蔡瑜瑋

(江蘇師范大學(xué)　機電工程學(xué)院，江蘇　徐州　221116)

?

材料力學(xué)實驗教學(xué)改革研究

蔡瑜瑋

(江蘇師范大學(xué)機電工程學(xué)院，江蘇徐州221116)

摘要該文結(jié)合材料力學(xué)實驗教學(xué)方法和教學(xué)手段現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢，根據(jù)多年的材料力學(xué)實驗教學(xué)經(jīng)驗，分析總結(jié)了現(xiàn)有材料力學(xué)實驗教學(xué)中存在的一些問題，給出了改革力學(xué)實驗教學(xué)方法和教學(xué)手段的一些舉措。自主研制和開發(fā)了一批綜合性、設(shè)計性和個性化的創(chuàng)新實驗，用以提升學(xué)生對材料力學(xué)實驗的興趣，增強學(xué)生的實踐操作能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，最終達到全面提升材料力學(xué)實驗教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞材料力學(xué);實驗教學(xué);教學(xué)改革； 改革舉措

對于高等教育，實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力方面，有著理論教學(xué)無法替代的獨特作用。實驗教學(xué)可以開拓學(xué)生的思路，激發(fā)學(xué)生的探索精神，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題與解決問題能力。因此在新的形勢下，探索和改革力學(xué)實驗教學(xué)方法以及教學(xué)手段，對于提高實驗教學(xué)效果與人才綜合素質(zhì)至關(guān)重要[1]。

隨著高校教育改革的深入開展，實驗教學(xué)的重要性愈發(fā)顯著[2]。為使材料力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容和手段跟上現(xiàn)代科技發(fā)展的步伐，近幾年來江蘇師范大學(xué)在材料力學(xué)實驗教學(xué)中進行實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗方法及實驗手段的探索和改革，以培養(yǎng)和提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?、動手能力、?chuàng)新能力與綜合分析能力為目標(biāo)，由基礎(chǔ)實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗和個性化創(chuàng)新實驗組成的實驗教學(xué)新體系，力求全面提升材料力學(xué)實驗教學(xué)效果[3]。

1改革實驗教學(xué)方法，提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力

1.1改革驗證性實驗

材料力學(xué)實驗大多是驗證性實驗，不能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。根據(jù)這種情況，我們將單一的驗證改為用不同種方法來驗證，提高學(xué)生的實驗興趣并進一步掌握基本知識。例如，在做純彎曲梁的正應(yīng)力實驗時，一般是在單梁上測純彎曲橫截面的正應(yīng)力來驗證純彎曲梁橫截面上點的正應(yīng)力分布規(guī)律。我們采用自由疊合梁的純彎曲實驗。首先讓學(xué)生推導(dǎo)疊合梁的應(yīng)力計算公式；然后粘貼應(yīng)變片，設(shè)計不同的貼片方案來測試疊合梁的應(yīng)力分布，再與理論值比較。這樣不僅可以加深學(xué)生對理論教學(xué)中所學(xué)公式的來源及基本假設(shè)的理解，而且培養(yǎng)了學(xué)生動手、動腦的能力。

1.2設(shè)置綜合性、設(shè)計性實驗

綜合性、設(shè)計性實驗是學(xué)生根據(jù)自己掌握的課程理論知識和實踐過程的實驗技能，在實驗室現(xiàn)有的設(shè)備條件下，自己設(shè)計規(guī)劃實驗方案、步驟、記錄表格，獨立完成自己的設(shè)計。在純彎曲正應(yīng)力測定實驗中，我們選擇將“純彎曲梁”改造為“不同材料的疊合梁”。 將陳舊的單一的驗證理論公式的實驗，改造成綜合性、設(shè)計性實驗。

學(xué)生利用純彎曲梁的實驗裝置，設(shè)計出不同種材料的疊合梁與純彎曲梁相比較，自己改變加載方式、位置以及應(yīng)變片方位。同時疊合梁還設(shè)計成自由疊合梁及采用螺栓連接的約束疊合梁兩種。通過實驗，學(xué)生不僅牢記了矩形截面彎曲梁上正應(yīng)力及剪應(yīng)力的分布規(guī)律，還學(xué)會了應(yīng)力狀態(tài)理論和廣義胡克定律疊合梁之間的設(shè)計方案。既熟練掌握了應(yīng)力電測法的基本原理及操作技巧，又牢記了廣義胡克定律在工程構(gòu)件上的實踐應(yīng)用，提高了學(xué)生對材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。

