材料力學實驗教學改革的探索與實踐

楊創戰等

摘要：分析了材料力學實驗教學中的不足，結合軍事院校人才培養需要，闡述了如何以學員創新能力培養為中心，從實驗教學內容、教學方法與手段、考核方式等方面進行改革探索。

關鍵詞：實驗教學；創新能力；改革

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）24-0078-01

培養具有厚基礎、寬口徑、高素質、強能力、特別是具有工程實踐能力和創新能力的高素質工程技術人才已成為我國高等工程教育改革的重要目標。材料力學實驗教學是材料力學教學的重要組成部分，對學員加深對所學理論知識的理解，提高動手能力與科學創新思維能力起著積極和重要的作用。然而長期以來，材料力學實驗教學附屬于理論教學，重視程度不高；實驗教學內容以演示性驗證性為主；教學手段與方法單一，學員只要按實驗指導書上的步驟去做，就能順利測出數據，完成實驗；實驗考核方式以實驗報告作為唯一依據。這些傳統的教學模式在一定程度上限制了學員的創新思維和學習能動性的發揮，不利于學員的個性發展以及創新意識和創新能力培養，因此對材料力學實驗教學進行了一些有益的探索。

一、改革實驗內容，注重創新實踐能力培養

建立實驗教學內容新體系，注重培養學員創新能力。改變傳統教學內容，添加更具時代特色的創新實驗內容，培養學員的工程實踐能力和創新思維能力。針對材料力學實驗，保留了一些傳統經典的基本實驗；考慮到電測應力分析實驗理論比較成熟，且在工程結構應力分析中使用廣泛，因此進行了加強；另外，也積極開設了一些綜合性、設計性、前瞻性的實驗項目。內容分為三個層次：

1.基礎實驗（拉伸、壓縮、扭轉、沖擊）

此類實驗主要是讓學員了解不同材料的力學性能差異、熟練掌握儀器設備的操作過程，能獨立操作完成整個實驗過程，在實驗過程中鞏固深化理論知識。另外，在實驗教學中還可以結合工程實際，拓展豐富實驗內容。例如，可以把對外試驗服務項目中，現場實際工程材料的檢測試驗（諸如金屬、非金屬材料力學性能的檢測）引入實驗室。

2.綜合性實驗（彎扭組合實驗、等強度梁實驗、壓桿穩定實驗等）

此類實驗可以強化學員對理論知識的理解和應用，并了解、掌握電測法實驗的工作原理及各種電橋的組橋方式和使用方法。借助于多媒體實驗教學手段，使實驗內容結合工程實際，讓學員更生動具體的了解電測應力的測試方法和手段，加深學員對力學實驗的正確認識。

3.創新設計性實驗（桁架應力綜合分析實驗、疊梁實驗、復合梁實驗等）

以現場工程實際情況為背景，模擬現場實際問題，讓學員展開探索、開動腦筋。學員可以根據自己的學習興趣和能力設計不同深度的實驗，并親自動手完成各種實驗。例如，根據學校操場主席臺的桁架結構，做出相應的桁架模型。學員可以根據現場實際情況，模擬、設計現場各種工況。先進行理論計算，再進行ANSYS的仿真計算，最后進行試驗測試并采集數據，把理論數據、仿真數據和試驗數據進行對比，發現并分析數據出現異同的原因，結合所學知識開動腦筋解決問題。學員在實驗過程中可以鍛煉發現問題和解決問題的能力，掌握了電阻應變片的粘貼技術和測試原理以及更多地了解了電橋電路在實際工程中的應用。

二、改進實驗教學手段和方法，加強自主能力培養

加強實驗教學方法研究，采用多樣化實驗教學手段和方法。實驗教學方法應體現三個方面的轉移：

1.從單一的驗證性實驗轉變為綜合設計性實驗以及開放式實驗

如果說演示性實驗是理論知識的形象化和感性認識的增加，驗證性實驗是知識向能力的初步轉化，那么綜合性、設計性實驗則是對學員知識、能力、素質的全面檢驗和提高，是實驗教學“出彩”的地方。這樣才能把學員吸引到實驗室中來，充分發揮他們的聰明才智，真正在實踐中得到鍛煉，把實驗教學搞活，把所學的知識用活，使實驗教學具備不斷發展的內在驅動力，從而加強學員自主學習能力的培養。開放實驗室是實驗教學的一次升華，它不僅延長開放時間，更包括內容、手段、思想等的全面開放；不能孤立地看待實驗，應注意開放實驗與科技創新相結合，與科研活動相結合。

