材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的研究與改革

張博利

(中國(guó)民航大學(xué)　基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，天津　300300)

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材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的研究與改革

張博利

(中國(guó)民航大學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，天津300300)

摘要論述了材料力學(xué)課程作為工科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)課程在材料力學(xué)課程中的重要性。針對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和成績(jī)考核存在的問(wèn)題進(jìn)行了一系列的研究和改革。實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)課程的改革提高了教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生的潛能，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和動(dòng)手能力，解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及學(xué)生各方面素質(zhì)的提高有一定的作用。

關(guān)鍵詞實(shí)驗(yàn)課程；實(shí)驗(yàn)教材；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；成績(jī)考核

材料力學(xué)課程作為工科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課[1-2]，分為理論課和實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)課是材料力學(xué)課程的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生利用教學(xué)中學(xué)到的理論知識(shí)，對(duì)現(xiàn)實(shí)工程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和探討[3-4]，這對(duì)于學(xué)生今后在工作中所需要的職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，實(shí)際工作中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)有不可替代的作用。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不僅僅能讓學(xué)生對(duì)學(xué)過(guò)的理論知識(shí)有進(jìn)一步的理解，而且實(shí)驗(yàn)方法的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析和解決實(shí)際工程中遇到的問(wèn)題[5]，對(duì)于學(xué)生的動(dòng)手能力的提高起著非常重要的作用。

1材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程存在的問(wèn)題

很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，材料力學(xué)課程存在教學(xué)設(shè)備落后，實(shí)驗(yàn)教材陳舊的問(wèn)題[6]。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展較慢，主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與工程實(shí)際問(wèn)題脫節(jié)、缺乏創(chuàng)新等問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)教材都是按照本校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行編寫的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)過(guò)程都過(guò)于詳細(xì)，學(xué)生按照教材內(nèi)容即可完成實(shí)驗(yàn)，不利于發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)[7]，相關(guān)的綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課題較少。由于現(xiàn)有設(shè)備和實(shí)驗(yàn)手段都比較落后，并與現(xiàn)實(shí)中的工程背景聯(lián)系不明顯，導(dǎo)致學(xué)生在走上工作崗位后，不能迅速投入到生產(chǎn)技術(shù)和科研工作中[8]。

2材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革實(shí)踐

2.1實(shí)驗(yàn)教材的改革

中國(guó)民航大學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心通過(guò)走訪和學(xué)習(xí)其他院校的改革經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本校的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革，結(jié)合本校的專業(yè)特點(diǎn)和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源，編寫并出版了能真實(shí)反映實(shí)驗(yàn)教材改革成果的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

在教材的主體內(nèi)容上，突出以學(xué)生自學(xué)為主，教師為輔的原則[9]。在通常的理論教學(xué)中，不會(huì)提及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，并且在實(shí)驗(yàn)課前，實(shí)驗(yàn)教師也不會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間去講述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作過(guò)程和注意事項(xiàng)等問(wèn)題。這就要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前，針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，認(rèn)真預(yù)習(xí)并完成書面預(yù)習(xí)報(bào)告。

每學(xué)期在開放實(shí)驗(yàn)前提下，增加了許多擴(kuò)展內(nèi)容，豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生可選擇做一些擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并且在實(shí)驗(yàn)教材中，還增加了許多工程實(shí)例，例如桁架、超靜定結(jié)構(gòu)、機(jī)翼模型等。

在實(shí)驗(yàn)教材的編寫過(guò)程中做到以下兩點(diǎn)。

1)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中應(yīng)包含與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的介紹、使用方法和實(shí)驗(yàn)原理，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有一定了解。

2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不應(yīng)描述得太詳細(xì)，避免學(xué)生按部就班地操作，禁錮了學(xué)生的思維方式，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

實(shí)驗(yàn)教材重新編訂后，在近2年的使用過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)效果有了明顯改善。

2.2材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的改革

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

1)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，材料力學(xué)性能的破壞性實(shí)驗(yàn)，例如拉伸、扭轉(zhuǎn)和壓縮實(shí)驗(yàn)，都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)材料力學(xué)理論課中學(xué)到的材料的基本力學(xué)性能，利用現(xiàn)有的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有試驗(yàn)機(jī)均為微機(jī)控制型，所得的力學(xué)指標(biāo)可通過(guò)電腦顯示屏顯現(xiàn)出來(lái)，更加直觀化。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生了解材料的力學(xué)性能，培養(yǎng)學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一般為必修實(shí)驗(yàn)，學(xué)生結(jié)合自身的專業(yè)特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選擇。實(shí)驗(yàn)過(guò)程均采用分組實(shí)驗(yàn)，使每人都有使用試驗(yàn)機(jī)的機(jī)會(huì)，大大提高了學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的興趣，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高有一定的幫助。

