材料力學實驗教學方法的研究與創新

姚勝衛 倪維宇

摘要：本文主要對材料力學實驗課程的教學方法進行研究，以該實驗課程的目的為依據，分析了當前部分實驗教學方法中存在的問題與不足。根據材料力學實驗課程的特點，從實驗時間、課堂形式、授課方式以及授課內容等方面，給出了創新性的教學方法，以提高實驗教學質量。

關鍵詞：材料力學；實驗教學；教學方法；研究創新

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）15-0279-02

材料力學實驗[1，2]作為一門工科教育的基礎實驗課程[3]，對課堂教學有著重要的補充作用，有助于學生掌握理論應用，鍛煉學生動手創新的能力，是培養高素質優秀人才的關鍵因素。

材料力學實驗課程既然在課程中扮演著重要的角色，那么如何讓學生在實驗課程中獲得知識，培養能力，就成為實驗教學方法的一個難點。《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》提出，以信息化引領教育理念和教育模式的創新，充分發揮教育信息化在教育改革和發展中的支撐與引領作用。[4]本文正是基于此，對材料力學實驗課程授課方法進行分析，在教學方法中提出幾種創新，以更好地發揮實驗課程的作用。

一、材料力學實驗課程授課方法分析

目前，材料力學實驗教學多數院校是按照一些固定的教學模式，主要包括“灌輸式”、“包辦式”、“講演式”等。對于大學課堂而言，“灌輸式”教育只能適得其反，學生會產生一定的厭學情緒，不利于實驗效果。包辦式課堂教學是實驗課程采用最多的方法，一切都是老師來，學生就只是一個看客，完全沒有發揮學生是實驗課堂主角的作用。講演式課堂對于部分理論課程有一定的實用性，但對于實驗課程不可取，該方法不利于學生實踐能力的鍛煉，不能夠發揮學生的創造性思維能力。

在實驗課程中，這些方法會使學生對實驗課程產生一種被動的接受，抑或是養成一種依賴的習慣，對實驗課程不夠重視，實驗過程主要依靠老師來完成。這些授課方法從本質上限制了學生對于實驗學習的興趣，扼殺了學生的創新動手能力。實驗課程的目的是為了鍛煉學生的動手實踐能力，了解學生應用理論知識的情況，培養學生發現問題與解決問題的能力，因此新穎有效的實驗授課方法就成為提高實驗課程效果的一個關鍵部分。

二、材料力學實驗教學的創新

多年來材料力學實驗課程教學方法一直沒有太多改進，對于實驗課程的效果往往也是不理想，本文主要從以下幾個方面對材料力學實驗課程教學提出一些改進方法，主要包括：實驗課程時間自由、課堂形式多變、授課方法靈活、課程內容新穎。

（一）實驗課程時間自由

實驗課程與理論課程的一個主要區別就在于其課程在時間上的靈活性，因而對于實驗課程的安排可利用這一優點，充分發揮實驗課程優勢。

實驗課往往是分批分組進行的，故該分組分批的選擇權利可適當放手給學生自己，學生根據自己的時間來安排實驗課程的時間。同時，利用實驗課程網站的實驗預約功能，在網站公開實驗開放時間段，該時間段中實驗循環滾動，學生根據實驗的開放時間結合自己的時間合理安排，讓學生減少實驗課程時間的約束，同時在腦中對實驗有個良好的初步印象。

（二）實驗課堂形式多變

實驗課程相對理論課程的另一特點就是課堂形式的靈活，不是簡單的講臺加黑板的形式，而是開放、多變的。

對于實驗課堂一個常用形式——圓桌課堂，學生與老師同坐一個圓桌（或者坐成一圈），以輕松聊天的形式授課。圓桌課堂的氣氛往往相對輕松，課堂互動效果較好，學生敢于發言與討論。課堂中，學生之間、師生之間都可相互交流實驗中的問題與新的體會，有助于提高實驗教學的成果。

（三）實驗課程授課方法靈活

實驗課程效果的一個關鍵過程就是實驗預習，這一問題在實驗課堂教學中有新的解決方法。翻轉課堂，或稱顛倒課堂（Flipped Class/Inverted Classroom），是將傳統的課堂教學結構翻轉過來，讓學生在課前完成相關知識的預習，而課堂上完成知識的理解與應用的一種新型教學模式。[5]翻轉課堂前期需要將材料力學實驗相關的視頻資料公開到課程網站，學生根據自己需要點擊下載學習。材料力學實驗對翻轉課堂的應用，主要解決了學生在實驗過程中遇到問題能夠及時解答，學生在實驗前自主安排學習實驗內容，在實驗課程中有效完成實驗，提高實驗授課質量。

