對實驗材料進行尺寸測量，這時比較容易錯的地方是不注意游標卡尺有原始誤差。對于材料拉壓破壞實驗，需要操作萬能材料實驗機，這是學生第一次操作這類大型設備，對他們而言是個考驗。所以在這個環節的一些關鍵性點，給學生設問一些問題，以引導整個實驗過程。比如：為什么要消除機器自重，不消除自重對實驗的數據是否有影響？為什么要緩慢加載，加載速率對實驗曲線有什么影響？為什么壓縮實驗結束時需要立即缷壓，打開回油閥缷壓是否能以關緊進油閥停止加載？測量延伸率時，當斷口偏離中間為什么要用斷口移中法？

在實驗過程中，盡量去調動學生的學習熱情，以達到教與學的動態平衡。對學生針對實驗的獨立構思，想做新的嘗試，盡量給以支持。

（三）實驗報告

實驗報告要求“完整、簡練、準確”；但提倡表述形式和內容可以多樣化。思路要清晰，明了即可以。可以讓學生去思考，用圖和表來表述實驗結果優點在什么方面？讓學生明白，工程問題的處理思路就是把復雜的問題簡單化，不拖泥帶水，怎么表述更加清晰，就怎么表述。

報告內容要求學生不僅包括實驗的數據，還可以寫實驗中遇到的問題，解決的過程，自己收獲了些什么，以及自己在實驗過程中犯的錯誤，理論與實踐的相同點和不同點，都可以寫進來。為了開拓學生的思維，以加深對理論知識理解，針對一些實驗現象，提出一些問題，讓學生去思考原因。

試驗中觀察到，不同材料的試樣斷裂后斷口形狀不同，鋁合金斷口是45°斜面，低碳鋼斷口呈杯口狀，而鑄鐵斷口平整。讓學生帶著下面的問題去思考：

（1）低碳鋼斷口處中間平整，其與鑄鐵的斷口相似，兩者是否都為脆性斷裂？

（2）假如第（1）問是，那么韌性材料發生脆性斷裂是怎么回事？

（3）低碳鋼的斷口邊緣呈45°，與鋁合金的斷面斜度一致，為什么這兩者的斷口形式相差這么大，導致鋁合金發生45°斜面斷裂的原因是什么？

尋找這些問題的過程，學生就會明白鋁合金與低碳鋼的變形機制完全不同，前者是螺旋滑移機制，而螺旋狀的升角對應于斷口的斜度。學會運用應力狀態分析理論去理解，當材料緊縮時，急速的塑性變形，導致緊縮部位從單向拉伸應力狀態變成了三向拉伸應力狀態。一般情況下，在任課教師的引導下，學生開始理解隨著應力狀態的改變，材料發生由韌性到脆性的轉變。

在實驗過程中，有些學生會發現，沒能觀察到低碳鋼屈服時，滑移線出現，他們會去查實并寫關于滑移線出現的先決條件。甚至有些學生對低碳鋼屈服段的波動原因很有興致。而鋁（銅）沒有明顯的屈服現象，這也同樣能激起學生的求知欲望。

實踐過程中發現，學生實驗報告曾經千篇一律的現象，有了很大的改善。

四、結語

運用啟發式教學方式，通過問題形式啟發學生，可讓學生體會到在實驗中發現問題和解決問題的樂趣，能充分調動學生的積極性，同時也促教師不斷學習，真正做到教學相長。

[1]劉雯雯，杜云海，王志，劉冰雁.材料力學實驗教學改革與創新人才培養[J].實驗室研究與探索，2013，32（6）：332－333.

[2]王瑞珍.促進師范生掌握啟發式教學的策略[J].華南師范大學學報，2010（4）：27－29.

[3]朱先奎.對加強材料力學實驗教學的認識與實踐[J].清華大學教育研究，1994（1）：63－67.

[4]劉萍華.20年來我國材料力學實驗課程教學改革文獻綜述[J].力學與實踐，2009，31（6）：67－69.

[5]吳新如，王習術.激發大學生材料力學實驗動手與分析的能動性[J].力學與實踐，2006，28（6）：81－83.

[6]黃志來.提高一般院校材料力學實驗教學效果的思索[J].大學教育，2013（8）：71－72.

[7]侯煦光.怎樣進行啟發式教學[J].高等教育研究，1997（5）：72－76.

[8]陳傳堯.啟發式教學與創造性思維的培養[J].高等教育研究，1998（5）：62－64.