1.3采用案例實驗教學(xué)方法

由于材料力學(xué)實驗具有綜合性和實踐性的特點，通過實驗可以讓學(xué)生掌握一門進行材料力學(xué)性能測試的重要實驗技術(shù)。因此，實驗教師在講授某些實驗的基本原理及操作時，應(yīng)注意引入一些生活和工程實例。例如，我們平時做的低碳鋼的拉伸驗證性實驗，可以利用工程上的鋼絲繩來做拉伸。不管是低碳鋼還是鋼絲繩這些材料的力學(xué)性能指標(biāo)通常是靠材料力學(xué)實驗得到。這樣將實驗內(nèi)容和工程生產(chǎn)實際有機結(jié)合，提高了實驗課的效果，使學(xué)生認識到所有的數(shù)據(jù)都是從實驗室里出來的。實踐證明，在實驗教學(xué)中，采用案例實驗教學(xué)方法可加深學(xué)生對實驗知識的理解和掌握，鍛煉了學(xué)生對實際問題的解決能力，也有利于提高學(xué)生實驗興趣[3]。

1.4設(shè)置操作性實驗，提高學(xué)生的動手能力

大多數(shù)材料力學(xué)實驗應(yīng)變片都是預(yù)先粘貼好的，為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。我們首先讓學(xué)生提前從網(wǎng)上看實驗教學(xué)課件和視頻課件(在我院的機械基礎(chǔ)省級實驗示范中心網(wǎng)站上有每一個材料力學(xué)實驗的錄像)[2]；然后讓學(xué)生利用業(yè)余時間自己動手將試件表面打磨、清洗，粘貼應(yīng)變片，焊接應(yīng)變片引線，設(shè)計電橋橋路等。這樣上課時就很容易動手操作，而且對所做的實驗掌握得很扎實。這種教學(xué)方式更能激發(fā)學(xué)生對實驗的熱情和興趣，更能加深對理論知識的理解。

2改革實驗教學(xué)手段及考核機制，提高學(xué)生綜合運用力學(xué)知識的能力

2.1廣泛應(yīng)用現(xiàn)代教學(xué)手段、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)實驗教學(xué)信息化管理

利用校內(nèi)網(wǎng)，教師把自制的實驗教學(xué)課件和視頻課件放到學(xué)院網(wǎng)站，讓學(xué)生可以提前預(yù)習(xí)更多的實驗資料，包括實驗設(shè)備介紹、實驗試件、實驗步驟及演示過程等。做到實驗前有預(yù)習(xí)、實驗操作有指導(dǎo)、實驗步驟有演示、演示成果有討論，作為供學(xué)生提前學(xué)習(xí)的輔助手段，還能成為教師和學(xué)生交流的學(xué)習(xí)論壇，幫助學(xué)生在實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)得到更多的知識。另外實驗時間的安排及調(diào)整也可以通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，方便學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)合理安排實驗時間，同時也提高了實驗教師和學(xué)生的工作效率。

2.2以學(xué)生為主體，實驗教師為主導(dǎo)

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式，實驗教師花大量時間講授，學(xué)生只需按部就班地做，這種方式在一定程度上抑制了學(xué)生的創(chuàng)造性，同時不能較好地鍛煉學(xué)生的動手能力，不利于學(xué)生思考?，F(xiàn)在的實驗教學(xué)要求學(xué)生在實驗前必須熟悉整個實驗各個環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生自行選擇或構(gòu)建出不同的實驗方案進行實驗。實驗過程中，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考及總結(jié)，對原始數(shù)據(jù)結(jié)果進行互動式的分析討論，激發(fā)學(xué)生興趣和求知欲。這樣使學(xué)生在實驗中發(fā)揮主觀能動性，由“被動做實驗”變?yōu)椤爸鲃幼鰧嶒灐?，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。

2.3加大實驗成績在課程總成績中的比重

2.4改革實驗教材，增加實驗材料

根據(jù)實驗教學(xué)改革目標(biāo)，結(jié)合實驗室新購進的實驗機及儀器設(shè)備，介紹最新實驗技術(shù)、儀器設(shè)備和國家相關(guān)實驗標(biāo)準，重新編寫新的實驗教材及實驗報告，教材應(yīng)便于學(xué)生根據(jù)必修及自選性實驗的要求進行自學(xué)。

原有實驗材料太單一，與工程應(yīng)用中的各種現(xiàn)代材料聯(lián)系不密切，不能激發(fā)學(xué)生的興趣[5]。目前開出的“金屬拉壓實驗”，只是對低碳鋼、灰鑄鐵進行常溫下靜載的拉伸和壓縮試驗，而對生產(chǎn)工程實際中不斷出現(xiàn)的新型材料如復(fù)合材料、聚合物等在高低溫動載下的力學(xué)性能實驗卻無法涉及[2]。因此，增加了尼龍材料的拉伸實驗。

