淺析基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)改革

裴鉆 王剛

【摘要】高等學(xué)校實驗室是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新意識的基地，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)能力的重要課堂。為了適應(yīng)現(xiàn)代實驗教學(xué)的要求，需正確認(rèn)識和處理實驗教學(xué)過程中各種因素相互影響和制約的關(guān)系，需從實驗教學(xué)體系、方法、手段及管理等方面進(jìn)行改革?；诖宋倚；A(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)改革建立了三個層次、四個模塊的綜合性實驗教學(xué)新體系，采取口試與筆試相結(jié)合、理論概念與實際操作相結(jié)合的綜合性考試新方法，采用虛擬實驗新技術(shù)及開放式的創(chuàng)新平臺管理體系。

【關(guān)鍵詞】基礎(chǔ)力學(xué)實驗 教學(xué)改革 教學(xué)體系 開放式管理

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）09-0236-02

1.引言

高等教育正逐步向著更加注重素質(zhì)與能力培養(yǎng)的方向發(fā)展，人才培養(yǎng)的目標(biāo)也由過去的知識型向著創(chuàng)新型、復(fù)合型轉(zhuǎn)變，這就要求高等學(xué)校主動、積極地適應(yīng)這種新的要求和變化， 改革與現(xiàn)代教育思想不相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)思想、教學(xué)方法和教學(xué)手段。由于十余年高校的擴(kuò)招，高校的實驗教學(xué)面積人均數(shù)、器材、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)等各方面的的保障均相對落后余擴(kuò)招的速度，減少了學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)機(jī)會。我校基礎(chǔ)力學(xué)實驗室雖在地方與中央共建、教學(xué)評估的基礎(chǔ)上對硬、軟件問題有所提高和規(guī)范，仍無法完全滿足現(xiàn)代教學(xué)的需求，存在諸多問題，需從實驗教學(xué)體系、方法、技術(shù)及管理等方面進(jìn)行改革，創(chuàng)立試驗教學(xué)新體系、新方法、新技術(shù)及開放式的管理體系，具體改革方法、內(nèi)容通過以下幾部分分別進(jìn)行闡述。

2.創(chuàng)立實驗教學(xué)新模式

為了增加學(xué)生的實踐機(jī)會及培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的學(xué)生，基礎(chǔ)力學(xué)實驗室進(jìn)行了教學(xué)改革，創(chuàng)立了基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)新模式，針對不同專業(yè)把學(xué)生分為三個層次、針對不同要求分為四種不同難度的實驗。

力學(xué)實驗教學(xué)按照不同專業(yè)的要求，實行三層次教學(xué)。其中層次一面向土木工程、勘察技術(shù)與工程等工程類專業(yè)，強(qiáng)化驗證、綜合性實驗教學(xué)，增設(shè)創(chuàng)新實驗課，實驗單獨(dú)設(shè)課，提高教學(xué)要求；層次二面向工程管理、工業(yè)設(shè)計、石油工程類等專業(yè)，重點掌握基礎(chǔ)力學(xué)實驗基本原理和測試技術(shù)，使得他們能夠初步學(xué)習(xí)力學(xué)實驗分析方法；層次三面向全校工科各專業(yè)，開設(shè)“工程力學(xué)演示及認(rèn)知實驗”課。根據(jù)實驗內(nèi)容及實驗要求不同，將實驗分為認(rèn)知性、創(chuàng)新性、驗證性、綜合性等五種的實驗。具體分類如下：

（1）驗證性實驗：主要針對教學(xué)參考書已知的實驗結(jié)論進(jìn)行驗證，看實驗結(jié)果是否與書本描述一致，讓學(xué)生掌握實驗技能的同時也鞏固了已學(xué)知識。比如做彎曲梁實驗，對于彎曲的概念和應(yīng)力分布講解，首先我們就應(yīng)想到生活生產(chǎn)過程中應(yīng)用了彎曲原理的構(gòu)件很多，例如預(yù)制板和彎曲梁同一個受力模式，從預(yù)制板的配筋情況我們就可以更深刻的理解純彎構(gòu)件應(yīng)力分布情況，把理論知識和實踐相結(jié)合開拓學(xué)生視野。

（2）綜合性設(shè)計實驗：由一系列擴(kuò)展實驗構(gòu)成。主要教學(xué)目的是使學(xué)生在掌握基本實驗技能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解、掌握工程實際以及科學(xué)研究中較為先進(jìn)的實驗技術(shù)及方法，加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)修養(yǎng)，并通過實踐教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合等方式，培養(yǎng)學(xué)生科研及創(chuàng)新能力。這類實驗也可以改變試件的材料，把低碳鋼和鑄鐵換成巖石進(jìn)行試驗，進(jìn)行分析和對比，通過實驗研究自然界中不易直接觀察到的力學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)一步掌握力學(xué)概念與力學(xué)理論，使得學(xué)生可以在實驗中學(xué)習(xí)，在實驗中研究。

