張學義，夏興有，潘信吉，蘆 頡

(哈爾濱工程大學 航天與建筑工程學院 ， 哈爾濱 150001)

材料力學實驗教學改革研究與實踐

張學義，夏興有，潘信吉，蘆 頡

(哈爾濱工程大學 航天與建筑工程學院 ， 哈爾濱 150001)

在材料力學實驗的教學改革中，依據(jù)實驗中心教學的實際情況，提出了以力學學科為依托的建設方針；確定了“培養(yǎng)創(chuàng)新精神、注重專業(yè)素質(zhì)、提升科學素養(yǎng)”的驗教學定位，提出了“認識力學現(xiàn)象、學習力學方法、解決力學問題”分層次階梯式實驗教學理念。在定位與理念指導下，中心搭建了開放式實驗教學平臺和學生課外創(chuàng)新平臺；構(gòu)建了三個體系即分層次、個性培養(yǎng)的實驗教學體系、創(chuàng)建以實驗技能測試為主考核體系和搭建立體化實驗教學資源體系，經(jīng)過不斷地探索與實踐，使得材料力學實驗教學取得了顯著的教學效果。

學科；教學改革；材料力學；實驗

材料力學課程是工科院校學生的技術基礎課，蘊含著豐富的科學方法和科學思想，是培養(yǎng)大學生綜合能力的重要載體。材料力學實驗和材料力學理論課互為基礎，相互依存，具有很強的相關性[1]。材料力學實驗是理論的基礎，又促進了理論的發(fā)展。材料力學實驗不僅能使學生受到嚴格、系統(tǒng)的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，更重要的是能培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思維和創(chuàng)新精神。近年來哈爾濱工程大學在材料力學實驗的教學改革中，以力學學科為依托，更新實驗教學理念，搭建實驗教學和創(chuàng)新平臺，堅持分層次實驗教學，重新構(gòu)建實驗成績考評體系，取得很好的教學效果。材料力學實驗教學在2012年“十一五”黑龍江省省級力學實驗教學中心驗收中得到省內(nèi)專家的一致好評;同年，以材料力學實驗為支撐的力學實驗教學示范中心被評為工業(yè)與信息化部首批實驗教學示范中心。

1 依托力學學科

力學學科是我校的優(yōu)勢學科，有以院士為帶頭人的學術團隊，具有本科生、碩士生、博士生、博士后研究人員在內(nèi)的多層次人才培養(yǎng)體系[2]。力學學科建設的一個重要組成部分是進行實驗教學建設和重點技術裝備建設。利用力學實驗教學示范中心的現(xiàn)有條件進行學科的研究基地建設，在學科建設時兼顧本科生和研究生的實驗教學，使實驗教學有足夠的資源保證；利用力學學科的人才和技術優(yōu)勢，提升材料力學實驗教學水平；利用院士實驗室的高精尖設備，為力學專業(yè)高年級學生開設科研層次實驗課和演示實驗課，使學生在本科學習階段有機會接觸高端的設備和科研成果，感受濃厚的學術氛圍，激發(fā)學生的學習興趣。

2 搭建兩個平臺

2.1 開放式實驗教學平臺

2.2 學生課外創(chuàng)新平臺

創(chuàng)新能力反映的是創(chuàng)新主體的動手能力，是創(chuàng)新教育的核心。學生課外活動是對第一課堂教學的有益補充，是培養(yǎng)和提高學生創(chuàng)新能力的重要途徑[5]。設立創(chuàng)新實驗室，吸引學生主動參與，實現(xiàn)從科學知識型向科學知識實用技能型的轉(zhuǎn)化，強化學生的實際動手能力和實踐技能的培養(yǎng)，提高學生的創(chuàng)新能力。使學有余力的學生在完成教學計劃要求的課程基礎上，根據(jù)自己的能力和條件進入自選題目的研究，學生自己進行方案論證、設計、安裝和實驗測試，可以把自己的設想在實驗室進行研究、比較、分析、實驗。這樣就能做到因材施教、因人施教。教師以啟發(fā)、相互交流、自由討論的方式對學生進行指導。不同專業(yè)、不同選題的學生之間互相學習、交流，彼此激發(fā)靈感，在良好的學術氣氛下完成實驗和研究工作。成立多個實驗創(chuàng)新小組，實驗室每學期精選5～7個實驗課題，向全校學生招收創(chuàng)新小組成員，每個小組4～5名學生。已經(jīng)連續(xù)多年舉辦的紙橋大賽在學校內(nèi)產(chǎn)生了廣泛的影響，得到了國內(nèi)主要媒體的關注。另外，學生也可自愿成立創(chuàng)新小組，帶著相關的課題，在實驗室教師的指導下開展研究工作。這樣就可以為學生提供更多的思考問題空間和動手機會，進一步培養(yǎng)、鍛煉、提高學生的創(chuàng)新意識，使學生開闊視野和思路，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力[6]。

