綜合性實驗與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

陳亮亮，李建華，陳國新

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

按照《教育部關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》(教高［2007］2號)文件精神，深化教學(xué)內(nèi)容改革，要堅持知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，繼續(xù)深化人才培養(yǎng)模式、課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面的改革，實現(xiàn)從注重知識傳授向更加重視能力和素質(zhì)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。高校應(yīng)結(jié)合自己的辦學(xué)思路、辦學(xué)模式以及辦學(xué)條件，積極采取各種有效措施，以增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間和空間為手段，以拓寬學(xué)生知識面為目的，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，支持學(xué)生個性發(fā)展。努力創(chuàng)造條件，組織學(xué)生參與創(chuàng)新性實驗和實踐，注重提升學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。

實驗教學(xué)作為一種重要的教學(xué)手段，應(yīng)不斷創(chuàng)新，才能滿足創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求。實驗創(chuàng)新就是在實驗的內(nèi)容、方法、手段方面，通過創(chuàng)造與革新，使之具有與原有實驗不同的新的實質(zhì)與形式，在開發(fā)學(xué)生智力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力等方面起著重要作用，對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有十分重要的意義。本文結(jié)合目前高校實驗教學(xué)現(xiàn)狀，在系統(tǒng)總結(jié)材料力學(xué)實驗教學(xué)存在問題的基礎(chǔ)上，提出了基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的材料力學(xué)綜合性實驗教學(xué)模式。實踐表明，材料力學(xué)綜合性實驗既能滿足學(xué)生實驗教學(xué)的需要，也能鍛煉和提高學(xué)生的動手操作能力和創(chuàng)新能力。

1 材料力學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題

目前材料力學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題主要有3個方面:一是高校的教學(xué)模式存在重理論、輕實驗的現(xiàn)象。學(xué)校評價學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)通常是學(xué)生的考試成績，而對學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力考核不多。因為在指標(biāo)量化、程序操作上也有一定難度［1］。二是理論教學(xué)課時多、任務(wù)重，沒有充分的時間開設(shè)實驗課程。材料力學(xué)課程是一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。主要講授材料(單根桿件)在軸向拉、壓、彎、剪、扭等基本變形和組合變形作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)行的教學(xué)大綱計劃學(xué)時是78學(xué)時，其中包括8～10學(xué)時的實驗。該課程理論性和實踐性都很強(qiáng)，學(xué)習(xí)時既要具備一定的分析計算能力，還要在實驗中掌握實際動手操作的基本技能，把看到的實驗現(xiàn)象和得到的實驗數(shù)據(jù)上升到理論上加以分析，才能與材料的力學(xué)性能聯(lián)系起來，得到對工程實際有用的結(jié)論。三是實驗課中驗證、演示性實驗較多。在實驗課進(jìn)行過程中教師講解時間較長，學(xué)生往往按照老師安排好的步驟進(jìn)行實驗就可以得到數(shù)據(jù)，而對為什么要采用這樣的實驗方案、如何利用數(shù)據(jù)證明理論知識、實驗要達(dá)到什么目的等問題思考較少。這就使得學(xué)生的創(chuàng)造能力和潛在的自學(xué)能力得不到充分的發(fā)揮，從而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 綜合性實驗與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

2.1 綜合性實驗的定義

教育部在2007年發(fā)布的《普通高校本科教學(xué)工作水平評估方案》備注欄中標(biāo)明:綜合性實驗是指實驗內(nèi)容涉及本課程綜合知識或與本課程相關(guān)的課程知識的實驗。綜合性實驗是對學(xué)生進(jìn)行實驗技能和方法的綜合訓(xùn)練，其實驗內(nèi)容須滿足下列條件之一:涉及本課程的多個知識點，涉及多門課程的多個知識點，多項實驗內(nèi)容的綜合。由此可見，綜合性實驗是建立在驗證性實驗的基礎(chǔ)上，綜合運用相關(guān)知識或?qū)嶒灧椒ā嶒炇侄螌W(xué)生的理論學(xué)習(xí)、實驗技能與思維方式進(jìn)行全面訓(xùn)練的一種復(fù)合性實驗。其特點就在于實驗內(nèi)容的復(fù)合性、實驗手段與方法的多樣性［1］。