（3）創(chuàng)新性實驗：這類實驗是利用已有的知識不斷突破常規(guī)，發(fā)現(xiàn)或產(chǎn)生某種新穎、獨(dú)特的事物進(jìn)行的實驗。主要包括三種類型：一是結(jié)合學(xué)科競賽的實驗，二是大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目，三是為完成科研項目進(jìn)行的創(chuàng)新性實驗。我校基礎(chǔ)力學(xué)實驗室一直對全校師生進(jìn)行開放，方便學(xué)生完成科技立項實驗及科研項目實驗，教師只起到輔導(dǎo)和指導(dǎo)作用。學(xué)生自由組建自己的實驗團(tuán)隊，完成實驗相關(guān)的設(shè)計、材料的加工、實驗的成果的分析。創(chuàng)新實驗主要激發(fā)學(xué)生潛能，開闊學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生興趣，讓枯燥的理論學(xué)生更近形象化生動化，有利于力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)的順利開展。

（4）認(rèn)知性實驗：針對不同專業(yè)的學(xué)生，根據(jù)力學(xué)規(guī)律不同，選擇與本專業(yè)相關(guān)的力學(xué)實驗，形象生動的闡述力學(xué)問題，起到提高學(xué)生對力學(xué)知識的興趣，提高運(yùn)用力學(xué)知識分析與本專業(yè)相關(guān)問題。

3.改革教學(xué)方法，開創(chuàng)研究性教學(xué)

先進(jìn)的實驗教學(xué)理念，要求正確認(rèn)識和處理實驗教學(xué)過程中各種因素的（之間）相互影響和制約的關(guān)系，從“教學(xué)實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩嶒灲虒W(xué)”。通過實驗教學(xué)，使得學(xué)生掌握實驗研究的基本方法和技能，具有獨(dú)立開展實驗研究的能力，具備向相關(guān)領(lǐng)域拓展的基本素質(zhì)。實驗教學(xué)的重點應(yīng)該從傳授知識向培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力上轉(zhuǎn)移。實驗教學(xué)主要為了活躍學(xué)生思維，激發(fā)興趣，提升學(xué)習(xí)的動力。在實驗過程中教師主要起到引導(dǎo)作用，讓學(xué)生自己設(shè)計，自由探索實驗進(jìn)程和結(jié)果，讓被動接受變?yōu)橹鲃犹剿?。在實驗教學(xué)過程中，鼓勵學(xué)生提出問題，對實驗進(jìn)行深入的討論。比如做低碳鋼和鑄鐵壓縮實驗，應(yīng)激發(fā)學(xué)生分析為什么低碳鋼壓不開裂，鑄鐵為什么是破壞沿45°，如果改變實驗條件后鑄鐵有無可能沿90°破壞，在綜合性和創(chuàng)新性實驗中，讓學(xué)生們大膽構(gòu)思，放手實踐，充分施展自己的聰明才智，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，積極探索實施途徑。比如“彈性模量和泊松比的測試”是一個不太復(fù)雜的實驗，但學(xué)生們通過自己的“琢磨”，在試樣一面貼上應(yīng)變片，在兩面貼上應(yīng)變片測試結(jié)果有何不同，善于發(fā)現(xiàn)問題，再從力學(xué)的理論和實驗的基礎(chǔ)上解決問題，提高分析問題解決問題的能力。

4.改革考試考核方法

對于目前基礎(chǔ)力學(xué)實驗室的考核辦法主要集中在實驗課上動手能力和課后實驗報告完成情況綜合考評，從目前來看效果不佳，主要因為有指導(dǎo)書后，大家厭惡實驗報告沒有新意，八股文形式。通過參加首屆全國基礎(chǔ)力學(xué)實驗大賽來看，我室應(yīng)改變目前考核辦法，針對不同的課設(shè)采取不同的考試辦法，獨(dú)立設(shè)課的采取獨(dú)立考核，實行口試與筆試相結(jié)合、理論概念與實際操作相結(jié)合的綜合性考試方法。依附理論課程的實行口試和平時動手能力考試考核辦法。學(xué)生先有一段時間的閉卷筆試，接著進(jìn)行口試，必要時還要進(jìn)行實際操作?？谠囶}目主要考試學(xué)生綜合能力和臨場應(yīng)變能力，讓學(xué)生不讀“死書”不“死讀書”，需要學(xué)生獨(dú)立思考、探索，得到高效、便捷解決辦法。筆試和口試的考題，主要結(jié)合專業(yè)背景，提煉簡化的問題。這類考試主要為了檢查學(xué)生對力學(xué)的基本概念和解決問題的基本方法的理解，又考察學(xué)生相關(guān)專業(yè)的基本技能及其綜合幾門相關(guān)專業(yè)的綜合能力，讓學(xué)生對力學(xué)、工程更深理解能讓學(xué)生增加其自身的創(chuàng)新能力。不僅要考教材上的內(nèi)容，更要給學(xué)生創(chuàng)造性思維的空間。使學(xué)生在考試中不是被動思維，而是積極思考。