2.從講授實驗原理、實驗步驟轉變到傳授實驗思想和實驗方法

在教學方法上應從灌輸式轉向啟發式，倡導以學員為主體的教學理念，改變以往以教員為中心的教學模式。在實驗教學中，教員主要講授實驗原理和實驗方法，實驗方案的選擇、實驗步驟的確定都由學員完成，這樣學員可以自主學習、獨立思考、自行設計、自主操作、自由發揮，極大地提高了他們的創新意識、創新思維能力。

3.從理想化的教學實驗轉變到真實環境的科學實驗，實現虛擬實驗和實物實驗有機結合

在校園網上建立了材料力學網絡虛擬實驗室，其建立完全改變了傳統材料力學實驗的教學模式。以前采用集中授課方法講授新理論、新知識，現在學員通過在網上登錄材料力學虛擬實驗室就可以完成實驗內容的預習；以前總是為繁瑣的實驗課預約而煩惱，現在學員通過網絡預約實驗，極大地提高了預約效率。學員可以在自主選擇的時間內完成實驗，再由教員進行必要的指導、講評和批復。

三、改革實驗教學質量評價體系，體現科學公正性

在實驗考核方面，過去評價的唯一標準是實驗報告，這樣的考核存在很大的弊端。對材料力學的考核方式做了一些大膽的嘗試：

1.材料力學實驗課可獨立設課，單獨考核

由于材料力學實驗沒有獨立設課，而是作為材料力學課程的一部分，導致部分學員不重視實驗課。為了約束不重視實驗課的學員，使實驗教學不再流于形式，必須足夠重視實驗課程。

2.改變過去以實驗報告作為實驗考核的唯一標準

實行出勤率、實驗態度、實驗預習、實驗操作、實驗報告及實驗理論考試相結合的綜合性考核方法。對于實驗考核成績的記入，考試成績（包括筆試和實際操作測試）占總成績的60%，平時成績（主要是出勤率、預習報告和實驗報告）占總成績的40%。這樣的實驗考核可以實現實驗教學質量的全過程監控。真正體現實驗成績的真實性和公正性，充分反映學員的綜合能力和創新能力，并同時具有可比性和可操作性。

3.針對不同類型的實驗提出不同的考核標準

目前材料力學實驗主要有三大類型：基礎性實驗、綜合設計性實驗和開放性實驗。因此根據課程特點，以及檢驗學員的實踐動手能力、綜合設計、創新開發能力的需要，針對不同類型的實驗提出了不同的考核標準。

4.在加強實驗課程考核的同時，還須加強學員實踐能力的階段性考核

針對具體專業學員的學習目標，可以在其四年學習過程中設置兩到三次實踐技能考核，分別考核學員的基本動手能力、綜合實踐能力與創新開發能力。動手能力考核可以采用實驗操作的形式；綜合實踐能力考核可以采用抽考具體的實驗項目的形式；創新開發能力考核可以采用綜合創新類實踐活動來實現。要求學員大學四年期間必須進行一次綜合創新類活動，如全國性的設計類競賽、科技創新活動等。

總之，這些考核的目的是為了學員在實踐類課程教學環節中有明確的目的和任務，促使學員從實踐到理論、從感性到理性的轉變，提高實踐課的層次和實際效果，培養學員的力學素質、工程素質以及創新精神。

四、結束語

通過對材料力學實驗教學的改革，提高了學員的動手能力，激發了學員做實驗的興趣，增強了學員的創新能力，受到了學員的歡迎。深化材料力學實驗教學改革，注重工程素質教育，培養創新人才，是時代賦予高校教員的歷史責任。應該積極轉變觀念，從實驗管理體系、教學方法和手段、課程體系和內容、實驗教學質量評價等方面不斷探索、實踐，為社會培養具有創新實踐能力的棟梁之才。

參考文獻：

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（責任編輯：孫晴）