以學生為主體的啟發式材料力學實驗課程改革

曾鳴　鄧嶸　王鈺文

[摘 要]材料力學是工科高等院校十分重要的專業基礎課，涉及機械工程、土木工程、石油工程等許多專業。針對工科高等院校材料力學實驗課程，提出以學生為主體的啟發式課程組織方法以及相應的保障措施，打破傳統的材料力學實驗教學模式，能使學生真正形成從“被動”向“主動”，再由“主動”到“創新”的轉變。

[關鍵詞]材料力學；學生主體；啟發式；方法與措施

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0031-02

材料力學是工科高等院校十分重要的專業基礎課，涉及機械工程、土木工程、石油工程等許多專業。該課程的本質是探尋不同類型材料對于各種外力的承受能力以及內部變化，從而進一步分析各種材料的強度、剛度和穩定性。因此，在課堂理論教學的基礎上，它非常強調與之對應的各種材料力學性能實驗。良好的實驗教學過程，不僅能夠提高學生對基本理論知識的掌握，而且能夠激發學生的學習興趣，培養其分析和創新能力。

一、材料力學實驗課程現狀分析

當前的材料力學實驗教學效果不盡如人意，總體而言存在以下幾個方面的問題。1.教學模式單一。目前，材料力學實驗教學均采用傳統的教學模式，即教師講解實驗原理及實驗過程，之后學生分組進行實驗，最后填寫統一的實驗報告，獲取實驗成績。2.學生參與度和積極性不高。由于缺乏對材料力學實驗教學的認識，學生普遍存在不重視實驗的問題。由于材料力學實驗均為分組實驗，每組成員2～8人不等，因此部分學生在實驗過程中完全依賴同組其他同學，有些對于實驗原理都不甚了解。3.缺乏質疑能力和創新意識。當前，高校學生的學習具有很強的惰性，一味地接受書本和教師傳授的知識。在實驗過程中，學生不會對實驗的原理或者方法展開自己獨立的思考或者提出疑問，更不會在現有實驗的基礎上進行更深層次的研究和創新。

二、材料力學實驗課程的改革方法

針對以上問題，本文就材料力學實驗課程提出以下改革思路。

（一）從被動“填鴨”式向學生主體式轉變

當前，課程教學改革大力倡導以學生為中心，培養學生的學習能力、質疑能力以及創新能力。同樣，對于材料實驗課程，也需要從傳統的以教師為主的教學模式，向以學生為主體的教學模式轉變。具體實施辦法為：充分發揮學生在材料力學實驗課程中的主體作用，由學生自行分析材料力學實驗原理、參照大綱制定實驗方案、分配實驗任務、操作儀器設備、獲取試驗結果、撰寫實驗報告等。在這一系列過程中，教師的身份要由從前的“講師”轉變為“導師”，即在學生遇到問題時以參與者的身份負責答疑解惑。同時，為督促和提高每一位學生對實驗的參與度和積極性，在實驗完成后，教師針對每一小組各隨機選取一名成員作為匯報人，對實驗原理、方法和結果等以前完全由教師講授的內容進行講解，該名成員匯報的得分，將成為本小組最終的實驗成績。這樣不僅能夠有效地促進小組成員之間的溝通和學習，而且能夠很好地避免部分學生的惰性和依賴性。

（二）從表格式的實驗報告向小論文的轉變

傳統的材料力學實驗報告形式單一，學生在完成實驗后，只需將實驗結果逐一填入設計好的表格中即可。這樣的實驗報告不僅會在很大程度上限制學生的分析思考能力，而且非常容易出現相互抄襲的現象。為此，若能將格式固定的表格式實驗報告轉變為小論文的形式，將會從根本上解決這一問題。在材料力學實驗小論文中，學生需要簡述該實驗的實驗原理、制定實驗方案的依據、人員組織、具體實施情況、實驗結果以及本次實驗所存在問題等。教師對小論文的評分也應從單純地重視實驗結果，變成對以上各方面內容的綜合評判。對于實驗結果不理想的學生，若能在小論文中正確地分析其原因，并且找出切實可行的解決方法，同樣能夠獲得較好的實驗成績。

