材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的研究與創(chuàng)新

姚勝衛(wèi) 倪維宇

摘要：本文主要對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法進(jìn)行研究，以該實(shí)驗(yàn)課程的目的為依據(jù)，分析了當(dāng)前部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法中存在的問題與不足。根據(jù)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)時(shí)間、課堂形式、授課方式以及授課內(nèi)容等方面，給出了創(chuàng)新性的教學(xué)方法，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)方法；研究創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）15-0279-02

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)[1，2]作為一門工科教育的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程[3]，對(duì)課堂教學(xué)有著重要的補(bǔ)充作用，有助于學(xué)生掌握理論應(yīng)用，鍛煉學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)新的能力，是培養(yǎng)高素質(zhì)優(yōu)秀人才的關(guān)鍵因素。

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程既然在課程中扮演著重要的角色，那么如何讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中獲得知識(shí)，培養(yǎng)能力，就成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的一個(gè)難點(diǎn)?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》提出，以信息化引領(lǐng)教育理念和教育模式的創(chuàng)新，充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的支撐與引領(lǐng)作用。[4]本文正是基于此，對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程授課方法進(jìn)行分析，在教學(xué)方法中提出幾種創(chuàng)新，以更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課程的作用。

一、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程授課方法分析

目前，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多數(shù)院校是按照一些固定的教學(xué)模式，主要包括“灌輸式”、“包辦式”、“講演式”等。對(duì)于大學(xué)課堂而言，“灌輸式”教育只能適得其反，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生一定的厭學(xué)情緒，不利于實(shí)驗(yàn)效果。包辦式課堂教學(xué)是實(shí)驗(yàn)課程采用最多的方法，一切都是老師來，學(xué)生就只是一個(gè)看客，完全沒有發(fā)揮學(xué)生是實(shí)驗(yàn)課堂主角的作用。講演式課堂對(duì)于部分理論課程有一定的實(shí)用性，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程不可取，該方法不利于學(xué)生實(shí)踐能力的鍛煉，不能夠發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。

在實(shí)驗(yàn)課程中，這些方法會(huì)使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程產(chǎn)生一種被動(dòng)的接受，抑或是養(yǎng)成一種依賴的習(xí)慣，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不夠重視，實(shí)驗(yàn)過程主要依靠老師來完成。這些授課方法從本質(zhì)上限制了學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣，扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)課程的目的是為了鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，了解學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)的情況，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，因此新穎有效的實(shí)驗(yàn)授課方法就成為提高實(shí)驗(yàn)課程效果的一個(gè)關(guān)鍵部分。

二、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新

多年來材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方法一直沒有太多改進(jìn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的效果往往也是不理想，本文主要從以下幾個(gè)方面對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)提出一些改進(jìn)方法，主要包括：實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間自由、課堂形式多變、授課方法靈活、課程內(nèi)容新穎。

（一）實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間自由

實(shí)驗(yàn)課程與理論課程的一個(gè)主要區(qū)別就在于其課程在時(shí)間上的靈活性，因而對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的安排可利用這一優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課程優(yōu)勢(shì)。

實(shí)驗(yàn)課往往是分批分組進(jìn)行的，故該分組分批的選擇權(quán)利可適當(dāng)放手給學(xué)生自己，學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間來安排實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間。同時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)站的實(shí)驗(yàn)預(yù)約功能，在網(wǎng)站公開實(shí)驗(yàn)開放時(shí)間段，該時(shí)間段中實(shí)驗(yàn)循環(huán)滾動(dòng)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的開放時(shí)間結(jié)合自己的時(shí)間合理安排，讓學(xué)生減少實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間的約束，同時(shí)在腦中對(duì)實(shí)驗(yàn)有個(gè)良好的初步印象。

（二）實(shí)驗(yàn)課堂形式多變

實(shí)驗(yàn)課程相對(duì)理論課程的另一特點(diǎn)就是課堂形式的靈活，不是簡(jiǎn)單的講臺(tái)加黑板的形式，而是開放、多變的。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)課堂一個(gè)常用形式——圓桌課堂，學(xué)生與老師同坐一個(gè)圓桌（或者坐成一圈），以輕松聊天的形式授課。圓桌課堂的氣氛往往相對(duì)輕松，課堂互動(dòng)效果較好，學(xué)生敢于發(fā)言與討論。課堂中，學(xué)生之間、師生之間都可相互交流實(shí)驗(yàn)中的問題與新的體會(huì)，有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成果。

