材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

楊創(chuàng)戰(zhàn)等

摘要：分析了材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，結(jié)合軍事院校人才培養(yǎng)需要，闡述了如何以學(xué)員創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、考核方式等方面進(jìn)行改革探索。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新能力；改革

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）24-0078-01

培養(yǎng)具有厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力、特別是具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才已成為我國高等工程教育改革的重要目標(biāo)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是材料力學(xué)教學(xué)的重要組成部分，對(duì)學(xué)員加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，提高動(dòng)手能力與科學(xué)創(chuàng)新思維能力起著積極和重要的作用。然而長期以來，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué)，重視程度不高；實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以演示性驗(yàn)證性為主；教學(xué)手段與方法單一，學(xué)員只要按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的步驟去做，就能順利測出數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)考核方式以實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為唯一依據(jù)。這些傳統(tǒng)的教學(xué)模式在一定程度上限制了學(xué)員的創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)能動(dòng)性的發(fā)揮，不利于學(xué)員的個(gè)性發(fā)展以及創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，因此對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一些有益的探索。

一、改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，注重創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)

建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容新體系，注重培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新能力。改變傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，添加更具時(shí)代特色的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)員的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。針對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)，保留了一些傳統(tǒng)經(jīng)典的基本實(shí)驗(yàn)；考慮到電測應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)理論比較成熟，且在工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析中使用廣泛，因此進(jìn)行了加強(qiáng)；另外，也積極開設(shè)了一些綜合性、設(shè)計(jì)性、前瞻性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。內(nèi)容分為三個(gè)層次：

1.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊）

此類實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)員了解不同材料的力學(xué)性能差異、熟練掌握儀器設(shè)備的操作過程，能獨(dú)立操作完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，在實(shí)驗(yàn)過程中鞏固深化理論知識(shí)。另外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還可以結(jié)合工程實(shí)際，拓展豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，可以把對(duì)外試驗(yàn)服務(wù)項(xiàng)目中，現(xiàn)場實(shí)際工程材料的檢測試驗(yàn)（諸如金屬、非金屬材料力學(xué)性能的檢測）引入實(shí)驗(yàn)室。

2.綜合性實(shí)驗(yàn)（彎扭組合實(shí)驗(yàn)、等強(qiáng)度梁實(shí)驗(yàn)、壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)等）

此類實(shí)驗(yàn)可以強(qiáng)化學(xué)員對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，并了解、掌握電測法實(shí)驗(yàn)的工作原理及各種電橋的組橋方式和使用方法。借助于多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合工程實(shí)際，讓學(xué)員更生動(dòng)具體的了解電測應(yīng)力的測試方法和手段，加深學(xué)員對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的正確認(rèn)識(shí)。

3.創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（桁架應(yīng)力綜合分析實(shí)驗(yàn)、疊梁實(shí)驗(yàn)、復(fù)合梁實(shí)驗(yàn)等）

以現(xiàn)場工程實(shí)際情況為背景，模擬現(xiàn)場實(shí)際問題，讓學(xué)員展開探索、開動(dòng)腦筋。學(xué)員可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣和能力設(shè)計(jì)不同深度的實(shí)驗(yàn)，并親自動(dòng)手完成各種實(shí)驗(yàn)。例如，根據(jù)學(xué)校操場主席臺(tái)的桁架結(jié)構(gòu)，做出相應(yīng)的桁架模型。學(xué)員可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，模擬、設(shè)計(jì)現(xiàn)場各種工況。先進(jìn)行理論計(jì)算，再進(jìn)行ANSYS的仿真計(jì)算，最后進(jìn)行試驗(yàn)測試并采集數(shù)據(jù)，把理論數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)并分析數(shù)據(jù)出現(xiàn)異同的原因，結(jié)合所學(xué)知識(shí)開動(dòng)腦筋解決問題。學(xué)員在實(shí)驗(yàn)過程中可以鍛煉發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，掌握了電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)和測試原理以及更多地了解了電橋電路在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法，加強(qiáng)自主能力培養(yǎng)

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究，采用多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法應(yīng)體現(xiàn)三個(gè)方面的轉(zhuǎn)移：

1.從單一的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以及開放式實(shí)驗(yàn)

如果說演示性實(shí)驗(yàn)是理論知識(shí)的形象化和感性認(rèn)識(shí)的增加，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是知識(shí)向能力的初步轉(zhuǎn)化，那么綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則是對(duì)學(xué)員知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面檢驗(yàn)和提高，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)“出彩”的地方。這樣才能把學(xué)員吸引到實(shí)驗(yàn)室中來，充分發(fā)揮他們的聰明才智，真正在實(shí)踐中得到鍛煉，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)搞活，把所學(xué)的知識(shí)用活，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)具備不斷發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，從而加強(qiáng)學(xué)員自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。開放實(shí)驗(yàn)室是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一次升華，它不僅延長開放時(shí)間，更包括內(nèi)容、手段、思想等的全面開放；不能孤立地看待實(shí)驗(yàn)，應(yīng)注意開放實(shí)驗(yàn)與科技創(chuàng)新相結(jié)合，與科研活動(dòng)相結(jié)合。

