淺談材料力學實驗教學改革

夏興有++鄒廣平++曲嘉

摘要：本文依據多年實驗教學經驗，分析材料力學實驗的教學現狀及存在的問題，提出實驗教學改革的新理念，優化實驗教學內容體系，改革實驗教學方法，提高材料力學實驗教學質量，培養創新型人才。

關鍵詞：材料力學；實驗教學；教學改革

作為一門工科專業學生的技術基礎課，材料力學實驗課可以使學生對所學的力學理論有更深入的理解。該實驗課要求學生親自動手操作實驗設備，學生在上課期間還可交流學習實驗的方法，能夠培養大學生的動手能力以及解決實際問題的能力 。材料力學實驗內容具有深厚的工程背景，有利于培養學生理論聯系實際，提出、分析和解決實際工程問題的能力。然而，現有的教學模式、教學方法過于簡單，教學內容陳舊，嚴重制約學生能力培養。為此，必須進行材料力學實驗改革，提高材料力學實驗的教學質量。通過豐富實驗內容等方式，提高學生的動手能力和創新意識 。

1 材料力學實驗課程主要存在的問題

材料力學實驗課程主要存在以下幾個問題：實驗內容單調，內容與工程實際脫節。因此學生做實驗的積極性并不高；材料力學具有豐富的內涵知識，但學生大多對其重視程度不足；材料力學實驗內容總體不夠豐富，尤其缺少綜合性實驗和帶有一定設計性的實驗，原有的實驗內容操作容易、非常簡單，不能引起學生的學習興趣，與大學物理以及電工等實驗相比，材料力學實驗完成實驗報告時理論計算少，學生錯誤地認為材料力學實驗不嚴謹；由于材料力學實驗的需要，很多實驗項目用都是大型的儀器和設備。實驗儀器嚴重缺乏，教學設備不能及時更新，導致學生分組人數過多，很多學生處于只能“看”實驗的被動局面，現代教學大多使用多媒體等現代化的技術手段，但我們的實驗教材還沒能很好地與其結合在一起。

2 材料力學實驗改革

2.1 轉變實驗教學理念

原有的實驗教學大多只重視理論教學，輕視實驗教學環節，我們要摒棄這種陳舊的觀念，樹立起實驗教學與理論教學并重且協調發展的全新觀念。這種教學氛圍要在教師和學生之間形成。同時，充分認識到實驗環節在高校教學和科學研究中的重要支撐作用。

明確實驗教學的目的：實驗教學環節不僅能傳授專業知識和技能，同時能提高學生的動手能力和創新意識，學生們運用所學的專業知識發現問題、分析問題、解決問題。提升學生理論聯系實際的能力，也是實驗教學的意義所在。力學教育家Stephen P.Timoshenko曾說過：“理論分析和實驗結果在材料力學研究中具有同等重要的地位，材料力學的歷史是理論和實驗二者最好的融合。”

2.2 優化實驗教學內容體系

充分考慮到培養大學生的基本實驗技能、創新設計能力、工程實踐能力和科學研究等能力，根據專業培養方案，構建科學嚴謹的實踐教學內容體系。構建以強化學生動手實踐能力、創新設計能力和自主學習能力培養為核心的材料力學實驗教學內容體系，依據力學學科發展的需要，添加新的實驗內容。優化實驗教學內容，使不同專業的學生都能享有優質的實驗教學資源，強化學生的基礎力學素質培養，全方位地培養學生創新意識和創新能力。

構建多個實驗教學層次。即：經典實驗層次、綜合設計實驗層次、創新實驗層次和科研實驗層次。經典實驗層次主要針對材料力學實驗中的金屬材料拉伸、壓縮、扭轉等實驗，學生掌握電子萬能試驗機和扭轉試驗機等設備的操作方法，對經典實驗的基本原理更加熟悉，同時也能進一步地培養學生們觀察、記錄以及處理實驗所得數據等方面的能力；綜合設計實驗層次主要包含兩個方面：設計性和綜合性實驗。在實驗室中，學生通過進行較復雜的實驗探索及研究，可實現對其動手能力的進一步培養，同時讓學生在掌握實驗方法的同時，著重對實驗過程進行全面理解和對實驗結果進行深入的分析與探索，從而得出正確的結論；創新性實驗層次開設的主要目的是通過綜合運用所學知識，提高學生在解決實際生活中的工程問題能力；科研實驗層次是利用教師科研課題轉化成教學實驗項目對學生開放的一種實驗方式，對象是工程力學專業的學生，學生根據興趣以及畢業設計選擇研究方向和課題，進入教師科研實驗室工作，學生在這個過程中得到很好的鍛煉和提升。

