遞進探究式材料力學實驗教學模式的設計

李 梅

（湖北文理學院機械與汽車工程學院，湖北 襄陽 441053）

0 引 言

加強實踐教學,提高創(chuàng)新能力,是高校人才培養(yǎng)模式改革的重點和難點。材料力學實驗教學是涉及面較大的理工科專業(yè)的重要基礎實踐教學環(huán)節(jié),本人經過多年的教學實踐總結出一種遞進探究式實驗教學模式，對加強和改進材料力學實驗教學取得了很好的效果。

1 遞進型的“三層次”實驗教學方法介紹

在實驗內容方面，我們采取了遞進型的“三層次”實驗教學項目。第一層次：基本技能訓練（如拉伸試驗中的σs，σb，δ的測定，用電測法測材料的彈性模量E、剪切彈性模量G、彎曲正應力）此部分是基礎，要嚴格進行規(guī)范化訓練，最終要進行實際考核。第二層次：要求學生掌握實驗原理，實驗技能和實驗方法，了解實驗設計的思想方法，使實驗教學和理論教學更好地結合，為以后的研究工作打好基礎。實驗教學可以稍微超前于理論教學的相關內容，它能起到預習理論課的作用，能培養(yǎng)學生的自學能力，另外這種超前于理論課的做法還可以使實驗教師產生緊迫感，這對提高實驗教師和實驗技術人員的理論知識和教學素養(yǎng)都是有益的。第三層次：開設綜合型、設計型的實驗，此部分是對學生進行獨立思考，培養(yǎng)創(chuàng)造能力的過程，鼓勵學生獨立設計實驗方案，如動態(tài)應變的測定、材料屈服強度σ0.2的測定等。查閱資料、創(chuàng)新并獨立完成實驗，對實驗中出現(xiàn)的問題進行分析，提出解決方法。成績的最終評定可以由平日成績和實際操作進行綜合評價。通過以上的實驗教學內容的改革，材料力學實驗過程由“被動驗證”向“主動研究”轉變。學生在試驗中的角色和地位自然而然地從“被動”變?yōu)椤爸鲃印?，這有利于提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[1]。

2 “探究型”實驗教學模式的三個階段

在材料力學實驗教學的步驟方面，我們也形成了“探究型”實驗教學模式。操作過程大體分為以下三個階段。

2.1 第一階段：稱為“教師拉著學生走”

在此階段中，教師要做到4點：1）教師根據(jù)教材和課標及學生興趣的要求，選擇合適的實驗。2）教師講解、分析實驗設計的思路和方法。3）教師根據(jù)設計思路和方法進行演示實驗。4）教師選擇并布置學生要模仿的實驗主題。學生要做到2點：（1）理解和揣摩教師的實驗設計的思路和方法。（2）根據(jù)教師的要求，學生模仿設計并進行實驗。本階段的特點是：教師強化示范為主，學生領悟模仿為輔。

案例1．測材料的屈服極限σs、強度極限σb、延伸率δ和面積收縮率ψ的實驗。首先老師講解該實驗的目的，分析實驗設計思路和實驗設備的操作方法，然后進行操作演示。最后可以提出問題：比如不同的材料它們的屈服極限σs、強度極限σb、延伸率δ和面積收縮率ψ有什么不同？讓學生自己選擇不同的材料進行實驗，然后得出結論進行對比，從而明白選材的重要性。

2.2 第二階段：稱為“教師引著學生走”

在此階段中，教師要做到3點：1）教師根據(jù)教材和課標及學生興趣的要求，選擇合適的實驗主題。2）教師提供理論幫助，適時指導學生的實驗設計思路和方法。3）教師對學生的實驗進行評價。學生要做到3點：（1）學生小組討論和協(xié)商實驗設計的思路和方法。（2）學生根據(jù)教師的建議，初步進行實驗。（3）學生根據(jù)教師的實驗評價進行反思和評價。本階段的特點是：學生設計和實驗為主，教師引導和幫助為輔。

案例2．用電測法測量構件的應力和應變。教師首先講解應變片和電阻應變儀的使用方法，然后準備多種試件（不同材料和結構）讓學生自己分析按何種方向貼應變片，如何貼，都讓學生小組討論，然后定出方案。中間出現(xiàn)的現(xiàn)象也讓學生自己分析、討論，然后寫實驗分析報告。

2.3 第三階段：稱為“學生摸著石頭走”

在此階段中，教師要做到兩點：1）教師根據(jù)教材和課標及學生興趣的要求設置不同的實驗主題。2）教師對學生的實驗進行評價。學生要做到5點：（1）學生選擇自己小組感興趣的實驗主題。（2）學生小組討論和協(xié)商實驗設計的思路和方法。（3）學生獨立完成實驗的設計和操作。（4）學生根據(jù)教師的實驗評價進行反思和評價。（5）學生對教材中的實驗探究活動素材進行改進和創(chuàng)新。本階段的特點是：學生獨立設計和實驗為主，教師鼓勵和評價為輔。

案例3．關于材料的力學性能的測試這部分內容里提到材料屈服強度σ0.2的大小測定問題。工程實際中有些材料，如錳鋼、鎳鋼、青銅等，沒有明顯的屈服階段，這時就要測定屈服強度σ0.2來代替σs?？梢宰寣W生獨立設計實驗步驟和操作方法，鼓勵學生進行創(chuàng)新[2]。

3 總 結

本課題研究的效果：在課題研究中，本人發(fā)現(xiàn)當用這種教學模式上課時，師生的狀況都發(fā)生了很大的改變，具體表現(xiàn)在3個方面：1）和傳統(tǒng)教學相比，學生對材料力學的學習表現(xiàn)出了極大的興趣。在課堂上，他們的思維活躍，討論熱烈。有些學生提出的假設及驗證方案出乎本人的意料之外，但又非常合理。筆者感到，實施這種教學模式，確實對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力及培養(yǎng)學生分析問題、探討問題、解決問題的嚴謹求實的科學態(tài)度都起了很大的作用，提高了學生的綜合素質。更為重要的是，學生在探究過程中，也獲得了成就感，更加激發(fā)了學生們學習材料力學的熱情[2]。2）大大改善了師生關系。在前幾年的材料力學教學中，教師是主角，是權威，學生被迫跟著老師學，學生怕老師，師生關系時常僵持。而現(xiàn)在，教師把機會留給了學生，學生是主角，學生自主學習并從學習中感受到老師的鼓勵和分享成功的快樂。學生喜歡老師，老師喜歡學生。師生關系非常和諧，融洽。3）學生的學習能力不斷提高，學習成績不斷提高。自開展課題研究以來，通過創(chuàng)新學生的學習方式，充分體現(xiàn)了學生的主體地位，讓學生積極參與教學活動，學生的學習積極性大大提高，學習興趣越來趣濃，經過幾年的教學實驗，收效很好。

[1] 蔣永平.工程專業(yè)課實驗教學新模式的探索與實驗[J].實驗室研究與探索，2001(1)：9-11．

[2] 仇潤鶴，方建安，唐明浩，等.建立綜合實驗平臺培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索,2006(2)：141-144.