2)綜合性實(shí)驗(yàn)，例如懸臂梁電測(cè)實(shí)驗(yàn)、偏心拉伸實(shí)驗(yàn)和彎扭組合實(shí)驗(yàn)等，是對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和延續(xù)。綜合性實(shí)驗(yàn)從單純的驗(yàn)證性理論轉(zhuǎn)移出來(lái)[10]，利用學(xué)生學(xué)到的理論知識(shí)，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)元件，進(jìn)行電測(cè)應(yīng)力分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。在綜合性試驗(yàn)過(guò)程中，改變了學(xué)生被動(dòng)接受的實(shí)驗(yàn)方式，學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行橋路的設(shè)計(jì)、連線、調(diào)試、測(cè)量、結(jié)果分析，培養(yǎng)了學(xué)生的主動(dòng)性，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，鍛煉了學(xué)生解決問(wèn)題的能力。綜合性實(shí)驗(yàn)往往與工程實(shí)踐應(yīng)用緊密相連，新穎的實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)用性激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)際動(dòng)手能力有較大的推動(dòng)作用。

3)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)突出學(xué)生的自主性，例如超靜定結(jié)構(gòu)、壓桿臨界壓力測(cè)定等。實(shí)驗(yàn)以工程實(shí)際為背景，學(xué)生自擬實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)方案，自行檢測(cè)和進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果分析，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這類實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生結(jié)合自身學(xué)到的理論知識(shí)與工程實(shí)際問(wèn)題融會(huì)貫通，著重培養(yǎng)對(duì)工程問(wèn)題的認(rèn)知，分析和解決工程問(wèn)題的能力，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)造性思維的開發(fā)和創(chuàng)新能力有一定的提高。

3種不同類型的實(shí)驗(yàn)，難易程度不一樣，對(duì)學(xué)生的能力要求不一樣，預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)也不一樣。我校的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不再是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)多的局面，增加了綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，貫穿到了實(shí)際教學(xué)中，收到了很好的教學(xué)效果。經(jīng)過(guò)綜合性和設(shè)計(jì)性試驗(yàn)訓(xùn)練后，學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)造性思維、運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力明顯提高。

2.3實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核

實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵，建立科學(xué)合理的考核方法，才能充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要作用[11]。

目前，許多高校的材料力學(xué)課程中的理論課和實(shí)驗(yàn)課沒(méi)有分開考核，實(shí)驗(yàn)所占的權(quán)重較小，即使沒(méi)有實(shí)驗(yàn)成績(jī)，也能拿到這門學(xué)科的學(xué)分，導(dǎo)致學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課程，不利于學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。一旦對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行單獨(dú)考核，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)成績(jī)不予考試，并且所占權(quán)重加大，會(huì)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)習(xí)潛能。

實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核不僅要反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?shí)驗(yàn)教學(xué)效果，還要包括實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作情況、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，在?yàn)證性試驗(yàn)中能否熟練使用設(shè)備，在綜合性、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)中能否獨(dú)立分析、解決問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)結(jié)論正確與否，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完整性等方面，對(duì)其中的每一項(xiàng)都應(yīng)有相應(yīng)的要求和分值，各分值的累加才能得到最后的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

2.4實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的投入

為取得材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的理想效果，需加大實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的投入[12]。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)備的數(shù)量和先進(jìn)性，直接影響實(shí)驗(yàn)效果。我校早期對(duì)液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了置換，現(xiàn)在這些試驗(yàn)機(jī)全由微機(jī)控制，操作更加簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)效果更好；并增加了很多靜態(tài)電阻應(yīng)變儀和多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)。新設(shè)備的引進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性增加，誤差減??；實(shí)驗(yàn)效果好，更能帶動(dòng)學(xué)生的積極性。

設(shè)備數(shù)量的增多，就會(huì)避免“一人做，多人看”的現(xiàn)象。

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的耗材較大，在材料力學(xué)性能驗(yàn)證性試驗(yàn)中，所有試件都是一次性的，為完成拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，每組耗材費(fèi)用70～80元?？赏ㄟ^(guò)現(xiàn)代教育技術(shù)：多媒體課件、實(shí)驗(yàn)錄像或模擬仿真完成演示實(shí)驗(yàn)，再以多名一組的方式，完成材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，這樣既可降低實(shí)驗(yàn)成本，又能達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果[13]。

3結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的最終目標(biāo)是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的各項(xiàng)綜合素質(zhì)，為學(xué)生能更好地適應(yīng)社會(huì)工作的需求提供更好的平臺(tái)。我校通過(guò)實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核方面的不斷改進(jìn)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造性思維得到提高。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)分析，解決工程問(wèn)題的能力得到提高，彰顯了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。

參 考 文 獻(xiàn)

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Research and Reform of Experiment Course in Material Mechanics

ZHANG Boli

(BasicExperimentCenter，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)

AbstractThis paper discusses the material mechanics course as a professional basic course for engineering students and analyes the importance of experimental courses in mechanics of materials course.According to the experiment teaching materials of material mechanics，experiment content and performance appraisal etc.，a series of research and reform have been carried out.The practical experience shows that reform of experimental courses to improve the quality of teaching，arouse the learning enthusiasm of students，stimulate students’ potential，on the cultivation of students’ creative thinking and practical ability，have certain effect to solve the actual problem ability and improving students’ qualities.

Key wordsexperiment course；experimental teaching materials；experiment content；performance appraisal

收稿日期:2015-01-07

作者簡(jiǎn)介：張博利(1980-)，男，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事機(jī)械電子工程方面的教學(xué)。

中圖分類號(hào)G642.423；O341；TB301

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.043