2.2 開設(shè)綜合性實驗的目的和基本要求

開設(shè)綜合性實驗的目的，就是為了通過實驗課程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力、理論與實際相結(jié)合的能力、創(chuàng)新能力。驗證性實驗側(cè)重于驗證某一定律、某一個結(jié)論或單一的基本操作、基本訓(xùn)練。綜合性實驗是相對于驗證性實驗而言有啟迪思維和開發(fā)潛能的功能和作用，通過實驗內(nèi)容、方法、手段的綜合，使學(xué)生靈活應(yīng)用掌握的知識，培養(yǎng)綜合考慮問題的思維方式，達(dá)到能力和素質(zhì)綜合培養(yǎng)的目的。

通過綜合性實驗達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目標(biāo)不是輕易能夠?qū)崿F(xiàn)的。其中的關(guān)鍵是如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力。這就對綜合性實驗本身提出了很高的要求［2］。可從實驗的內(nèi)容和教學(xué)方法上入手。首先，實驗的內(nèi)容要能吸引學(xué)生，使學(xué)生產(chǎn)生進(jìn)行實驗學(xué)習(xí)的興趣。要做到這點，就必須賦予實驗內(nèi)容一定的特點，比如先進(jìn)性、趣味性;再或者是結(jié)合地方特色的實際工程，自己開發(fā)設(shè)計的實驗。其次，實驗的教學(xué)方法要有特色。主要體現(xiàn)在要求學(xué)生自己動手準(zhǔn)備實驗，不讓學(xué)生事先知道實驗結(jié)果，引導(dǎo)他們綜合運用所學(xué)知識去分析和解決問題［2］。

2.3 綜合性實驗實例

電測實驗是材料力學(xué)實驗中的必做實驗，例如用電測法測試低碳鋼的E 值和值、測試純彎梁橫截面的彎曲正應(yīng)力和彎扭組合的主應(yīng)力等實驗。實驗的目的是通過實驗讓學(xué)生掌握這種實驗方法。因為電測法不僅用于驗證材料力學(xué)的理論，而且作為一種重要的工程測試手段，為解決工程實際問題及從事科學(xué)研究提供了良好的實驗手段。但在實際的實驗過程中，測試材料的選取、測試構(gòu)件的選擇包括貼片和接橋都是實驗教師在做實驗前準(zhǔn)備好的，學(xué)生在做實驗的過程中只是按照預(yù)先給定的荷載逐級加載測試，得出實驗測試結(jié)果與理論值對比計算相對誤差。這樣的實驗只是在重復(fù)操作儀器，對于學(xué)生真正掌握電測方法并沒有起到作用，致使一旦連線或貼片出現(xiàn)問題，學(xué)生的實驗結(jié)果就出現(xiàn)很大誤差。

以電測法為基本內(nèi)容的綜合性實驗就應(yīng)該從電測法的基本原理出發(fā)，先對構(gòu)件進(jìn)行理論分析，再設(shè)計接橋、貼片和加載的方式，按照設(shè)計好的方式貼片、連線，最后進(jìn)行加載和測試。這是電測法的完整過程，其中每個步驟的設(shè)計和完成質(zhì)量都會直接影響到測試的結(jié)果。實驗教師在實驗前提供構(gòu)件(如不等邊角鋼或是工字鋼等)、指定方法(如電測法)、指定任務(wù)(如測量角鋼材料的彈性模量和泊松比或確定該角鋼的形心主軸等)，學(xué)生通過自由結(jié)合形成3～5人的小組自主完成實驗。

