基于開放式實驗教學模式的創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究與實踐

陳云信

（江漢大學機電與建筑工程學院 湖北武漢 430056）

基于開放式實驗教學模式的創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究與實踐

陳云信

（江漢大學機電與建筑工程學院 湖北武漢 430056）

針對本校材料力學實驗教學中存在的一些問題，研究和探索了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新模式。通過對實施開放式的實驗教學方式與內(nèi)容的研究，用開放式教學思想指導實驗教學整個過程，實行多種形式、相互銜接的開放式實驗教學，營造一個創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)環(huán)境，由此探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的最佳模式。為創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提供一個參考思路。

開放式；實驗教學；創(chuàng)新人才

一、前言

實驗教學是人才培養(yǎng)的需要，力學量的測試與分析技術(shù)是當代科研與工程技術(shù)人員的基本素質(zhì)之一，基礎(chǔ)力學力學實驗可以培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的能力，可以培養(yǎng)學生團隊協(xié)作能力。然而我國大多數(shù)高等院校，特別是我省普通院校的基礎(chǔ)力學實驗現(xiàn)狀是：實驗課時分配嚴重不足，并且實驗內(nèi)容大多數(shù)都是驗證性的，缺乏設(shè)計性、綜合性實驗課題。實驗設(shè)備的欠缺，導致學生實驗課動手機會很少，因此學生普遍不重視實驗課[1]。這種“保姆式”的實驗教學模式，讓學生依賴心理大，學生的力學學習的興趣不大，探索積極性不高，這種教學模式已經(jīng)完全不能激發(fā)學生的求知欲以及創(chuàng)造性，更談不上培養(yǎng)出能適應當今時代需要的創(chuàng)新型人才。

開放式實驗教學模式的思路來源于國際上一些知名大學的人才培養(yǎng)模式。近年來，這種模式逐漸被國內(nèi)一些重點院校所重視。開放式實驗教學模式是基礎(chǔ)力學實驗教學改革的一個重要方向，是基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目的的，是基礎(chǔ)力學實驗教學的一種創(chuàng)新。目前國外發(fā)達國家實驗室開放情況比較合理、完善。發(fā)展中國家實驗室開放情況不是很理想。因此構(gòu)建以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力與實踐能力為目標的開放式實驗教學模式，是高等院校實驗教學改革中亟待解決的課題和必須盡快達到的目標[2]。

二、開放式實驗教學模式的研究意義

1.實施開放式實驗教學，從內(nèi)容到方法與傳統(tǒng)實驗相比，對于學生鞏固所學知識，培養(yǎng)獨立工作能力及養(yǎng)成嚴肅認真的科學作風等方面具有明顯的優(yōu)越性，有利于完成教學目標，培養(yǎng)出適應于社會需求的具有創(chuàng)新素質(zhì)的綜合型人才。

2.開放式實驗教學尤其在高年級學生的教學中，是一種更為科學、更為先進的實驗教學模式。開放式實驗教學給參加全國周培源力學競賽的同學、畢業(yè)設(shè)計的同學或者其他對力學現(xiàn)象感興趣的同學提供了很好的實驗研究條件。

3.由于實驗教學的開放性，實驗安排非常靈活，彈性大，有利于因材施教，為學生的自由發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。

4.任課老師負責與自己課題相關(guān)的開放實驗，在輔導學生的過程中也在不斷地反思和調(diào)整教育教學方法，從而能更好地服務于教學和科研。

三、開放式實驗教學模式具體研究內(nèi)容包括：

1.把加強實驗教學資源的共享和開放作為目標，將實驗教學體系進行系統(tǒng)化、深層次的改革和建設(shè)。在儀器設(shè)備和環(huán)境設(shè)施上，以現(xiàn)有的先進的實驗儀器設(shè)備和實驗教學環(huán)境為基礎(chǔ)。根據(jù)新的教學體系及新的內(nèi)容配置實驗儀器。盡可能地發(fā)揮現(xiàn)有儀器設(shè)備的潛在能力，適當合理配置新的儀器設(shè)備，逐步建立起健全儀器設(shè)備的梯次配置，力爭能滿足各類實驗教學要求。