3 重新構(gòu)建三個體系

3.1 構(gòu)建分層次、個性培養(yǎng)的實驗教學體系

綜合分析理論力學和材料力學等相關理論課程教學現(xiàn)狀，考慮到我校力學學科的特點和具有的為船舶工業(yè)、海軍裝備、海洋開發(fā)和核能應用服務的辦學特色，突出分層次、個性培養(yǎng)的理念，構(gòu)建材料力學實驗教學新體系。對材料力學實驗課程內(nèi)容進行重組，建立4個實驗教學層次?；A層次實驗是從簡單的經(jīng)典實驗開始，使學生掌握常用儀器設備的操作方法，熟悉基本實驗設計原理，培養(yǎng)學生觀察、記錄實驗結(jié)果及收集整理實驗數(shù)據(jù)的能力。對高年級的優(yōu)秀學生(包括部分成績不很優(yōu)秀但希望盡早個性化發(fā)展的學生)，讓他們選擇感興趣的研究方向和課題，利用課余時間直接進入科研實驗室工作，使他們在濃厚的科研氣氛中迅速成長。在實驗中只有相關的研究課題，沒有實驗原理、實驗步驟，只有一系列的問題，給學生留出了思考和發(fā)揮創(chuàng)造性的空間，學生必須自己查閱資料，回答這些問題后才能設計并進行相關的實驗，如固體中波速的測量和沖擊綜合實驗。

將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容，開發(fā)出新的、與當前科技發(fā)展緊密相關的實驗項目，如納米材料的動態(tài)沖擊實驗及陶瓷材料的動態(tài)性能測試實驗等。及時反映力學實驗的當今國內(nèi)外學術動態(tài)，把最新進展制作成掛板，懸掛在實驗室，隨時更新，以此吸引學生的注意力，豐富學生的知識，培養(yǎng)學生的興趣。

3.2 創(chuàng)建以實驗技能測試為主的實驗成績考核體系

實驗成績是學生實驗過程和實驗效果的全面反映，同時又是掌握知識和運用知識的一種綜合評價，因此，如何評定實驗成績就顯得至關重要。實驗成績的考核不僅要充分體現(xiàn)在學生實驗的全過程，而且應該是動態(tài)的和全方位的，同時又應該成為激發(fā)學生學習熱情的一個載體[7]。隨著實驗教學改革的不斷深入和素質(zhì)教育的不斷加強，綜合性設計實驗等新的實驗形式在實驗課中占的比例越來越大，對這些實驗課的成績的評定具有一定的難度。在2012年春季學期對近1 500名學生選課的材料力學實驗，采取重點考核學生實驗操作能力與基本實驗技能，考核內(nèi)容主要以基本層次實驗和綜合層次實驗為主。在考核前三周把要測試的三個典型實驗在實驗教學中心的網(wǎng)頁上公布，上課時沒有選這些實驗的學生在這期間可以到實驗室來完成實驗，其他學生也可以在這期間到實驗室復習相關實驗設備。

