啟發(fā)式教學(xué)在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

許 玲，黃志來

（安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 安徽 馬鞍山243002）

一、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

在理工科院校，材料力學(xué)是一門非常重要的主干課程，也是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。而材料力學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，是引導(dǎo)學(xué)生走出純理論的學(xué)習(xí)模式，轉(zhuǎn)變成為通過實(shí)驗(yàn)方法來探索材料力學(xué)問題的學(xué)習(xí)模式。對(duì)于工科學(xué)生而言，這一學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變非常重要，事關(guān)能否培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，如：觀察自然現(xiàn)象、解決問題、總結(jié)歸納等能力。

在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)方面，已有許多高校開展了各式各樣的教學(xué)改革，以其達(dá)到提高學(xué)生基本素質(zhì)的目的。[1－5]但國內(nèi)總體的教學(xué)氛圍是重理論輕實(shí)驗(yàn)，甚至在許多實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員本身都認(rèn)為自己的工作是從屬于理論教學(xué)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多是按照多年固定的教學(xué)模式，向?qū)W生傳授實(shí)驗(yàn)知識(shí)和方法，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)形成一種被動(dòng)的接受，完全依賴于教師的講解，完成實(shí)驗(yàn)全過程。從而扼殺了學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，使學(xué)生不能自主學(xué)習(xí)，其創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力都不能得到充分的發(fā)揮。同時(shí)，許多學(xué)生對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)本身就不重視，認(rèn)為僅僅是為了獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并寫一個(gè)大同小異的試驗(yàn)報(bào)告而已。這主客觀兩方面的情況，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難達(dá)到真正培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的教學(xué)效果。在一般高等院校中，這類問題更加突出。[6]

二、啟發(fā)式教學(xué)

“啟發(fā)”一詞在中文中，源自孔子的“不憤不啟，不悱不發(fā)”，這句話就包含有啟發(fā)式教學(xué)思想。對(duì)教師而言，就是通過教學(xué)這一外因作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性這一內(nèi)因。針對(duì)傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)的不足，啟發(fā)式教學(xué)在高等學(xué)校提倡已有多年了，也被許多學(xué)者證實(shí)行之有效。[7－8]

針對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，在當(dāng)前的教學(xué)體制下，在這里運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)方法，力圖使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，感受到實(shí)驗(yàn)研究的樂趣，并從中領(lǐng)悟到尋找科學(xué)問題答案的基本思維方法，引導(dǎo)學(xué)生注重歸納總結(jié)問題，運(yùn)用綜合思維和發(fā)散思維進(jìn)行思考，通過求同思維和求異思維去尋找答案。

三、實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施

在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，我們始終以 “授之以漁”為宗旨，讓學(xué)生深入?yún)⑴c教學(xué)，充分發(fā)揮他們的能動(dòng)性。核心思想就是，開拓學(xué)生思維角度，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地獨(dú)立思考。針對(duì)學(xué)生遇到的問題，采取“問而不答，答而不斷”的原則。[6]“問而不答”是指提出問題但并不給出標(biāo)準(zhǔn)答案，啟示他們：“科學(xué)界不是每個(gè)問題都是有答案，也許答案有好幾個(gè)，有的到目前止也沒有找到”；“答而不斷”是指有學(xué)生給出了參考答案，但教師并不去直接判斷最后的正確如否，讓學(xué)生自己去判斷，培養(yǎng)他們的判斷力。下面以常溫下材料拉壓破壞實(shí)驗(yàn)為例，說明如何實(shí)施啟發(fā)式教學(xué)。

（一）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

關(guān)于實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，國內(nèi)已經(jīng)有很多重點(diǎn)高校實(shí)行在線模擬實(shí)驗(yàn)，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)容，這種方法直觀又簡單，這對(duì)學(xué)生迅速熟悉實(shí)驗(yàn)操作效果非常顯著。但這也容易誤導(dǎo)學(xué)生機(jī)械式的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)流程，容易使實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得像流水線似的。我們還是主張以閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的方式進(jìn)行預(yù)習(xí)，因?yàn)楫吘刮覀冎饕闹R(shí)來源還是閱讀書本，通過閱讀掌握新知識(shí)的能力是很重要的。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)過程，要學(xué)生提交一個(gè)預(yù)習(xí)報(bào)告，引導(dǎo)學(xué)生將新知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)。預(yù)習(xí)報(bào)告形式不限，通常給一個(gè)開放性的建議，讓學(xué)生根據(jù)自己的理解，整理一個(gè)實(shí)驗(yàn)流程圖，并標(biāo)示出自己認(rèn)為的關(guān)鍵性步驟點(diǎn)。學(xué)生要寫好預(yù)習(xí)報(bào)告，就得詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這也有助于學(xué)生自主安排實(shí)驗(yàn)，并把握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（二）實(shí)驗(yàn)過程