（三）實(shí)驗(yàn)課程授課方法靈活

實(shí)驗(yàn)課程效果的一個(gè)關(guān)鍵過程就是實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，這一問題在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中有新的解決方法。翻轉(zhuǎn)課堂，或稱顛倒課堂（Flipped Class/Inverted Classroom），是將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)過來，讓學(xué)生在課前完成相關(guān)知識(shí)的預(yù)習(xí)，而課堂上完成知識(shí)的理解與應(yīng)用的一種新型教學(xué)模式。[5]翻轉(zhuǎn)課堂前期需要將材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的視頻資料公開到課程網(wǎng)站，學(xué)生根據(jù)自己需要點(diǎn)擊下載學(xué)習(xí)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用，主要解決了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題能夠及時(shí)解答，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前自主安排學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課程中有效完成實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)授課質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)課程授課方法借助現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課程的在線預(yù)約，運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，完成了實(shí)驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)和預(yù)演，課程網(wǎng)站的另一個(gè)功能就是解決實(shí)驗(yàn)后報(bào)告的提交，這樣就能有效解決報(bào)告忘交、晚交等問題。實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)站對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著重要的作用，學(xué)生根據(jù)自己在網(wǎng)站的信息，了解自己完成的實(shí)驗(yàn)步驟。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生在工程實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)盡量采用“啟發(fā)式教育”的方法，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)課程中，對(duì)于學(xué)生提出的問題，采取引導(dǎo)式的回答方式，而不是簡(jiǎn)單的給出一個(gè)答案。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中仔細(xì)觀察，與相關(guān)的理論知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系，發(fā)散思維思考，尋求問題的答案。

（四）實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容新穎

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門專業(yè)性較強(qiáng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，有著較深的工程應(yīng)用背景。因此，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容可盡量與工程實(shí)際相結(jié)合，既可實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，又可增加實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)用性與趣味性，而不是簡(jiǎn)單枯燥的課本內(nèi)容。教師應(yīng)將實(shí)際工程問題與材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，在課堂上引導(dǎo)學(xué)生分析問題，最后通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。例如，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的金屬材料壓縮實(shí)驗(yàn)，在工程中設(shè)備的底座，建筑結(jié)構(gòu)的墻面通常都是承受壓縮，可引導(dǎo)學(xué)生思考一些現(xiàn)象——墻面的裂紋為何經(jīng)常是斜向45°左右？帶著這些問題與鑄鐵的壓縮實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相比較，就會(huì)知道這是由于脆性材料在壓縮過程中，承受的抗剪切能力較弱，故而沿著約45度方向壓裂。

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)面向的對(duì)象往往是工科不同專業(yè)的學(xué)生，由于專業(yè)的特殊性，因此實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容可以適當(dāng)?shù)挠兴鶇^(qū)別。材料專業(yè)的學(xué)生，可以針對(duì)不同材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，得出不同材料的力學(xué)性能；機(jī)械專業(yè)學(xué)生可針對(duì)試樣的結(jié)構(gòu)有所改變，選取機(jī)器中的零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)試樣的實(shí)驗(yàn)比較，不僅可以知道材料的力學(xué)性能，還可以了解該材料的零件失效形式與原因；土木建筑專業(yè)的學(xué)生可針對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等。

根據(jù)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容可進(jìn)行分類開設(shè)，滿足不同層次的需求。拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)的單載荷實(shí)驗(yàn)歸納為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)是必修實(shí)驗(yàn)課程，所有學(xué)生均需參加；組合變形的綜合性實(shí)驗(yàn)，以及光測(cè)實(shí)驗(yàn)、疲勞實(shí)驗(yàn)等創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)屬于提高性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以選修，根據(jù)興趣的不同，因人而異。

由于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的工程實(shí)用性較強(qiáng)，在課程設(shè)置中，可組織力學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽。從工程實(shí)際中出發(fā)，以某些實(shí)際問題為主旨，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)解決問題，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證方案的可行性，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

三、總結(jié)

綜上所述，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課，隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的不斷改革與創(chuàng)新，從根本上改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，既鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力，又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，為培養(yǎng)全面發(fā)展的綜合性人才做好準(zhǔn)備。

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