實驗課程授課方法借助現代網絡，實現了實驗課程的在線預約，運用翻轉課堂的形式，完成了實驗課程的預習和預演，課程網站的另一個功能就是解決實驗后報告的提交，這樣就能有效解決報告忘交、晚交等問題。實驗課程網站對實驗教學有著重要的作用，學生根據自己在網站的信息，了解自己完成的實驗步驟。

實驗教學的最終目的是培養學生在工程實際中發現問題與解決問題的能力。因此，在實驗教學過程中，應盡量采用“啟發式教育”的方法，引導學生發散思維，培養其創新能力。實驗課程中，對于學生提出的問題，采取引導式的回答方式，而不是簡單的給出一個答案。讓學生在實驗過程中仔細觀察，與相關的理論知識點聯系，發散思維思考，尋求問題的答案。

（四）實驗課程內容新穎

材料力學實驗是一門專業性較強的基礎實驗課程，有著較深的工程應用背景。因此，實驗課程內容可盡量與工程實際相結合，既可實現教學目的，又可增加實驗課程的實用性與趣味性，而不是簡單枯燥的課本內容。教師應將實際工程問題與材料力學實驗相結合，在課堂上引導學生分析問題，最后通過實驗來驗證。例如，材料力學實驗中的金屬材料壓縮實驗，在工程中設備的底座，建筑結構的墻面通常都是承受壓縮，可引導學生思考一些現象——墻面的裂紋為何經常是斜向45°左右？帶著這些問題與鑄鐵的壓縮實驗現象相比較，就會知道這是由于脆性材料在壓縮過程中，承受的抗剪切能力較弱，故而沿著約45度方向壓裂。

材料力學實驗面向的對象往往是工科不同專業的學生，由于專業的特殊性，因此實驗課程內容可以適當的有所區別。材料專業的學生，可以針對不同材料進行實驗分析，得出不同材料的力學性能；機械專業學生可針對試樣的結構有所改變，選取機器中的零件結構進行實驗，與標準結構試樣的實驗比較，不僅可以知道材料的力學性能，還可以了解該材料的零件失效形式與原因；土木建筑專業的學生可針對桁架結構進行實驗等。

根據材料力學實驗課程的特點，對于實驗的內容可進行分類開設，滿足不同層次的需求。拉伸、壓縮、彎曲、扭轉的單載荷實驗歸納為基礎實驗，這些實驗是必修實驗課程，所有學生均需參加；組合變形的綜合性實驗，以及光測實驗、疲勞實驗等創新型實驗屬于提高性質實驗，學生可以選修，根據興趣的不同，因人而異。

由于材料力學實驗的工程實用性較強，在課程設置中，可組織力學實驗競賽。從工程實際中出發，以某些實際問題為主旨，引導學生運用材料力學實驗的相關知識解決問題，并通過實驗結構來驗證方案的可行性，激發學生對課程的興趣，培養學生的創新能力。

三、總結

綜上所述，材料力學實驗課程作為一門重要的專業基礎實踐課，隨著實驗教學方法的不斷改革與創新，從根本上改變了實驗教學的方式，既鍛煉了學生發現問題、思考問題、解決問題的能力，又提高了實驗教學的質量，為培養全面發展的綜合性人才做好準備。

參考文獻：

[1]許玲，黃志來.啟發式教學在材料力學實驗教學中的運用[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2014，31（02）：124-125.

[2]華珍.提高“材料力學實驗”教學質量的對策分析[J].科教文匯（下旬刊），2012，（02）：42-43.

[3]柴維斯，謝靈.高等院校材料力學實驗教學新模式[J].力學與實踐，2008，（05）：101-102.

[4]教育部.教育信息化十年發展規劃2011—2020[EB/OL].http：//www.edu.cn/zong_he_870/20120330/t20120330_760603_3.shtml，2012-05-06

[5]史瑞英.基于CDIO的翻轉課堂在建筑設計專業教學模式的應用研究[J].教育教學論壇，2018，（26）：237-238.