動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)是最難的，學(xué)生容易出錯(cuò)的地方會(huì)有很多，但這也是培養(yǎng)綜合能力的好機(jī)會(huì)。首先，是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分組，以4～5人一組，每小組定一名組長，由組長負(fù)責(zé)組織，教師以提供必要的技術(shù)支持和負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)安全為主。這個(gè)過程能鍛煉學(xué)生的協(xié)作能力和交流能力。畢竟在現(xiàn)代社會(huì)，這種協(xié)作能力非常需要的。關(guān)于實(shí)驗(yàn)的步驟和操作，經(jīng)過小組討論后，組長向教師作出說明，教師這時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶I(yè)指導(dǎo)，糾正一些原則性的錯(cuò)誤，并提示出一些關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。接下來小組成員分工后，就可以開展實(shí)驗(yàn)了。

當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)操作問題時(shí)，不要責(zé)備，這時(shí)進(jìn)行反問，學(xué)生能印象更加深加，有利于引導(dǎo)他們積極去思考，養(yǎng)成反思總結(jié)的好習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)剛開始，他們將要用游標(biāo)卡尺對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行尺寸測量，這時(shí)比較容易錯(cuò)的地方是不注意游標(biāo)卡尺有原始誤差。對(duì)于材料拉壓破壞實(shí)驗(yàn)，需要操作萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)，這是學(xué)生第一次操作這類大型設(shè)備，對(duì)他們而言是個(gè)考驗(yàn)。所以在這個(gè)環(huán)節(jié)的一些關(guān)鍵性點(diǎn)，給學(xué)生設(shè)問一些問題，以引導(dǎo)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。比如：為什么要消除機(jī)器自重，不消除自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)是否有影響？為什么要緩慢加載，加載速率對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線有什么影響？為什么壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)需要立即缷壓，打開回油閥缷壓是否能以關(guān)緊進(jìn)油閥停止加載？測量延伸率時(shí)，當(dāng)斷口偏離中間為什么要用斷口移中法？

在實(shí)驗(yàn)過程中，盡量去調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，以達(dá)到教與學(xué)的動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立構(gòu)思，想做新的嘗試，盡量給以支持。

（三）實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求“完整、簡練、準(zhǔn)確”；但提倡表述形式和內(nèi)容可以多樣化。思路要清晰，明了即可以?？梢宰寣W(xué)生去思考，用圖和表來表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)點(diǎn)在什么方面？讓學(xué)生明白，工程問題的處理思路就是把復(fù)雜的問題簡單化，不拖泥帶水，怎么表述更加清晰，就怎么表述。

報(bào)告內(nèi)容要求學(xué)生不僅包括實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，還可以寫實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，解決的過程，自己收獲了些什么，以及自己在實(shí)驗(yàn)過程中犯的錯(cuò)誤，理論與實(shí)踐的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，都可以寫進(jìn)來。為了開拓學(xué)生的思維，以加深對(duì)理論知識(shí)理解，針對(duì)一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出一些問題，讓學(xué)生去思考原因。

試驗(yàn)中觀察到，不同材料的試樣斷裂后斷口形狀不同，鋁合金斷口是45°斜面，低碳鋼斷口呈杯口狀，而鑄鐵斷口平整。讓學(xué)生帶著下面的問題去思考：

（1）低碳鋼斷口處中間平整，其與鑄鐵的斷口相似，兩者是否都為脆性斷裂？

（2）假如第（1）問是，那么韌性材料發(fā)生脆性斷裂是怎么回事？

（3）低碳鋼的斷口邊緣呈45°，與鋁合金的斷面斜度一致，為什么這兩者的斷口形式相差這么大，導(dǎo)致鋁合金發(fā)生45°斜面斷裂的原因是什么？

尋找這些問題的過程，學(xué)生就會(huì)明白鋁合金與低碳鋼的變形機(jī)制完全不同，前者是螺旋滑移機(jī)制，而螺旋狀的升角對(duì)應(yīng)于斷口的斜度。學(xué)會(huì)運(yùn)用應(yīng)力狀態(tài)分析理論去理解，當(dāng)材料緊縮時(shí)，急速的塑性變形，導(dǎo)致緊縮部位從單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)變成了三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)。一般情況下，在任課教師的引導(dǎo)下，學(xué)生開始理解隨著應(yīng)力狀態(tài)的改變，材料發(fā)生由韌性到脆性的轉(zhuǎn)變。

在實(shí)驗(yàn)過程中，有些學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，沒能觀察到低碳鋼屈服時(shí)，滑移線出現(xiàn)，他們會(huì)去查實(shí)并寫關(guān)于滑移線出現(xiàn)的先決條件。甚至有些學(xué)生對(duì)低碳鋼屈服段的波動(dòng)原因很有興致。而鋁（銅）沒有明顯的屈服現(xiàn)象，這也同樣能激起學(xué)生的求知欲望。

實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告曾經(jīng)千篇一律的現(xiàn)象，有了很大的改善。

四、結(jié)語

運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)方式，通過問題形式啟發(fā)學(xué)生，可讓學(xué)生體會(huì)到在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的樂趣，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，同時(shí)也促教師不斷學(xué)習(xí)，真正做到教學(xué)相長。

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