以學生為主體的啟發(fā)式材料力學實驗課程改革

曾鳴　鄧嶸　王鈺文

[摘 要]材料力學是工科高等院校十分重要的專業(yè)基礎課，涉及機械工程、土木工程、石油工程等許多專業(yè)。針對工科高等院校材料力學實驗課程，提出以學生為主體的啟發(fā)式課程組織方法以及相應的保障措施，打破傳統(tǒng)的材料力學實驗教學模式，能使學生真正形成從“被動”向“主動”，再由“主動”到“創(chuàng)新”的轉(zhuǎn)變。

[關(guān)鍵詞]材料力學；學生主體；啟發(fā)式；方法與措施

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0031-02

材料力學是工科高等院校十分重要的專業(yè)基礎課，涉及機械工程、土木工程、石油工程等許多專業(yè)。該課程的本質(zhì)是探尋不同類型材料對于各種外力的承受能力以及內(nèi)部變化，從而進一步分析各種材料的強度、剛度和穩(wěn)定性。因此，在課堂理論教學的基礎上，它非常強調(diào)與之對應的各種材料力學性能實驗。良好的實驗教學過程，不僅能夠提高學生對基本理論知識的掌握，而且能夠激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)其分析和創(chuàng)新能力。

一、材料力學實驗課程現(xiàn)狀分析

當前的材料力學實驗教學效果不盡如人意，總體而言存在以下幾個方面的問題。1.教學模式單一。目前，材料力學實驗教學均采用傳統(tǒng)的教學模式，即教師講解實驗原理及實驗過程，之后學生分組進行實驗，最后填寫統(tǒng)一的實驗報告，獲取實驗成績。2.學生參與度和積極性不高。由于缺乏對材料力學實驗教學的認識，學生普遍存在不重視實驗的問題。由于材料力學實驗均為分組實驗，每組成員2～8人不等，因此部分學生在實驗過程中完全依賴同組其他同學，有些對于實驗原理都不甚了解。3.缺乏質(zhì)疑能力和創(chuàng)新意識。當前，高校學生的學習具有很強的惰性，一味地接受書本和教師傳授的知識。在實驗過程中，學生不會對實驗的原理或者方法展開自己獨立的思考或者提出疑問，更不會在現(xiàn)有實驗的基礎上進行更深層次的研究和創(chuàng)新。

二、材料力學實驗課程的改革方法

針對以上問題，本文就材料力學實驗課程提出以下改革思路。

（一）從被動“填鴨”式向?qū)W生主體式轉(zhuǎn)變

當前，課程教學改革大力倡導以學生為中心，培養(yǎng)學生的學習能力、質(zhì)疑能力以及創(chuàng)新能力。同樣，對于材料實驗課程，也需要從傳統(tǒng)的以教師為主的教學模式，向以學生為主體的教學模式轉(zhuǎn)變。具體實施辦法為：充分發(fā)揮學生在材料力學實驗課程中的主體作用，由學生自行分析材料力學實驗原理、參照大綱制定實驗方案、分配實驗任務、操作儀器設備、獲取試驗結(jié)果、撰寫實驗報告等。在這一系列過程中，教師的身份要由從前的“講師”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩煛?，即在學生遇到問題時以參與者的身份負責答疑解惑。同時，為督促和提高每一位學生對實驗的參與度和積極性，在實驗完成后，教師針對每一小組各隨機選取一名成員作為匯報人，對實驗原理、方法和結(jié)果等以前完全由教師講授的內(nèi)容進行講解，該名成員匯報的得分，將成為本小組最終的實驗成績。這樣不僅能夠有效地促進小組成員之間的溝通和學習，而且能夠很好地避免部分學生的惰性和依賴性。

（二）從表格式的實驗報告向小論文的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的材料力學實驗報告形式單一，學生在完成實驗后，只需將實驗結(jié)果逐一填入設計好的表格中即可。這樣的實驗報告不僅會在很大程度上限制學生的分析思考能力，而且非常容易出現(xiàn)相互抄襲的現(xiàn)象。為此，若能將格式固定的表格式實驗報告轉(zhuǎn)變?yōu)樾≌撐牡男问剑瑢母旧辖鉀Q這一問題。在材料力學實驗小論文中，學生需要簡述該實驗的實驗原理、制定實驗方案的依據(jù)、人員組織、具體實施情況、實驗結(jié)果以及本次實驗所存在問題等。教師對小論文的評分也應從單純地重視實驗結(jié)果，變成對以上各方面內(nèi)容的綜合評判。對于實驗結(jié)果不理想的學生，若能在小論文中正確地分析其原因，并且找出切實可行的解決方法，同樣能夠獲得較好的實驗成績。

