以創新能力培養為導向的材料力學實驗分層次設計

摘要：實驗教學是強化理論知識，增強創新能力的一種重要的教學手段。基于目前高校材料力學實驗教學的現狀，在系統總結材料力學實驗教學中存在問題的基礎上，對材料力學實驗進行了分層次的設計，既滿足了課堂基本教學實驗的要求，又提供了鍛煉學生的動手能力和創新能力的機會。

關鍵詞：材料力學實驗；分層次；創新能力

一、 引言

材料力學是機械類專業重要的基礎必修課程之一，也是機械原、機械理設計、結構力學、機械振動、機械制造等課程的基礎，其特點是理論性強，又與工程實踐聯系緊密。材料力學實驗作為材料力學課程中的重要環節，是鍛煉學生動手能力、培養學生創造性的重要手段。因此，實驗教學應不斷創新，才能滿足培養具有創新能力人才的需求。在實驗教學中，學生通過實際動手操作和對實驗數據進行整理分析，對材料力學理論課程中的基礎理論和結論進行重現和驗證，又可以培養學生獨立思考、獨立解決問題的能力和科學嚴謹的作風。

二、 材料力學實驗課的現狀

目前我校的材料力學及實驗主要安排在第三學期，由于課程設置較多，材料力學及實驗課程的課時被壓縮為64學時，實驗教學的課時僅有6學時。實驗課程的設置為基本力學性能實驗（拉伸、壓縮和扭轉）；材料彈性模量測定、梁純彎曲下的正應力測定和彎扭組合變形下的正應力測定。材料力學的理論性較強，公式推導與受力分析較多，因此在實驗中掌握實際動手操作的基本技能，把得到的實驗結果上升到理論水平加以分析，才能更深入地理解工程實際應用。而目前的實驗課程主要是教師進行講解和演示實驗內容，學生對實驗過程進行重復并提交實驗報告。在這種模式下，學生知識被動地照抄和接受；在成績評定方面，材料力學實驗的成績僅為總成績的10%，理論課的考試成績占主要百分比，使得很多學生對實驗持敷衍態度。因此，必須對實驗模式進行探索和改革，設計有效的分層次實驗方法，切實提高實驗課的教學效果。

三、 材料力學實驗的分層次設計

教學實驗室根據特定的教學目標并配合教學內容而設置的，教學實驗通常分為幾類：基礎性實驗、演示性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗。這幾類實驗分別注重于培養學生的不同層次的能力。

基礎性實驗和驗證性實驗主要是針對課程中的基礎知識，例如碳鋼和鑄鐵的拉伸和壓縮性能實驗，低碳鋼的硬度測量實驗，低碳鋼試件的沖擊韌性實驗等，這些基礎性實驗對應著材料力學的基礎理論知識，是對理論知識推導的驗證，難度相對較低，只需要教師進行演示后，學生重復實驗即可達到教學目的。

綜合性實驗的實驗內容涉及本課程的綜合知識，目的是培養學生的綜合素質。綜合性實驗通過理論知識、能力、素質的綜合訓練與培養，達到掌握綜合知識、培養學生創新能力，以及全方面思考問題的思維方式和運用綜合的手段解決問題的能力。例如電測實驗就是典型的綜合性力學實驗，這個實驗需要材料力學簡支梁純彎曲和彎扭組合變形實驗臺，在這些實驗臺上可測定平面狀態下的應力分布特性。常規的材料力學實驗開設材料彈性模量測定和純彎曲梁的正應力測定實驗，實驗臺的利用率相對較低，學生的思維限制在這兩個較為基礎的實驗上。分層次的實驗教學模式可以讓學生自選實驗內容，首先讓學生熟悉實驗原理，在教師的指導下，根據搭建的不同類型梁，根據梁的應力狀態布置應變片的位置，測試并記錄數據，比較分析實驗結果，對理論課程內容進行驗證并加深理解。同時，在原有的電測實驗基礎上，可以增加懸臂梁和薄壁圓筒的扭轉實驗等，在這個層次的實驗課程中，學生作為實驗的組織者，可以自己設計實驗方案和操作步驟，確定解決方案。

四、 問題與思考

雖然分層次的綜合性實驗對鍛煉學生的創新能力有顯著效果，但是也有其自身的局限性。一方面由于綜合性實驗耗時較長，需要很長的準備階段和執行過程，材料力學實驗課時有限，需要占用較多的課余時間。另一方面，實驗條件有限，如果選擇進行綜合性實驗的學生人數較多，實驗室的空間和實驗臺資源有限，也會造成管理方面的壓力。開設綜合性實驗的目的是引導學生主動思考，培養創新意識。因此，可以將小型實驗進行改裝，用綜合的思維進行思考，也可以將綜合性實驗與各類創新創意比賽進行結合，緩和實驗條件和課時限制的矛盾。

五、 總結

本文結合大多數高校材料力學實驗的教學現狀，總結分析了存在的問題，并提出了以培養學生創新能力為導向的分層次設計方法。材料力學實驗需要任課教師和實驗課教師共同配合，并且需要學校對實驗教學的資金投入，改善實驗條件。在各方面共同努力下，達到培養學生工程問題綜合分析解決的能力和創新研究能力的目的。

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作者簡介：劉婷婷，浙江省杭州市杭州電子科技大學。endprint