以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)分層次設(shè)計(jì)

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是強(qiáng)化理論知識，增強(qiáng)創(chuàng)新能力的一種重要的教學(xué)手段。基于目前高校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，在系統(tǒng)總結(jié)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在問題的基礎(chǔ)上，對材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分層次的設(shè)計(jì)，既滿足了課堂基本教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，又提供了鍛煉學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力的機(jī)會。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)；分層次；創(chuàng)新能力

一、 引言

材料力學(xué)是機(jī)械類專業(yè)重要的基礎(chǔ)必修課程之一，也是機(jī)械原、機(jī)械理設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械振動、機(jī)械制造等課程的基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，又與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)作為材料力學(xué)課程中的重要環(huán)節(jié)，是鍛煉學(xué)生動手能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的重要手段。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)不斷創(chuàng)新，才能滿足培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力人才的需求。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生通過實(shí)際動手操作和對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，對材料力學(xué)理論課程中的基礎(chǔ)理論和結(jié)論進(jìn)行重現(xiàn)和驗(yàn)證，又可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立解決問題的能力和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)。

二、 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的現(xiàn)狀

目前我校的材料力學(xué)及實(shí)驗(yàn)主要安排在第三學(xué)期，由于課程設(shè)置較多，材料力學(xué)及實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)被壓縮為64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)僅有6學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置為基本力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)（拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)）；材料彈性模量測定、梁純彎曲下的正應(yīng)力測定和彎扭組合變形下的正應(yīng)力測定。材料力學(xué)的理論性較強(qiáng)，公式推導(dǎo)與受力分析較多，因此在實(shí)驗(yàn)中掌握實(shí)際動手操作的基本技能，把得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果上升到理論水平加以分析，才能更深入地理解工程實(shí)際應(yīng)用。而目前的實(shí)驗(yàn)課程主要是教師進(jìn)行講解和演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行重復(fù)并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在這種模式下，學(xué)生知識被動地照抄和接受；在成績評定方面，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的成績僅為總成績的10%，理論課的考試成績占主要百分比，使得很多學(xué)生對實(shí)驗(yàn)持敷衍態(tài)度。因此，必須對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行探索和改革，設(shè)計(jì)有效的分層次實(shí)驗(yàn)方法，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。

三、 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的分層次設(shè)計(jì)

教學(xué)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)特定的教學(xué)目標(biāo)并配合教學(xué)內(nèi)容而設(shè)置的，教學(xué)實(shí)驗(yàn)通常分為幾類：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、演示性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)。這幾類實(shí)驗(yàn)分別注重于培養(yǎng)學(xué)生的不同層次的能力。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是針對課程中的基礎(chǔ)知識，例如碳鋼和鑄鐵的拉伸和壓縮性能實(shí)驗(yàn)，低碳鋼的硬度測量實(shí)驗(yàn)，低碳鋼試件的沖擊韌性實(shí)驗(yàn)等，這些基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)對應(yīng)著材料力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，是對理論知識推導(dǎo)的驗(yàn)證，難度相對較低，只需要教師進(jìn)行演示后，學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到教學(xué)目的。

綜合性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及本課程的綜合知識，目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。綜合性實(shí)驗(yàn)通過理論知識、能力、素質(zhì)的綜合訓(xùn)練與培養(yǎng)，達(dá)到掌握綜合知識、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，以及全方面思考問題的思維方式和運(yùn)用綜合的手段解決問題的能力。例如電測實(shí)驗(yàn)就是典型的綜合性力學(xué)實(shí)驗(yàn)，這個實(shí)驗(yàn)需要材料力學(xué)簡支梁純彎曲和彎扭組合變形實(shí)驗(yàn)臺，在這些實(shí)驗(yàn)臺上可測定平面狀態(tài)下的應(yīng)力分布特性。常規(guī)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)材料彈性模量測定和純彎曲梁的正應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)臺的利用率相對較低，學(xué)生的思維限制在這兩個較為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)上。分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以讓學(xué)生自選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，首先讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)原理，在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)搭建的不同類型梁，根據(jù)梁的應(yīng)力狀態(tài)布置應(yīng)變片的位置，測試并記錄數(shù)據(jù)，比較分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對理論課程內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證并加深理解。同時(shí)，在原有的電測實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，可以增加懸臂梁和薄壁圓筒的扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等，在這個層次的實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)的組織者，可以自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和操作步驟，確定解決方案。

四、 問題與思考

雖然分層次的綜合性實(shí)驗(yàn)對鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力有顯著效果，但是也有其自身的局限性。一方面由于綜合性實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長，需要很長的準(zhǔn)備階段和執(zhí)行過程，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，需要占用較多的課余時(shí)間。另一方面，實(shí)驗(yàn)條件有限，如果選擇進(jìn)行綜合性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)室的空間和實(shí)驗(yàn)臺資源有限，也會造成管理方面的壓力。開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)的目的是引導(dǎo)學(xué)生主動思考，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。因此，可以將小型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改裝，用綜合的思維進(jìn)行思考，也可以將綜合性實(shí)驗(yàn)與各類創(chuàng)新創(chuàng)意比賽進(jìn)行結(jié)合，緩和實(shí)驗(yàn)條件和課時(shí)限制的矛盾。

五、 總結(jié)

本文結(jié)合大多數(shù)高校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀，總結(jié)分析了存在的問題，并提出了以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的分層次設(shè)計(jì)方法。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)需要任課教師和實(shí)驗(yàn)課教師共同配合，并且需要學(xué)校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資金投入，改善實(shí)驗(yàn)條件。在各方面共同努力下，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程問題綜合分析解決的能力和創(chuàng)新研究能力的目的。

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作者簡介：劉婷婷，浙江省杭州市杭州電子科技大學(xué)。endprint