地方應(yīng)用型高校工程力學實驗教學改革探索

顧國慶 佘斌

摘要：針對工程力學實驗教學在培養(yǎng)應(yīng)用型人才動手能力和創(chuàng)新能力方面的重要性，以工程力學實驗教學實踐為出發(fā)點，對工程力學實驗教學中的教學方法、內(nèi)容設(shè)置和考核形式進行了探索，尋找提高學生實驗技能，改善工程力學實驗教學質(zhì)量的有效途徑。

關(guān)鍵詞：工程力學;實驗教學;教學改革

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

一、引言

工程力學是目前地方應(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)用性較強的一門課程。一般而言，工程力學主要由靜力學和材料力學大部分內(nèi)容構(gòu)成[1，2]。工程力學實驗，即材料力學實驗，是工程力學教學的重要組成部分。學生通過在力學實驗過程中積極動腦動手操作，不僅可以加深理解工程力學課程中學到的基本理論和方法，還可以提高學生的動手能力，進一步培養(yǎng)學生分析問題，解決問題的能力和團隊協(xié)作精神。

二、工程力學實驗教學現(xiàn)狀

（一）實驗教學思想認識不足

首先從教師角度而言，部分教師往往將力學實驗教學定位成力學理論知識教學的附屬品，認為實驗安排可有可無。即使安排實驗，也存在對實驗教學不重視，投入精力不足等問題;其次從學生角度而言，學生認為實驗都是由教師事先準備好的驗證性實驗，且實驗課的主要目的是驗證、鞏固和加深理論教學的內(nèi)容，從而忽視了實驗教學在培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力等方面的重要性。

（二）實驗教學模式單一

目前，工程力學實驗教學過分注重實驗流程和實驗步驟的講解，而在培養(yǎng)學生動手操作能力方面卻顯得力不從心。另外，實驗教學基本上采用灌輸式教學方法，卻極少采用啟發(fā)式或研討式的教學方法。整個實驗過程中，學生通常處于一種被動接受的狀態(tài)，完全按照教師設(shè)定的方式進行實驗操作，致使學生只會動手不會動腦，參與實驗的主動性和積極性差。

（三）實驗教學內(nèi)容更新不夠

傳統(tǒng)的工程力學實驗教學內(nèi)容都偏重于比較經(jīng)典的驗證性實驗，缺乏具有工程應(yīng)用背景和實用性強的實驗內(nèi)容。這顯然不利于激起學生學習的興趣和熱情，致使實驗教學形式化、程序化，也不利于學生將所學力學知識用于解決具體工程實際問題。

三、實驗教學改革

（一）轉(zhuǎn)變實驗教學觀念

要改變重理論而輕實驗的觀念。工程力學作為一門應(yīng)用型專業(yè)基礎(chǔ)課程，教師首先要轉(zhuǎn)變理論教學高于實驗教學的思想，扭轉(zhuǎn)實驗教學附屬論的觀念;其次，教師在強調(diào)工程力學理論知識教學的同時應(yīng)當使學生明確工程力學實驗教學在整個課程設(shè)置中的地位和作用。實踐是理論的源泉，是檢驗真理的唯一標準。理論是實踐的總結(jié)和升華，從理論到實踐，從實踐到理論，是掌握、探索和創(chuàng)新知識的基本規(guī)律和途徑[3]。因此，工程力學理論教學和實驗教學的關(guān)系并不是主從附屬關(guān)系，而是相互獨立、相互依存、相互促進的同一教學體系的兩個方面。

（二）改革實驗教學方法

傳統(tǒng)的灌輸式教學方式不利于學生主體性地位的體現(xiàn)，也不利于學習主動性的充分發(fā)揮。必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育觀念，建立以學生為中心的實驗教學方法，激發(fā)學生實驗操作的興趣和激情，從而改變學生被動參與實驗的狀況。例如在“電測法測薄壁圓筒彎扭組合變形時主應(yīng)力”實驗中，實驗指導教師可以根據(jù)實驗課時的安排，有選擇性地將某些內(nèi)容通過翻轉(zhuǎn)課堂的形式完全交由學生自己完成。教師可以讓學生講解實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒灢襟E和實驗設(shè)備等，對于其未提到的內(nèi)容可作進一步補充和說明。學生嘗試著按照自己對實驗的理解進行講解，不僅充分發(fā)揮了學生的主觀能動性，還調(diào)動了學生參與實驗的積極性。采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學方式，教師可以引導學生認真對待實驗中的問題，運用已學知識分析、判斷故障類型并進行診斷。通過在實驗教學中采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學方式，培養(yǎng)了學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力，也培養(yǎng)了學生的動手操作能力。[3]