2.5提高設(shè)備的利用率，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

為了充分發(fā)揮實驗設(shè)備的作用，通過實驗室的對外開放，為全院教學(xué)和科研服務(wù)，鼓勵全院師生尤其是研究生利用實驗室開展科研，本科生開展科研創(chuàng)新項目研究，這不僅可以提高實驗室的儀器使用率，有利于全院教學(xué)、科研的開展及水平的提高，還可以對一些較為落后的設(shè)備進行改造，有利于培養(yǎng)學(xué)生動手、動腦的能力。同時還能開展以力學(xué)實踐為基礎(chǔ)的科技活動，如開展工程實習(xí)地參觀，力學(xué)競賽、觀摩、講座，力學(xué)綜合訓(xùn)練、科研訓(xùn)練等開放式活動，使力學(xué)實驗教學(xué)成果擴展到力學(xué)課程體系之外，有效提升力學(xué)實驗對學(xué)生實踐能力技術(shù)素質(zhì)的輻射作用[4-9]。

2.6發(fā)揮實驗在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計中的作用

向全院研究生、本科生開放實驗室。為本科生開設(shè)創(chuàng)新設(shè)計課程及畢業(yè)設(shè)計，研究生開展科研提供實驗條件。動員學(xué)生做實驗方面的畢業(yè)設(shè)計，這幾年收效明顯，實驗選題日益增多，依托實驗室，學(xué)生獲得了國家級大學(xué)生創(chuàng)新項目，掌握了試驗設(shè)備的實際操作及使用，發(fā)表了高水平科研論文，獲得了省級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計榮譽。同時我們可以將這些好的項目轉(zhuǎn)化為教學(xué)實驗，作為提高性的選修實驗提供給學(xué)生，從而使實驗教學(xué)整體水平得到提高。

3結(jié)束語

實驗教學(xué)方法的靈活使用和教學(xué)手段的先進性是一堂好的實驗課的重要標(biāo)志。為提高材料力學(xué)實驗的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出高素質(zhì)、強能力的新型人才，就必須對實驗教學(xué)方法及教學(xué)手段等進行改革與創(chuàng)新。這就要把握學(xué)科發(fā)展動態(tài)，更新實驗教學(xué)內(nèi)容，采取靈活多樣的實驗教學(xué)手段，積極采取一些案例式和動手式等實驗教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生實驗興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力，訓(xùn)練學(xué)生從事科學(xué)研究的能力。

參 考 文 獻

[1]肖耀峰，何源.淺談高校實驗技術(shù)人員隊伍建設(shè)[J].實驗室研究與探索2012，31(8)：417-418

[2]李順才，蔡瑜瑋.材料力學(xué)實驗教學(xué)若干思考[J].實驗技術(shù)與管理，2010，27(12)：158-160

[3]王新榮，張霞，李小海，等.高等理工科課程教學(xué)方法及教學(xué)手段改革研究[J].中國電力教育，2013(2):110-111.

[4]沈火明，戴振羽，高芳清.基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)改革的研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2007，24(10)；344-346.

[5]李琳，材料力學(xué)實驗教學(xué)改革的思考及探索[C].力學(xué)與工程應(yīng)用，2012(10)：414-415.

[6]李洪升，張小鵬，劉增利．加強實驗教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)[J].力學(xué)與實踐，2004，26(6)：74-75.

[7]袁馳.提高材料力學(xué)實驗教學(xué)效果的探索[J].濰坊學(xué)院學(xué)報，2003，3(2):85-87.

[8]李艷輝，謝占魁，關(guān)學(xué)鋒.材料力學(xué)實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J].中北大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2004，20(3):92-93.

[9]歐陽思潔，錢燦榮.材料力學(xué)實驗教學(xué)改革實踐與思考[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2012，10(4):79-81.

收稿日期:2015-04-22；修改日期: 2015-06-23

基金項目：江蘇師范大學(xué)教研課題：力學(xué)實驗教學(xué)方法與手段改革的研究資助項目(L2014Y08)。

作者簡介：蔡瑜瑋(1969-)，女，實驗師，主要從事材料力學(xué)實驗教學(xué)方面的研究工作。

中圖分類號G642.423；O341

文獻標(biāo)志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.050

Innovation Study on Experimental Teaching of Materials Mechanics

CAI Yuwei

(School of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangsu Normal University，Xuzhou 221116，China)

AbstractAccording to the modernization development trend of the experiment teaching method of materials mechanics and the experimental teaching experience of materials mechanics in many years，some problems existing in experimental teaching of materials mechanics are analyzed and summarized.Moreover，some measures about innovating mechanics experimental teaching methods and teaching hands are also given in order to comprehensively enhance the interest in the mechanics experimental and innovative ability of the students.A number of comprehensive，design and personalized innovative experiment were independent researched to stimulate students’ interest in the experiment of material mechanics.At the same time，the students’ practical ability，innovation ability and comprehensive quality were cultivated.Finally，the experiment teaching effect of material mechanics has a comprehensive promotion.

Key wordsmaterials mechanics;experimental teaching;teaching reform;reform measures