（三）基礎實驗與開放實驗相結合

在當前高等院校大力倡導提高學生創新意識的大環境下，材料力學實驗教學應進一步向基礎實驗與開放實驗相結合的方向發展，為學生提供一個良好的實踐平臺，從而提高學生的思考、創新以及實際工程應用能力。開放實驗的題目，可通過三種渠道獲取。1.學生自擬。通常由3～5名學生形成實驗小組，根據材料力學課堂理論教學和基礎實驗內容，結合自己的學習興趣，擬定相應的開放實驗題目。實驗教師為學生提供所需的實驗條件和相關理論指導，使其實驗內容能夠順利實施。2.教師提供。以學生未來的職業和專業為導向，教師為學生提供2～3個開放實驗題目供學生進行選擇。例如，材料力學中的直梁彎曲正應力實驗，其原理是直梁彎曲時，其表面粘貼的應變片產生電阻變化，由應變儀將信號放大并顯示其應變情況。雖然學生在實驗儀器準備充分的情況下，大都能夠順利地完成實驗，但是很少有學生能夠親自動手粘貼應變片或者搭接電橋線路。因此，教師可以在此實驗的基礎上，提供相應的開放實驗題目，給學生提供深入學習和實踐的機會。3.研究生科研項目帶動。工科高校研究生在完成科研項目時，通常需要進行相關的實驗。例如，研究生利用力學實驗室材料試驗機進行PDC復合片壓縮實驗。在其實驗過程中，可帶領1～2名本科生開展相關實驗工作。這樣，不僅能夠提高本科生的學習興趣，培養其應用及創新的能力，而且能夠為他們今后的學習或者研究工作奠定基礎。

三、材料力學實驗課程改革的保障措施

為了保證以上材料力學實驗課程改革的順利實施，需要做好相應的保障工作，具體而言包括以下方面。

（一）實驗教師能力的提升

新的材料力學實驗課程組織方法，突破了傳統的教學模式，必然會為實驗教師帶來更多的挑戰。實驗教師自身的能力和素質，很大程度上決定了材料力學課程改革的效果。傳統的材料力學實驗教師只需根據實驗大綱和指導書按部就班地指導學生進行相應實驗。然而改革后，實驗教師更多的是扮演“導師”的角色，參與學生的實驗，為其提供指導和幫助。這樣，勢必要求實驗教師具有更深更廣的專業基礎知識，以及輔導各類型實驗的綜合能力。為此，對于現有材料力學實驗教師而言，應當不斷充實自己。對于學校來說，應當吸引更多有能力的優秀人才從事材料力學實驗教學工作，并且提供有利的條件，加強其與其他開設相關課程的高校之間的交流和學習，讓實驗教師“走出去”，把好的思路和想法“引進來”。

（二）實驗設備條件的保障

加強現有設備的維護和保養，并在此基礎上，增加新的儀器、設備的投入。目前一些學校的材料力學實驗設備，如靜態應變儀、扭轉試驗機的年代都相對比較久遠，已無法完全滿足新的材料力學實驗課程的需要。因此，對于有條件的學校，可購置一批先進的實驗設備，以保證課程改革的需求。同時，在新的材料力學課程組織模式下，應把基礎實驗與開放實驗相結合，各類型實驗設備和實驗室之間需要進一步加強協調與配合，制定相應的管理制度，這樣才能保證材料力學實驗課程改革的順利開展。

（三）給予學生創新實踐學分激勵

在材料力學實驗課程改革中，學生的主體地位，學生的積極性、主動性和創造性直接影響著新的實驗課程的實施程度。只有充分調動學生的學習熱情和積極性，才能從真正意義上打破傳統教學模式，提高材料力學的實驗教學水平。然而，當前大學生學習具有很強的惰性，只要與學分無關的事情就不愿意去做。作為學校，恰好可以利用學生的這一特點，采用創新實踐學分激勵的辦法，對于材料力學基礎實驗后，成功完成相應開放實驗的學生，給予額外的學分獎勵，由此推動材料力學實驗課程改革的順利進行。

四、結語

打破常規實驗教學模式，充分發揮學生的主體作用，提高學生的學習興趣、培養學生的創新能力，是以學生為主導的啟發式材料力學實驗課程改革的關鍵。同時，需要從實驗教師、實驗設備等方面為改革的實施提供保障。本文所提出的材料力學實驗課程改革方法，也能為其他相關實驗課程的改革提供參考和思路。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 周沙溆.工程教育認證體制下《材料力學實驗》教學改革趨勢探討[J].時代教育，2015（3）：57-58.

[2] 裴立宅，劉翠娟，樊傳剛.材料力學性能課程的教改思路[J].中國輕工教育，2010（3）：64-66.

[3] 段軍，班宇鑫，譚金蘭，肖明葵.基于應用型人才培養的材料力學課程改革研究與探討[J].課程教育研究，2015（24）：195-196.

[4] 楊錫階，王時越，李建云.力學實驗開放教學體系的構建[J].輕工設計，2011（4）：359.

[5] 毛欣煒，毛根海.實驗教學創新三步曲——開放 自助 自主[J].實驗室研究與探索，2006（7）：829-831.

[6] 程希明，王昕.漸進式系統教學方法研究[J].大學教育，2013（17）：95.

[責任編輯：陳 明]