2.3 改革實驗教學方法

2.3.1基于創新能力培養的實驗教學方法

以研究型實驗為載體，為學生搭建創新平臺。在此過程中學生要對研究內容有深入了解，總結搜集信息，規劃研究計劃，執行實驗流程，記錄實驗結果，剖析處理實驗數據，最后以論文的形式呈現，也可以自主創新，通過不同的形式給出實驗結果。這種實驗研究既可以培養學生主動探索的精神，又能培養學生遇到難題時的處理能力。為了配合這種實驗教學方法的實施，力學實驗室研制和開發多種小型設備，包括“小型疲勞試驗機”“一點應變花測量儀”和“積木式組合實驗臺”等。這些儀器的研制給學生創造了極大的遐想空間，使其充分發揮創造力，同時還能提高學生的實際操作能力。通過親身對實驗儀器的操作，學生的動手能力得到鍛煉和提高，學生通過科學的分析和嚴密的邏輯推理來得到最終的實驗結果，提升對實驗研究的總結概括能力，其意義是培養學生的科研能力和對知識的綜合利用能力。

2.3.2基于虛擬實驗室的自主學習型實驗教學方法

為了提高學生的自主科研能力，模擬建立了材料力學的仿真實驗室。我們對虛擬仿真實驗的總體要求是盡量采用真實的實驗環境。基于這個原則，經典實驗和驗證型實驗不需要建設虛擬實驗，主要對實驗室開發的課題和在現有資源中實現實驗困難的項目進行模擬仿真。我們開發了十幾個實驗項目，主要集中在電測法應用，在高溫、高壓、強磁場等特殊環境下對金屬材料進行性能測試。建立多個光測法虛擬實驗項目，光測法由于在制做模型時會釋放出有毒氣體，而且模型制作成本高，加工難道大等問題，進行虛擬實驗項目建設解決了上述問題，使兩個學時的演示實驗增加到十個學時的虛擬實驗。學生不受時間和空間限制，學生多次進行實驗，不涉及耗材等問題，實驗成本低，可反復調節，還可以進行極端條件下的實驗，增加學生對實驗深入認識和理解。其優點是便于創建、費用低和掌控方便。實驗能夠反復進行，學生對實驗的熟練程度也能大大提升，節省實驗操作時間。

加強學生創新平臺的建設是為了推進學生更好地自主學習。目前該創新平臺主要面對三類學生：第一種是學生自帶特定的實驗問題，到實驗室自主開展研究型工作的；第二種是學生對實驗室固定的實驗題目有興趣的；第三種是學生參與到教師的科研課題中。這類實驗研究的主要特點是：由于課題的特殊性，在該階段學生只有相關的研究課題，沒有實驗原理或實驗步驟作為支持，該類型的實驗研究留給學生極大的思考空間，培養了學生的創造性。學生結合學過的專業知識技能，依據自身能力有根據地在實驗中融入自己的想法和創新，通過在實驗室的工作經驗，使設想變成現實。這類實驗沒有既定的條框，在沒有“標準答案”的環境中，學生可以最大化地發揮自己的個性和創造性。

3 結束語

結合我校力學學科的創辦特點以及學校的辦學特色，全面推進材料力學實驗教學理念、內容、方法、手段和模式等方面改革與深化，其目的在于提高學生分析和解決問題的能力，響應國家培養全面發展的高素質、創新型人才的號召。將培養創新型人才的理念始終貫穿于材料力學實驗的教學改革過程，樹立正確的實驗教學觀念，發揮實驗在培養創新人才領域的重要作用。

參考文獻：

[1]鄒廣平，夏興有，張學義.力學實驗室開放的實踐與探索[J].實驗室研究與探索，2007，（4）：141-144.

[2]秦娟，袁其平.搭建科研實踐平臺 培養電信與通信專業創新人才[J].實驗室科學，2009，（5）：12-14.

[3]吳國輝，鄒廣平，張學義.淺談材料力學實驗教學與學生創新能力培養[J].黑龍江教育，2011，（4）：80-81.

編輯/岳 鳳endprint