（三）基礎實驗與開放實驗相結(jié)合

在當前高等院校大力倡導提高學生創(chuàng)新意識的大環(huán)境下，材料力學實驗教學應進一步向基礎實驗與開放實驗相結(jié)合的方向發(fā)展，為學生提供一個良好的實踐平臺，從而提高學生的思考、創(chuàng)新以及實際工程應用能力。開放實驗的題目，可通過三種渠道獲取。1.學生自擬。通常由3～5名學生形成實驗小組，根據(jù)材料力學課堂理論教學和基礎實驗內(nèi)容，結(jié)合自己的學習興趣，擬定相應的開放實驗題目。實驗教師為學生提供所需的實驗條件和相關(guān)理論指導，使其實驗內(nèi)容能夠順利實施。2.教師提供。以學生未來的職業(yè)和專業(yè)為導向，教師為學生提供2～3個開放實驗題目供學生進行選擇。例如，材料力學中的直梁彎曲正應力實驗，其原理是直梁彎曲時，其表面粘貼的應變片產(chǎn)生電阻變化，由應變儀將信號放大并顯示其應變情況。雖然學生在實驗儀器準備充分的情況下，大都能夠順利地完成實驗，但是很少有學生能夠親自動手粘貼應變片或者搭接電橋線路。因此，教師可以在此實驗的基礎上，提供相應的開放實驗題目，給學生提供深入學習和實踐的機會。3.研究生科研項目帶動。工科高校研究生在完成科研項目時，通常需要進行相關(guān)的實驗。例如，研究生利用力學實驗室材料試驗機進行PDC復合片壓縮實驗。在其實驗過程中，可帶領(lǐng)1～2名本科生開展相關(guān)實驗工作。這樣，不僅能夠提高本科生的學習興趣，培養(yǎng)其應用及創(chuàng)新的能力，而且能夠為他們今后的學習或者研究工作奠定基礎。

三、材料力學實驗課程改革的保障措施

為了保證以上材料力學實驗課程改革的順利實施，需要做好相應的保障工作，具體而言包括以下方面。

（一）實驗教師能力的提升

新的材料力學實驗課程組織方法，突破了傳統(tǒng)的教學模式，必然會為實驗教師帶來更多的挑戰(zhàn)。實驗教師自身的能力和素質(zhì)，很大程度上決定了材料力學課程改革的效果。傳統(tǒng)的材料力學實驗教師只需根據(jù)實驗大綱和指導書按部就班地指導學生進行相應實驗。然而改革后，實驗教師更多的是扮演“導師”的角色，參與學生的實驗，為其提供指導和幫助。這樣，勢必要求實驗教師具有更深更廣的專業(yè)基礎知識，以及輔導各類型實驗的綜合能力。為此，對于現(xiàn)有材料力學實驗教師而言，應當不斷充實自己。對于學校來說，應當吸引更多有能力的優(yōu)秀人才從事材料力學實驗教學工作，并且提供有利的條件，加強其與其他開設相關(guān)課程的高校之間的交流和學習，讓實驗教師“走出去”，把好的思路和想法“引進來”。

（二）實驗設備條件的保障

加強現(xiàn)有設備的維護和保養(yǎng)，并在此基礎上，增加新的儀器、設備的投入。目前一些學校的材料力學實驗設備，如靜態(tài)應變儀、扭轉(zhuǎn)試驗機的年代都相對比較久遠，已無法完全滿足新的材料力學實驗課程的需要。因此，對于有條件的學校，可購置一批先進的實驗設備，以保證課程改革的需求。同時，在新的材料力學課程組織模式下，應把基礎實驗與開放實驗相結(jié)合，各類型實驗設備和實驗室之間需要進一步加強協(xié)調(diào)與配合，制定相應的管理制度，這樣才能保證材料力學實驗課程改革的順利開展。

（三）給予學生創(chuàng)新實踐學分激勵

在材料力學實驗課程改革中，學生的主體地位，學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性直接影響著新的實驗課程的實施程度。只有充分調(diào)動學生的學習熱情和積極性，才能從真正意義上打破傳統(tǒng)教學模式，提高材料力學的實驗教學水平。然而，當前大學生學習具有很強的惰性，只要與學分無關(guān)的事情就不愿意去做。作為學校，恰好可以利用學生的這一特點，采用創(chuàng)新實踐學分激勵的辦法，對于材料力學基礎實驗后，成功完成相應開放實驗的學生，給予額外的學分獎勵，由此推動材料力學實驗課程改革的順利進行。

四、結(jié)語

打破常規(guī)實驗教學模式，充分發(fā)揮學生的主體作用，提高學生的學習興趣、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，是以學生為主導的啟發(fā)式材料力學實驗課程改革的關(guān)鍵。同時，需要從實驗教師、實驗設備等方面為改革的實施提供保障。本文所提出的材料力學實驗課程改革方法，也能為其他相關(guān)實驗課程的改革提供參考和思路。

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[責任編輯：陳 明]