另外，教師還可采用啟發(fā)式教學方式，積極引導學生對某些實驗現(xiàn)象進行解釋和分析。這既讓學生初步嘗到了科學實驗研究和探索的樂趣，又增強了學生對實驗課的興趣。例如在“低碳鋼軸向拉伸”實驗中，低碳鋼試件在經(jīng)歷屈服階段時會在試件表面出現(xiàn)45°滑移線的實驗現(xiàn)象。實驗教師可以采用啟發(fā)式教學方式引導學生對這一實驗現(xiàn)象進行解釋，而不是簡單地告知學生產(chǎn)生滑移線的原因。學生在利用斜截面上應(yīng)力分布的有關(guān)知識進行實驗現(xiàn)象解釋的同時進一步貫徹了“學以致用，理論聯(lián)系實際”的教學思維。實驗過程中，教師強調(diào)實踐作用，讓學生自己動手進行實驗，培養(yǎng)其動手操作能力，強調(diào)需要觀察的實驗現(xiàn)象和需要記錄的原始數(shù)據(jù)，這樣做學生充分發(fā)揮學習的主動性，興趣濃厚，實驗效果極佳。

（三）更新實驗教學內(nèi)容

實驗是科學理論的源泉，也是工程技術(shù)的基礎(chǔ)[4]。當前在我校向地方應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型的過程中，現(xiàn)行采用的經(jīng)典實驗內(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。只有通過課程改革，增設(shè)具有工程應(yīng)用背景和實用性強的實驗內(nèi)容，才能使學生充分掌握主要的教學內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣。因此，為了既能發(fā)揮學生的主觀能動性，又能使學生將主要的實驗教學內(nèi)容掌握好，滿足工程實踐的要求，我們根據(jù)工程力學實驗內(nèi)容的特點，對實驗內(nèi)容作了適當?shù)母潞头诸悺嶒瀮?nèi)容主要劃分為三個層次，對不同的實驗內(nèi)容采用不同的實驗方式進行教學。第一層次實驗：拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲等驗證性實驗。如金屬材料的拉壓實驗中，學生從比較直觀的拉壓曲線說明來了解和掌握實驗的主要內(nèi)容，結(jié)合實驗具體過程，逐步掌握實驗。第二層次實驗：彈性模量測量、泊松比測量等設(shè)計性實驗。要求學生根據(jù)實驗?zāi)康莫毩⒃O(shè)計實驗方案，自選裝置，自選測點，自選應(yīng)變片，設(shè)計電橋，測取實驗數(shù)據(jù)，完成實驗。目前工程力學實驗內(nèi)容都是采用電阻應(yīng)變片測量，但考慮到某些情況下試件表面是無法精確布置應(yīng)變片的。因此為了更好地開闊學生的視野，激發(fā)學生的興趣，我們增設(shè)了第三層次實驗，即光測力學實驗。光測力學測量方法是另一種重要的力學實驗測量方法，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)合科研課題對學生增設(shè)基于激光散斑干涉法的小孔應(yīng)力集中分布測量實驗和基于數(shù)字圖像相關(guān)法的三點彎曲梁正應(yīng)變和彈性模量測量實驗，并與電測法測量結(jié)果進行比較，使學生充分體會到光測方法全場測量的優(yōu)勢。

（四）改革實驗考核方式

以往，工程力學實驗成績主要是以實驗報告為主，實驗現(xiàn)場動手操作為輔相結(jié)合的考核方式給予評定的，這造成了學生當中普遍存在著“重報告，輕過程”的不良作風，使得實驗報告抄襲現(xiàn)象日益加重。對學生的實驗考核，不僅需要關(guān)注實驗成績，更要重視發(fā)掘?qū)W生的潛能。因此，有必要對工程力學實驗考核方式進行改革。學生實驗成績由出勤、實驗過程、動手操作和實驗報告等內(nèi)容構(gòu)成，將其分為平時成績和考核成績。我們對三個層次實驗的難度和綜合性設(shè)置加權(quán)系數(shù)，進行平時成績的考核，占實驗總成績的60%;考核成績根據(jù)實驗的出勤、實驗報告、翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)等內(nèi)容進行加權(quán)求和得到，占實驗總成績的40%。最終，工程力學實驗成績按一定比例計入工程力學期末總成績。對不做實驗的學生，取消其期末考試資格。實驗成績不合格的學生，必須重新做實驗。

四、結(jié)語

工程力學實驗教學改革的目的是為了監(jiān)控實驗教學過程，改善實驗教學質(zhì)量，提高學生的實驗?zāi)芰Γ囵B(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。通過改變實驗教學觀念、改革實驗教學方式，更新實驗教學內(nèi)容以及改革實驗考核方式等各個環(huán)節(jié)，發(fā)揮教師的引導作用，激發(fā)學生的實驗興趣，體現(xiàn)學生的主體地位，培養(yǎng)學生的科學思維和科學態(tài)度，鍛煉學生的工程實踐能力，培養(yǎng)全面發(fā)展的應(yīng)用型高素質(zhì)人才。

參考文獻：

[1]范欽珊.工程力學[M].第2版.北京：清華大學出版社，2012.

[2]佘斌.工程力學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[3]王建祥，蘇枋，葛倚汀.工程力學實驗教學的改革與探索[J].實驗技術(shù)與管理，2010，27（1）：130-133.

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

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