材料力學(xué)實驗教學(xué)改革的探索與實踐

楊創(chuàng)戰(zhàn)等

摘要：分析了材料力學(xué)實驗教學(xué)中的不足，結(jié)合軍事院校人才培養(yǎng)需要，闡述了如何以學(xué)員創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心，從實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、考核方式等方面進(jìn)行改革探索。

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；創(chuàng)新能力；改革

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）24-0078-01

培養(yǎng)具有厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力、特別是具有工程實踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才已成為我國高等工程教育改革的重要目標(biāo)。材料力學(xué)實驗教學(xué)是材料力學(xué)教學(xué)的重要組成部分，對學(xué)員加深對所學(xué)理論知識的理解，提高動手能力與科學(xué)創(chuàng)新思維能力起著積極和重要的作用。然而長期以來，材料力學(xué)實驗教學(xué)附屬于理論教學(xué)，重視程度不高；實驗教學(xué)內(nèi)容以演示性驗證性為主；教學(xué)手段與方法單一，學(xué)員只要按實驗指導(dǎo)書上的步驟去做，就能順利測出數(shù)據(jù)，完成實驗；實驗考核方式以實驗報告作為唯一依據(jù)。這些傳統(tǒng)的教學(xué)模式在一定程度上限制了學(xué)員的創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)能動性的發(fā)揮，不利于學(xué)員的個性發(fā)展以及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，因此對材料力學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行了一些有益的探索。

一、改革實驗內(nèi)容，注重創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)

建立實驗教學(xué)內(nèi)容新體系，注重培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力。改變傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，添加更具時代特色的創(chuàng)新實驗內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)員的工程實踐能力和創(chuàng)新思維能力。針對材料力學(xué)實驗，保留了一些傳統(tǒng)經(jīng)典的基本實驗；考慮到電測應(yīng)力分析實驗理論比較成熟，且在工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析中使用廣泛，因此進(jìn)行了加強(qiáng)；另外，也積極開設(shè)了一些綜合性、設(shè)計性、前瞻性的實驗項目。內(nèi)容分為三個層次：

1.基礎(chǔ)實驗（拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊）

此類實驗主要是讓學(xué)員了解不同材料的力學(xué)性能差異、熟練掌握儀器設(shè)備的操作過程，能獨立操作完成整個實驗過程，在實驗過程中鞏固深化理論知識。另外，在實驗教學(xué)中還可以結(jié)合工程實際，拓展豐富實驗內(nèi)容。例如，可以把對外試驗服務(wù)項目中，現(xiàn)場實際工程材料的檢測試驗（諸如金屬、非金屬材料力學(xué)性能的檢測）引入實驗室。

2.綜合性實驗（彎扭組合實驗、等強(qiáng)度梁實驗、壓桿穩(wěn)定實驗等）

此類實驗可以強(qiáng)化學(xué)員對理論知識的理解和應(yīng)用，并了解、掌握電測法實驗的工作原理及各種電橋的組橋方式和使用方法。借助于多媒體實驗教學(xué)手段，使實驗內(nèi)容結(jié)合工程實際，讓學(xué)員更生動具體的了解電測應(yīng)力的測試方法和手段，加深學(xué)員對力學(xué)實驗的正確認(rèn)識。

3.創(chuàng)新設(shè)計性實驗（桁架應(yīng)力綜合分析實驗、疊梁實驗、復(fù)合梁實驗等）

以現(xiàn)場工程實際情況為背景，模擬現(xiàn)場實際問題，讓學(xué)員展開探索、開動腦筋。學(xué)員可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣和能力設(shè)計不同深度的實驗，并親自動手完成各種實驗。例如，根據(jù)學(xué)校操場主席臺的桁架結(jié)構(gòu)，做出相應(yīng)的桁架模型。學(xué)員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況，模擬、設(shè)計現(xiàn)場各種工況。先進(jìn)行理論計算，再進(jìn)行ANSYS的仿真計算，最后進(jìn)行試驗測試并采集數(shù)據(jù)，把理論數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)并分析數(shù)據(jù)出現(xiàn)異同的原因，結(jié)合所學(xué)知識開動腦筋解決問題。學(xué)員在實驗過程中可以鍛煉發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，掌握了電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)和測試原理以及更多地了解了電橋電路在實際工程中的應(yīng)用。

二、改進(jìn)實驗教學(xué)手段和方法，加強(qiáng)自主能力培養(yǎng)

加強(qiáng)實驗教學(xué)方法研究，采用多樣化實驗教學(xué)手段和方法。實驗教學(xué)方法應(yīng)體現(xiàn)三個方面的轉(zhuǎn)移：

1.從單一的驗證性實驗轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合設(shè)計性實驗以及開放式實驗

如果說演示性實驗是理論知識的形象化和感性認(rèn)識的增加，驗證性實驗是知識向能力的初步轉(zhuǎn)化，那么綜合性、設(shè)計性實驗則是對學(xué)員知識、能力、素質(zhì)的全面檢驗和提高，是實驗教學(xué)“出彩”的地方。這樣才能把學(xué)員吸引到實驗室中來，充分發(fā)揮他們的聰明才智，真正在實踐中得到鍛煉，把實驗教學(xué)搞活，把所學(xué)的知識用活，使實驗教學(xué)具備不斷發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動力，從而加強(qiáng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。開放實驗室是實驗教學(xué)的一次升華，它不僅延長開放時間，更包括內(nèi)容、手段、思想等的全面開放；不能孤立地看待實驗，應(yīng)注意開放實驗與科技創(chuàng)新相結(jié)合，與科研活動相結(jié)合。

