遞進(jìn)探究式材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

李 梅

（湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車工程學(xué)院，湖北 襄陽 441053）

0 引 言

加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),提高創(chuàng)新能力,是高校人才培養(yǎng)模式改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是涉及面較大的理工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),本人經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐總結(jié)出一種遞進(jìn)探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，對加強(qiáng)和改進(jìn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了很好的效果。

1 遞進(jìn)型的“三層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法介紹

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，我們采取了遞進(jìn)型的“三層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。第一層次：基本技能訓(xùn)練（如拉伸試驗(yàn)中的σs，σb，δ的測定，用電測法測材料的彈性模量E、剪切彈性模量G、彎曲正應(yīng)力）此部分是基礎(chǔ)，要嚴(yán)格進(jìn)行規(guī)范化訓(xùn)練，最終要進(jìn)行實(shí)際考核。第二層次：要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法，了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想方法，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)更好地結(jié)合，為以后的研究工作打好基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以稍微超前于理論教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，它能起到預(yù)習(xí)理論課的作用，能培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，另外這種超前于理論課的做法還可以使實(shí)驗(yàn)教師產(chǎn)生緊迫感，這對提高實(shí)驗(yàn)教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的理論知識和教學(xué)素養(yǎng)都是有益的。第三層次：開設(shè)綜合型、設(shè)計(jì)型的實(shí)驗(yàn)，此部分是對學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考，培養(yǎng)創(chuàng)造能力的過程，鼓勵學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如動態(tài)應(yīng)變的測定、材料屈服強(qiáng)度σ0.2的測定等。查閱資料、創(chuàng)新并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，提出解決方法。成績的最終評定可以由平日成績和實(shí)際操作進(jìn)行綜合評價。通過以上的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)過程由“被動驗(yàn)證”向“主動研究”轉(zhuǎn)變。學(xué)生在試驗(yàn)中的角色和地位自然而然地從“被動”變?yōu)椤爸鲃印保@有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[1]。

2 “探究型”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的三個階段

在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的步驟方面，我們也形成了“探究型”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。操作過程大體分為以下三個階段。

2.1 第一階段：稱為“教師拉著學(xué)生走”

在此階段中，教師要做到4點(diǎn)：1）教師根據(jù)教材和課標(biāo)及學(xué)生興趣的要求，選擇合適的實(shí)驗(yàn)。2）教師講解、分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法。3）教師根據(jù)設(shè)計(jì)思路和方法進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。4）教師選擇并布置學(xué)生要模仿的實(shí)驗(yàn)主題。學(xué)生要做到2點(diǎn)：（1）理解和揣摩教師的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法。（2）根據(jù)教師的要求，學(xué)生模仿設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本階段的特點(diǎn)是：教師強(qiáng)化示范為主，學(xué)生領(lǐng)悟模仿為輔。

案例1．測材料的屈服極限σs、強(qiáng)度極限σb、延伸率δ和面積收縮率ψ的實(shí)驗(yàn)。首先老師講解該實(shí)驗(yàn)的目的，分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作方法，然后進(jìn)行操作演示。最后可以提出問題：比如不同的材料它們的屈服極限σs、強(qiáng)度極限σb、延伸率δ和面積收縮率ψ有什么不同？讓學(xué)生自己選擇不同的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后得出結(jié)論進(jìn)行對比，從而明白選材的重要性。

2.2 第二階段：稱為“教師引著學(xué)生走”

在此階段中，教師要做到3點(diǎn)：1）教師根據(jù)教材和課標(biāo)及學(xué)生興趣的要求，選擇合適的實(shí)驗(yàn)主題。2）教師提供理論幫助，適時指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和方法。3）教師對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評價。學(xué)生要做到3點(diǎn)：（1）學(xué)生小組討論和協(xié)商實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法。（2）學(xué)生根據(jù)教師的建議，初步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（3）學(xué)生根據(jù)教師的實(shí)驗(yàn)評價進(jìn)行反思和評價。本階段的特點(diǎn)是：學(xué)生設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)為主，教師引導(dǎo)和幫助為輔。

案例2．用電測法測量構(gòu)件的應(yīng)力和應(yīng)變。教師首先講解應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀的使用方法，然后準(zhǔn)備多種試件（不同材料和結(jié)構(gòu)）讓學(xué)生自己分析按何種方向貼應(yīng)變片，如何貼，都讓學(xué)生小組討論，然后定出方案。中間出現(xiàn)的現(xiàn)象也讓學(xué)生自己分析、討論，然后寫實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告。

2.3 第三階段：稱為“學(xué)生摸著石頭走”

在此階段中，教師要做到兩點(diǎn)：1）教師根據(jù)教材和課標(biāo)及學(xué)生興趣的要求設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)主題。2）教師對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評價。學(xué)生要做到5點(diǎn)：（1）學(xué)生選擇自己小組感興趣的實(shí)驗(yàn)主題。（2）學(xué)生小組討論和協(xié)商實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法。（3）學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作。（4）學(xué)生根據(jù)教師的實(shí)驗(yàn)評價進(jìn)行反思和評價。（5）學(xué)生對教材中的實(shí)驗(yàn)探究活動素材進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。本階段的特點(diǎn)是：學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)為主，教師鼓勵和評價為輔。

案例3．關(guān)于材料的力學(xué)性能的測試這部分內(nèi)容里提到材料屈服強(qiáng)度σ0.2的大小測定問題。工程實(shí)際中有些材料，如錳鋼、鎳鋼、青銅等，沒有明顯的屈服階段，這時就要測定屈服強(qiáng)度σ0.2來代替σs。可以讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和操作方法，鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新[2]。

3 總 結(jié)

本課題研究的效果：在課題研究中，本人發(fā)現(xiàn)當(dāng)用這種教學(xué)模式上課時，師生的狀況都發(fā)生了很大的改變，具體表現(xiàn)在3個方面：1）和傳統(tǒng)教學(xué)相比，學(xué)生對材料力學(xué)的學(xué)習(xí)表現(xiàn)出了極大的興趣。在課堂上，他們的思維活躍，討論熱烈。有些學(xué)生提出的假設(shè)及驗(yàn)證方案出乎本人的意料之外，但又非常合理。筆者感到，實(shí)施這種教學(xué)模式，確實(shí)對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力及培養(yǎng)學(xué)生分析問題、探討問題、解決問題的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度都起了很大的作用，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。更為重要的是，學(xué)生在探究過程中，也獲得了成就感，更加激發(fā)了學(xué)生們學(xué)習(xí)材料力學(xué)的熱情[2]。2）大大改善了師生關(guān)系。在前幾年的材料力學(xué)教學(xué)中，教師是主角，是權(quán)威，學(xué)生被迫跟著老師學(xué)，學(xué)生怕老師，師生關(guān)系時常僵持。而現(xiàn)在，教師把機(jī)會留給了學(xué)生，學(xué)生是主角，學(xué)生自主學(xué)習(xí)并從學(xué)習(xí)中感受到老師的鼓勵和分享成功的快樂。學(xué)生喜歡老師，老師喜歡學(xué)生。師生關(guān)系非常和諧，融洽。3）學(xué)生的學(xué)習(xí)能力不斷提高，學(xué)習(xí)成績不斷提高。自開展課題研究以來，通過創(chuàng)新學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生積極參與教學(xué)活動，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大提高，學(xué)習(xí)興趣越來趣濃，經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，收效很好。

[1] 蔣永平.工程專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式的探索與實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2001(1)：9-11．

[2] 仇潤鶴，方建安，唐明浩，等.建立綜合實(shí)驗(yàn)平臺培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2006(2)：141-144.