2.進一步完善以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為目標的開放式實驗教學模式，加強實驗教材的建設(shè)和改革力度。并適時對實驗內(nèi)容作出調(diào)整，將實驗內(nèi)容安排成“兩階段、多樣化”。

第一階段為基礎(chǔ)內(nèi)容訓練實驗；第二階段為力學綜合性或課題設(shè)計性實驗。

在第一階段中，學生必須結(jié)合所學的理論知識熟悉基本要求的實驗儀器使用方法，掌握好必要的實驗技能以及科學實驗的基本程序和方法。

在第二階段中，要求學生完成教材或者生活中力學問題應用所提出的一個綜合性或設(shè)計性實驗，實驗題目可由學生自己選擇，由實驗室提供需要的儀器設(shè)備，教師提供指導以及答疑，鼓勵部分具有創(chuàng)新能力的學生在安全的前提下進行開拓性、創(chuàng)造性實驗。綜合設(shè)計型和研究型實驗項目，采取Project實驗方式。學生自由以組合方式形成項目小組，每個項目小組從教師預先開發(fā)的Project項目庫中自主選擇一個項目，根據(jù)完成項目的要求，收集資料，結(jié)合力學專業(yè)知識，分析解決項目中涉及到的具體工程實際問題，撰寫實驗研究報告，答辯。即解決如何培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神與實驗技能的問題。

例如，可以設(shè)計應力電測法綜合實驗；任何材料在受到外力作用時，都會產(chǎn)生應力與應變。外力不同，其應力、應變也不同；同時，不同形狀、結(jié)構(gòu)的零件在受到相同的外力時，不同的位置將產(chǎn)生不同的應力與應變。應力電測法綜合實驗主要內(nèi)容：“多用途梁”的純彎曲和橫力彎曲應力測試實驗、彈性模量E和泊松比μ測定實驗、受壓元件的壓力測定實驗、偏心拉伸工程構(gòu)件的應力測試實驗、等強度梁的應力測定實驗等?！岸嘤猛玖骸钡膶嶒炑b置見圖1。

圖1 “多用途梁”的實驗裝置

學生通過對理論公式的分析，設(shè)計出不同截面或不同點的測試方案，再進行電橋的測試方案設(shè)計，實驗完成后，對測試數(shù)據(jù)進行強度問題分析與討論。通過該實驗，學生對“應力電測法”有了較為感性的認識，極大地提高了學生的動手能力與創(chuàng)新意識。

又例如2010年全國高等學?；A(chǔ)力學實驗競賽的題：如圖2所示壁厚為0.9mm的薄壁不等邊角鋼，為了方便加載，在其兩端焊接兩塊對稱的連接板，板上分布4個螺孔可以作為加載點，如圖3所示。假設(shè)C點為該角鋼的形心位置(實際加工中有微小位置偏差)。要求：測量該角鋼材料的彈性模量和泊松比、若B點在該角鋼的形心主慣性軸上，試確定B點到C點的距離、假設(shè)A-A點加載時所產(chǎn)生的彎曲符合平面彎曲條件，請實驗確定該角鋼的形心主軸方位、兩端沿D點拉伸力F=1000N時，比較角鋼長邊內(nèi)、外表面E處主應力[3]。這些都是非常典型的綜合實驗，可以培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的能力

圖2 不等邊角鋼

圖3 加載連接板

四、開放式實驗教學模式

1.建設(shè)以開放實驗教學為基礎(chǔ)、以學科優(yōu)勢為依托、以工程實踐命題為內(nèi)容、以能力培養(yǎng)為特色的實驗教學體系。用開放性教學思想指導實驗教學全過程，實行多種形式、相互銜接的開放式實驗教學，營造創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)環(huán)境，由此探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的最佳模式。為創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提供一個參考思路。