2.從講授實驗原理、實驗步驟轉(zhuǎn)變到傳授實驗思想和實驗方法

在教學(xué)方法上應(yīng)從灌輸式轉(zhuǎn)向啟發(fā)式，倡導(dǎo)以學(xué)員為主體的教學(xué)理念，改變以往以教員為中心的教學(xué)模式。在實驗教學(xué)中，教員主要講授實驗原理和實驗方法，實驗方案的選擇、實驗步驟的確定都由學(xué)員完成，這樣學(xué)員可以自主學(xué)習(xí)、獨立思考、自行設(shè)計、自主操作、自由發(fā)揮，極大地提高了他們的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維能力。

3.從理想化的教學(xué)實驗轉(zhuǎn)變到真實環(huán)境的科學(xué)實驗，實現(xiàn)虛擬實驗和實物實驗有機(jī)結(jié)合

在校園網(wǎng)上建立了材料力學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室，其建立完全改變了傳統(tǒng)材料力學(xué)實驗的教學(xué)模式。以前采用集中授課方法講授新理論、新知識，現(xiàn)在學(xué)員通過在網(wǎng)上登錄材料力學(xué)虛擬實驗室就可以完成實驗內(nèi)容的預(yù)習(xí)；以前總是為繁瑣的實驗課預(yù)約而煩惱，現(xiàn)在學(xué)員通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)約實驗，極大地提高了預(yù)約效率。學(xué)員可以在自主選擇的時間內(nèi)完成實驗，再由教員進(jìn)行必要的指導(dǎo)、講評和批復(fù)。

三、改革實驗教學(xué)質(zhì)量評價體系，體現(xiàn)科學(xué)公正性

在實驗考核方面，過去評價的唯一標(biāo)準(zhǔn)是實驗報告，這樣的考核存在很大的弊端。對材料力學(xué)的考核方式做了一些大膽的嘗試：

1.材料力學(xué)實驗課可獨立設(shè)課，單獨考核

由于材料力學(xué)實驗沒有獨立設(shè)課，而是作為材料力學(xué)課程的一部分，導(dǎo)致部分學(xué)員不重視實驗課。為了約束不重視實驗課的學(xué)員，使實驗教學(xué)不再流于形式，必須足夠重視實驗課程。

2.改變過去以實驗報告作為實驗考核的唯一標(biāo)準(zhǔn)

實行出勤率、實驗態(tài)度、實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告及實驗理論考試相結(jié)合的綜合性考核方法。對于實驗考核成績的記入，考試成績（包括筆試和實際操作測試）占總成績的60%，平時成績（主要是出勤率、預(yù)習(xí)報告和實驗報告）占總成績的40%。這樣的實驗考核可以實現(xiàn)實驗教學(xué)質(zhì)量的全過程監(jiān)控。真正體現(xiàn)實驗成績的真實性和公正性，充分反映學(xué)員的綜合能力和創(chuàng)新能力，并同時具有可比性和可操作性。

3.針對不同類型的實驗提出不同的考核標(biāo)準(zhǔn)

目前材料力學(xué)實驗主要有三大類型：基礎(chǔ)性實驗、綜合設(shè)計性實驗和開放性實驗。因此根據(jù)課程特點，以及檢驗學(xué)員的實踐動手能力、綜合設(shè)計、創(chuàng)新開發(fā)能力的需要，針對不同類型的實驗提出了不同的考核標(biāo)準(zhǔn)。

4.在加強(qiáng)實驗課程考核的同時，還須加強(qiáng)學(xué)員實踐能力的階段性考核

針對具體專業(yè)學(xué)員的學(xué)習(xí)目標(biāo)，可以在其四年學(xué)習(xí)過程中設(shè)置兩到三次實踐技能考核，分別考核學(xué)員的基本動手能力、綜合實踐能力與創(chuàng)新開發(fā)能力。動手能力考核可以采用實驗操作的形式；綜合實踐能力考核可以采用抽考具體的實驗項目的形式；創(chuàng)新開發(fā)能力考核可以采用綜合創(chuàng)新類實踐活動來實現(xiàn)。要求學(xué)員大學(xué)四年期間必須進(jìn)行一次綜合創(chuàng)新類活動，如全國性的設(shè)計類競賽、科技創(chuàng)新活動等。

總之，這些考核的目的是為了學(xué)員在實踐類課程教學(xué)環(huán)節(jié)中有明確的目的和任務(wù)，促使學(xué)員從實踐到理論、從感性到理性的轉(zhuǎn)變，提高實踐課的層次和實際效果，培養(yǎng)學(xué)員的力學(xué)素質(zhì)、工程素質(zhì)以及創(chuàng)新精神。

四、結(jié)束語

通過對材料力學(xué)實驗教學(xué)的改革，提高了學(xué)員的動手能力，激發(fā)了學(xué)員做實驗的興趣，增強(qiáng)了學(xué)員的創(chuàng)新能力，受到了學(xué)員的歡迎。深化材料力學(xué)實驗教學(xué)改革，注重工程素質(zhì)教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，是時代賦予高校教員的歷史責(zé)任。應(yīng)該積極轉(zhuǎn)變觀念，從實驗管理體系、教學(xué)方法和手段、課程體系和內(nèi)容、實驗教學(xué)質(zhì)量評價等方面不斷探索、實踐，為社會培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力的棟梁之才。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：孫晴）