2.從講授實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟轉(zhuǎn)變到傳授實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)方法

在教學(xué)方法上應(yīng)從灌輸式轉(zhuǎn)向啟發(fā)式，倡導(dǎo)以學(xué)員為主體的教學(xué)理念，改變以往以教員為中心的教學(xué)模式。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教員主要講授實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)方案的選擇、實(shí)驗(yàn)步驟的確定都由學(xué)員完成，這樣學(xué)員可以自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、自行設(shè)計(jì)、自主操作、自由發(fā)揮，極大地提高了他們的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維能力。

3.從理想化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變到真實(shí)環(huán)境的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合

在校園網(wǎng)上建立了材料力學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，其建立完全改變了傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。以前采用集中授課方法講授新理論、新知識(shí)，現(xiàn)在學(xué)員通過在網(wǎng)上登錄材料力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室就可以完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的預(yù)習(xí)；以前總是為繁瑣的實(shí)驗(yàn)課預(yù)約而煩惱，現(xiàn)在學(xué)員通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)約實(shí)驗(yàn)，極大地提高了預(yù)約效率。學(xué)員可以在自主選擇的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，再由教員進(jìn)行必要的指導(dǎo)、講評(píng)和批復(fù)。

三、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，體現(xiàn)科學(xué)公正性

在實(shí)驗(yàn)考核方面，過去評(píng)價(jià)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這樣的考核存在很大的弊端。對(duì)材料力學(xué)的考核方式做了一些大膽的嘗試：

1.材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課可獨(dú)立設(shè)課，單獨(dú)考核

由于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)沒有獨(dú)立設(shè)課，而是作為材料力學(xué)課程的一部分，導(dǎo)致部分學(xué)員不重視實(shí)驗(yàn)課。為了約束不重視實(shí)驗(yàn)課的學(xué)員，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再流于形式，必須足夠重視實(shí)驗(yàn)課程。

2.改變過去以實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為實(shí)驗(yàn)考核的唯一標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)行出勤率、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及實(shí)驗(yàn)理論考試相結(jié)合的綜合性考核方法。對(duì)于實(shí)驗(yàn)考核成績的記入，考試成績（包括筆試和實(shí)際操作測試）占總成績的60%，平時(shí)成績（主要是出勤率、預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告）占總成績的40%。這樣的實(shí)驗(yàn)考核可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的全過程監(jiān)控。真正體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)成績的真實(shí)性和公正性，充分反映學(xué)員的綜合能力和創(chuàng)新能力，并同時(shí)具有可比性和可操作性。

3.針對(duì)不同類型的實(shí)驗(yàn)提出不同的考核標(biāo)準(zhǔn)

目前材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要有三大類型：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn)。因此根據(jù)課程特點(diǎn)，以及檢驗(yàn)學(xué)員的實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新開發(fā)能力的需要，針對(duì)不同類型的實(shí)驗(yàn)提出了不同的考核標(biāo)準(zhǔn)。

4.在加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程考核的同時(shí)，還須加強(qiáng)學(xué)員實(shí)踐能力的階段性考核

針對(duì)具體專業(yè)學(xué)員的學(xué)習(xí)目標(biāo)，可以在其四年學(xué)習(xí)過程中設(shè)置兩到三次實(shí)踐技能考核，分別考核學(xué)員的基本動(dòng)手能力、綜合實(shí)踐能力與創(chuàng)新開發(fā)能力。動(dòng)手能力考核可以采用實(shí)驗(yàn)操作的形式；綜合實(shí)踐能力考核可以采用抽考具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的形式；創(chuàng)新開發(fā)能力考核可以采用綜合創(chuàng)新類實(shí)踐活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。要求學(xué)員大學(xué)四年期間必須進(jìn)行一次綜合創(chuàng)新類活動(dòng)，如全國性的設(shè)計(jì)類競賽、科技創(chuàng)新活動(dòng)等。

總之，這些考核的目的是為了學(xué)員在實(shí)踐類課程教學(xué)環(huán)節(jié)中有明確的目的和任務(wù)，促使學(xué)員從實(shí)踐到理論、從感性到理性的轉(zhuǎn)變，提高實(shí)踐課的層次和實(shí)際效果，培養(yǎng)學(xué)員的力學(xué)素質(zhì)、工程素質(zhì)以及創(chuàng)新精神。

四、結(jié)束語

通過對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，提高了學(xué)員的動(dòng)手能力，激發(fā)了學(xué)員做實(shí)驗(yàn)的興趣，增強(qiáng)了學(xué)員的創(chuàng)新能力，受到了學(xué)員的歡迎。深化材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，注重工程素質(zhì)教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，是時(shí)代賦予高校教員的歷史責(zé)任。應(yīng)該積極轉(zhuǎn)變觀念，從實(shí)驗(yàn)管理體系、教學(xué)方法和手段、課程體系和內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面不斷探索、實(shí)踐，為社會(huì)培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的棟梁之才。

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（責(zé)任編輯：孫晴）