3.3 搭建立體化實驗教學資源體系

修訂實驗教材，增加設計性、綜合性實驗內(nèi)容，所選實驗內(nèi)容不僅具有廣泛性，而且具有啟發(fā)性、研究性和創(chuàng)新性。教材包含基礎層次實驗和綜合層次實驗，主要面向全校機械類、動力類和建筑類專業(yè)選材料力學實驗課程的學生。實驗教材中設置很多啟發(fā)性問題，指導學生在實驗前、實驗中和實驗后思考、討論，提供解決問題的指導性思路、可參考的文獻資料源，把問題留給學生自己獨立解決，有利于學生開闊思路。學生在實驗中既動手又動腦，用動腦去指導動手。實驗教學中心補充印刷了材料力學實驗講義，主要介紹提高層次實驗，不斷充實新的實驗內(nèi)容。

實驗室自制材料力學實驗中文版CAI課件，課件除了對實驗原理、操作方法作必要的介紹以外，還結(jié)合動畫片和相關實驗的研究成果進行較深入地分析和討論，從而加快學生對實驗過程的理解，減少教師重復指導工作量，起到了舉一反三、擴大知識面的作用。課件充分體現(xiàn)實驗教學中以學生為主體、因材施教、個性培養(yǎng)的教學理念。加深學生對實驗內(nèi)容的理解，增強學生學習的主動性，由灌輸式學習變?yōu)閷W生的主動學習，將以學生為中心的教學思想付諸實驗教學實踐中。

進行虛擬材料力學實驗室建設，學生可在實驗中心網(wǎng)站上下載和觀看。虛擬實驗是實驗的基本原理、設備結(jié)構(gòu)和功能感官的再現(xiàn)，可加深學生對實驗的設計思想、設計方法和實驗原理的理解。學生不受時間和空間限制，自行設計實驗參數(shù)、反復調(diào)節(jié)，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果，解決了因為實驗設備和經(jīng)費等客觀條件的制約的問題。材料力學虛擬實驗系統(tǒng)具有建設快、成本低、便于管理的特點，能夠發(fā)揮學生主觀能動性，提高實驗效率，還可以多次重復實驗；學生能夠節(jié)省大量的調(diào)試時間，能培養(yǎng)學生利于現(xiàn)代教學手段進行實驗的能力。

4 結(jié)束語

在材料力學實驗的教學改革中，以固體力學學科為依托，確定了“培養(yǎng)創(chuàng)新精神、注重專業(yè)素質(zhì)、提升科學素養(yǎng)”的實驗教學理念，創(chuàng)建了“認識力學現(xiàn)象、學習力學方法、解決力學問題”分層次實驗教學體系，搭建學生實驗教學平臺和科技創(chuàng)新平臺，重新構(gòu)建實驗成績考評體系，取得很好的教學效果。

[1]夏興有，張學義，鄒廣平.材料力學研究型實驗教學的實踐[J].實驗室科學,2008,(4)：42-44.

[2] 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,2007,26(4)：141-144.

[3] 孫立民，等.構(gòu)建開放式創(chuàng)新環(huán)境的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2006,25(1)：119-121.

[4] 白云,柴鈺.加強開放式實驗教學 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索,2010,29(8)：109-112.

[5] 梁迎春.省級實驗教學示范中心的建設模式探索[J].實驗室研究與探索,2011,30(2):88-90.

[6] 李紅陽,王立峰.高校實驗教學示范中心建設與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].實驗技術與管理,2010,27(9):111-114.

[7]魏偉,魏嵐婕.加強實驗教學示范中心建設，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實驗室研究與探索,2007,26(8):69-71.

Reform and Innovation for Experimental Teaching of Mechanics of Materials

ZHANG Xueyi, XIA Xingyou, PAN Xinji, Lü Jie

(Department of Aerospace and Civil Engineering, Harbin Engineering University, Haerbin 150001, China)

According to the practice sitiation of experiment center, we put forward to construction plane based materiols mechanics.These covered three areas about experiment teaching.The first was to take the discipline as the centre.The second is to open the laboratory and establish a platform for the students. The third is to prepare different level for different students and to create the new mechanism with centre of operating for exam and to construct the system of 3-d resource for experimental teaching.

discipline; teaching reform; mechanics of materials; experiment

2014-05-25；修改日期:2014-10-23

張學義(1971-)，男，工學博士，副教授，主要從事力學教學和實驗教學研究工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.037