5.運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)，改善硬件條件

提高實驗教學(xué)水平，硬件建設(shè)是基礎(chǔ)，這包括實驗場地和設(shè)備。我?；A(chǔ)力學(xué)實驗室在原校級巖石（材料）力學(xué)試驗室的基礎(chǔ)上，通過“2004～2006年中央與地方共建高?；A(chǔ)實驗室項目”的大力支持下，新建的基礎(chǔ)力學(xué)實驗室。通過近幾年的新實驗室的運(yùn)行情況來看我?；A(chǔ)力學(xué)實驗室，大型精密儀器存在明顯的幾點問題：（1）儀器自動化程度高，學(xué)生動手機(jī)會較少。（2）儀器精密程度高，購買單臺套費(fèi)用高。（3）精密程度高，易損壞，維修費(fèi)用高。

針對以上問題，我室采取的辦法是對驗證性實驗和綜合性實驗進(jìn)行虛擬實驗技術(shù)，本室虛擬現(xiàn)實實驗室教學(xué)系統(tǒng)是通過計算機(jī)圖形CG（Computer Graphic）技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)，將實驗室環(huán)境與器材操作模擬出來，用于學(xué)生身臨其境地瀏覽、互動操作學(xué)習(xí)。

6.建立健全開放性管理體制，建設(shè)良好的創(chuàng)新平臺

所謂實驗室開放是指學(xué)生不拘泥于課堂實驗時空限制，利用課余時間在教師的輔導(dǎo)下進(jìn)實驗室做自己喜愛的實驗、實踐活動。我們的做法是：（1）教學(xué)獨(dú)立化。在同一個實驗條件下，讓學(xué)生獨(dú)立思考、自行設(shè)計，充分發(fā)揮想象力，得到同樣實驗結(jié)果。教師主要起“引導(dǎo)”而非“指導(dǎo)”作用，使得實驗教學(xué)活動不再是千篇一律，凸顯獨(dú)立性特點。（2）管理網(wǎng)絡(luò)化。實驗室網(wǎng)絡(luò)化管理主要由滾動公告欄、實驗室簡介、新設(shè)備介紹、實驗室相關(guān)制度、實驗預(yù)約、試驗方案的設(shè)計、虛擬試驗等模塊進(jìn)行組成。除綜合性實驗安排在正常實驗課學(xué)時內(nèi)進(jìn)行，另外對具有創(chuàng)新性實驗都安排在課外進(jìn)行，讓感興趣學(xué)生有更多實踐機(jī)會，實驗安排主要通過國家級地質(zhì)工程示范中心網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行發(fā)放，學(xué)生自由選擇實驗。

實驗室開放管理不僅是制度上的開放，更重要的是實現(xiàn)創(chuàng)新平臺開放。讓學(xué)生充分利用基礎(chǔ)力學(xué)實驗室儀器設(shè)備，根據(jù)本校地學(xué)優(yōu)勢，將地學(xué)知識和力學(xué)實驗知識和結(jié)合起來，運(yùn)用到科技立項、縱向課題、實驗大賽等相關(guān)課題，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的主觀能動性。讓學(xué)生自主提出實驗?zāi)康?，編寫實驗?nèi)容，測試方式的組建，教師對其方案和方法進(jìn)行指導(dǎo)，幫助學(xué)生提高自己綜合能力和創(chuàng)新精神。

7.結(jié)論

通過基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)改革， 學(xué)生找到了心理的平衡點，端正了自己的心態(tài)， 消除了一些畏難情緒，能夠較全面地掌握所學(xué)知識。實驗教學(xué)過程就是學(xué)生把從書本上獲得的理論知識運(yùn)用于實驗中，從實驗中能提高對理論的認(rèn)識，實驗過程應(yīng)符合科學(xué)發(fā)展觀的要求。適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法對提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量起著十分重要的作用， 我們在教學(xué)中要不斷摸索， 在教學(xué)中應(yīng)注重實踐性、啟發(fā)性和科學(xué)性，有針對性地培養(yǎng)學(xué)生。

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作者簡介：

裴鉆（1980-），男，四川達(dá)州人，成都理工大學(xué)，講師，主要從事工程地質(zhì)勘察與地質(zhì)災(zāi)害方面研究。