2.通過自制設(shè)備開發(fā)和傳統(tǒng)實驗改進，讓學生綜合運用所掌握的知識以及實驗技能，自主設(shè)計實驗方案，完成測試分析，從而提高了學生的自主創(chuàng)新能力、動手能力及團隊協(xié)作能力。沖破了傳統(tǒng)的力學教學模式，建立了全新的力學實驗教學體系，豐富了力學教學內(nèi)容。以學生為本，以應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為核心，實施開放式實驗教學，促進學生知識、能力、素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。增設(shè)開放性實驗，以培養(yǎng)學生個性能力。通過研究性實驗，培養(yǎng)學生初步科學研究能力。可以薄壁圓筒的彎扭組合作用下電測實驗、T型和工字型方框拉壓實驗等；又例如，單杠彎曲正應力測定，測定單杠在純彎曲時橫截面上的正應力分布，單杠示意圖見圖4，驗證平面假設(shè)理論和彎曲正應力公式。了解生活中的彎矩現(xiàn)象，讓實驗走進生活。思考：分析試驗誤差產(chǎn)生的原因、實驗中彎曲正應力大小是否受材料彈性模量E的影響、單杠的彎矩試驗與實驗室橫梁彎矩實驗方法有何不同。

圖4 單杠示意圖

3.建成網(wǎng)絡(luò)化實驗教學和實驗室管理信息平臺，實現(xiàn)網(wǎng)上輔助教學和網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理的目標。

五、總結(jié)

實施開放式實驗教學，從內(nèi)容到方法與傳統(tǒng)的實驗教學比較，在鞏固學生所學的理論知識，培養(yǎng)學生獨立思考能力以及養(yǎng)成嚴肅認真的科學作風等方面具有相當明顯的優(yōu)越性，這種教學有利于完成教學目標，能培養(yǎng)出適應社會需求的并且具有創(chuàng)新素質(zhì)的綜合型人才。開放式實驗教學尤其在高年級學生的教學中，是一種更為科學、更為先進的實驗教學模式。開放式實驗教學給參加全國周培源力學競賽的同學、畢業(yè)設(shè)計的同學或者其他對力學現(xiàn)象感興趣的同學提供了很好的實驗研究條件。

實施開放式實驗教學可以很好的為實現(xiàn)學生自主式、合作式、探究式為主的實驗教學模式提供平臺，讓學生有機會真正的經(jīng)歷科學研究的實踐過程。為創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了一個標準的研究場所和一個適宜的培養(yǎng)模式，使學生具備基本科研能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，切實提高本校學生的綜合能力。

[1]張波.《材料力學》課程教學改革探索[J].甘肅科技,2010(12).

[2]關(guān)琛,李志江,左鋒.本科生研究型開放式實驗教學的實踐與探索[J].農(nóng)產(chǎn)品加工(學刊),2011(03).

[3]2010年全國大學生基礎(chǔ)力學試驗競賽思路.網(wǎng)上資料.

Research and practice of innovative talents training mode based on open experiment teaching

Chen Yun-xin

(School of Electromechanical &Architectural Engineering,Jianghan University,Wuhan Hubei,430056, China)

Aiming at some problems of material mechanics experiment teaching of our school, study and explore the new mode of cultivation of innovative talents. Through the research of the implementation of open experimental teaching method and content, by the open teaching idea of experimental teaching of the whole process, carrying out the open experimental teaching between the various forms, create a culture environment, an innovative talents, thus to explore the best mode of innovative personnel training. Training innovative talents, provide a reference. For cultivating the students' ability of learning theory knowledge, practical engineering and applied mechanics knowledge has positive significance for solving real life problems and engineering.

Open; experimental teaching; innovative talents

C961

A

1000-9795（2014）03-0176-02

［責任編輯：劉麗杰］

2014-01-17

陳云信（1972-），女，湖北天門人，副教授，從事理論力學、材料力學等方面的教學與研究。