實踐證明這是完全可行的，在2010年首屆全國大學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)實驗競賽中，我校參賽學(xué)生第一次自己設(shè)計實驗方案，自己動手貼片、連線，并對構(gòu)件進(jìn)行加載和測試，實用性大大增強(qiáng)。這樣的實驗既增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)興趣，滿足實驗教學(xué)的需要，同時學(xué)生的各方面能力也在實驗中得到大大提高。真正實現(xiàn)了學(xué)生在實驗活動中由被動變?yōu)橹鲃樱伞耙易鰧嶒灐弊優(yōu)椤拔乙鰧嶒灐薄?/p>

3 問題與思考

綜合性實驗也有其自身的局限性，在實際開設(shè)中存在著許多矛盾，具體表現(xiàn)在以下三個方面［3］:一是綜合性實驗的耗時較長。綜合性實驗通常需要一個較長的準(zhǔn)備階段和執(zhí)行過程，而學(xué)校安排的課時是有限的，這之間的矛盾使得綜合性實驗開展存在阻力。二是實驗室的條件有限。如果上百位學(xué)生同時預(yù)約進(jìn)行綜合性實驗的操作，實驗室的空間和儀器設(shè)備就顯不足了，也會給實驗室的組織管理帶來很大的壓力。因此，在一門課程中，不可能開設(shè)過多的綜合性實驗。三是實驗經(jīng)費有限。綜合性實驗教學(xué)不僅需要建立有一定規(guī)模的實驗室，添置必要的儀器設(shè)備，還要消耗大量的人力和原材料，這些都需要資金作后盾。但大部分學(xué)校實驗經(jīng)費是有限的，不可能讓學(xué)生開展大量的綜合性實驗。

實際上，我們從開設(shè)綜合性實驗的目的出發(fā)，并不一定要有很多大型的、需時很長的綜合性實驗，只要開設(shè)的實驗?zāi)軌蛞龑?dǎo)學(xué)生去主動學(xué)習(xí)、主動思考、主動聯(lián)想，就都能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的目的。也可以有目的地去改造一些驗證性實驗，用綜合性實驗的要求和理念去改造，使它們變成小型的綜合性實驗。使它們達(dá)到既能促進(jìn)學(xué)生知識和技能的發(fā)展，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識的功能。還可以將綜合性實驗和大學(xué)生創(chuàng)新項目結(jié)合起來，不僅使得綜合性實驗的內(nèi)容不斷更新，也可以從一定程度上緩解實驗耗時較長和實驗經(jīng)費有限的矛盾［4］［5］。

4 結(jié)語

為使綜合性實驗項目起到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的作用，綜合性實驗開設(shè)方式需要不斷創(chuàng)新。這就需要實驗指導(dǎo)教師應(yīng)廣泛參加各類科研課題或相關(guān)培訓(xùn)，不斷更新知識，熟悉學(xué)科前沿，開闊視野，以科研成果和科研項目促進(jìn)實驗教學(xué)改革。同時也需要學(xué)校加大對實驗教學(xué)的投入，不斷改善實驗條件，把行業(yè)先進(jìn)儀器設(shè)備以及先進(jìn)的教學(xué)手段引入課堂，這樣才能讓學(xué)生通過實驗這個小窗口看到行業(yè)的大舞臺。綜合性實驗項目只要合理設(shè)置，就能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程綜合應(yīng)用能力與創(chuàng)新研究能力的目的。

［1］王書敏，丁武泉，于慧.開設(shè)綜合性實驗與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的探索［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，4(2):55－57.

［2］肖建富，高瞻，李桂新.綜合性實驗的界定與作用探討［J］.實驗技術(shù)與管理，2008，25(12):143－145.

［3］王少剛，劉仁培，封小松.開發(fā)綜合性實驗培養(yǎng)創(chuàng)新能力［J］.實驗室研究與探索，2009，28(9):117－120.

［4］吉愛國.綜合性實驗教學(xué)模式的探討與實踐［J］.實驗室研究與探索，2007，26(1):94－96.

［5］黃大明，秦鋼年.專業(yè)實驗課綜合性實驗的創(chuàng)新設(shè)計與教學(xué)實踐［J］.實驗室研究與探索，2011，6(4):247－250.