康穎安，夏　平，劉紅石，程玉蘭

(湖南工程學(xué)院　應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，湖南　湘潭　411101)

?

獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

康穎安，夏平，劉紅石，程玉蘭

(湖南工程學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，湖南湘潭411101)

摘要針對獨(dú)立學(xué)院目前材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，該文從實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革、教學(xué)設(shè)施設(shè)備的改善及實(shí)驗(yàn)考核方式的完善等方面進(jìn)行改革與實(shí)踐，探索出適合獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，并取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞材料力學(xué)；實(shí)驗(yàn)課；教學(xué)改革；獨(dú)立學(xué)院

獨(dú)立學(xué)院是近年來隨著我國高等教育規(guī)模的快速增長，由普通高等學(xué)校按照新的機(jī)制和新模式創(chuàng)辦的一種新型的二級(jí)學(xué)院。它是由實(shí)施本科以上學(xué)歷教育的普通高等學(xué)校與國家機(jī)構(gòu)以外的社會(huì)組織或者個(gè)人合作，利用非國家財(cái)政性經(jīng)費(fèi)舉辦的實(shí)施本科學(xué)歷教育的高等學(xué)校。獨(dú)立學(xué)院的創(chuàng)辦和發(fā)展對我國高等教育的持續(xù)、健康發(fā)展具有重大意義，教育部對獨(dú)立學(xué)院建設(shè)和發(fā)展的原則是“積極支持、規(guī)范管理”。培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才是獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)定位[1]。

材料力學(xué)是高等院校工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的理論性與實(shí)踐性強(qiáng)，它與工程實(shí)際緊密聯(lián)系，是理論與實(shí)踐并重的一門學(xué)科[2]。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)課程的重要組成部分。學(xué)生通過材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)，觀察不同材料的變形規(guī)律與破壞現(xiàn)象來了解材料力學(xué)特性，掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得方法以及數(shù)據(jù)的處理。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、獨(dú)立思考問題并解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也加深對材料力學(xué)理論的理解，從而達(dá)到對所學(xué)書本知識(shí)和基本概念的掌握與應(yīng)用。

1獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

獨(dú)立學(xué)院的定位是培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，但由于獨(dú)立學(xué)院辦學(xué)時(shí)間較短，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)很多方面均沿用母體學(xué)校原有的教學(xué)模式。獨(dú)立學(xué)院如何根據(jù)自身特點(diǎn)培養(yǎng)出高質(zhì)量人才，形成符合自身的課程體系，顯得尤為重要。根據(jù)獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)與實(shí)施情況，發(fā)現(xiàn)主要存在如下一些問題。

1)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較單一，缺少設(shè)計(jì)性或綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。大學(xué)本科的常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由認(rèn)識(shí)性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等組成，且通常所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程大多是演示與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。通過這些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一定程度上可以培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程中力學(xué)現(xiàn)象的觀察能力、學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力。但是由于該實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證某一些力學(xué)規(guī)律和計(jì)算公式，學(xué)生往往只按照操作步驟一步步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對得出實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)論，不會(huì)仔細(xì)去思考因果，而只是完成任務(wù)。在這種實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作沒有預(yù)期，實(shí)驗(yàn)結(jié)果已知，因而學(xué)習(xí)積極性降低[3]。

2)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和考核方式較單一。獨(dú)立學(xué)院辦學(xué)時(shí)間短，大多數(shù)獨(dú)立學(xué)院的課程體系、教學(xué)方法和教學(xué)手段與母體學(xué)校基本相同。由于教育方法與學(xué)生基礎(chǔ)不太相適應(yīng)，其教學(xué)效果不理想。教師大多注重理論教學(xué)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視。加上實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不完善，有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，配套實(shí)驗(yàn)儀器不齊全，數(shù)量少，使學(xué)生沒有足夠的動(dòng)手操作機(jī)會(huì)。同時(shí)，教師對學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的考查只針對上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對于實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)情況和實(shí)驗(yàn)中的操作能力都未考核，打擊了一些動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

以上這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式缺乏對學(xué)生分析和解決實(shí)際問題能力、動(dòng)手實(shí)踐以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，達(dá)不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。因而需要對實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行適當(dāng)改革和創(chuàng)新，探索適合獨(dú)立學(xué)院力學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[4]，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，促進(jìn)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和教學(xué)改革。

2獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐

為適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要，培養(yǎng)出具有一定創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在土木、機(jī)械等工科專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的作用。由于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多不足，例如，部分學(xué)生只重理論而輕實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)前不進(jìn)行預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過程中紀(jì)律松散，只看不動(dòng)手，實(shí)驗(yàn)后不及時(shí)處理數(shù)據(jù)，不能按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。理論課教師重課堂輕實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)付了事，教學(xué)手段少，考核辦法單一。 因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果和培養(yǎng)目標(biāo)。針對這些問題，我校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)老師們積極進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，取得了以下較好的效果。

1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變。

工程實(shí)際材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)各不相同，但對于構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，通常略去一些次要因素，將它們抽象為均勻、連續(xù)、各向同性的理想化材料進(jìn)行理論分析。因而材料力學(xué)理論研究的構(gòu)件會(huì)將實(shí)際材料理想化、真實(shí)構(gòu)件典型化、公式推導(dǎo)假設(shè)化。當(dāng)材料力學(xué)理論應(yīng)用到工程實(shí)際中，其理論是否滿足工程實(shí)際的精度要求，能否保證工程的安全可靠性，則需要通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行檢驗(yàn)。諸多材料力學(xué)理論的提出是以生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，而每一個(gè)理論的建立均需經(jīng)受實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的檢驗(yàn)。因此，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證、修正及發(fā)展理論的必要手段。學(xué)生通過操作儀器設(shè)備，來觀察變形與破壞現(xiàn)象，完成數(shù)據(jù)處理及總結(jié)分析，會(huì)加深對理論知識(shí)的理解，同時(shí)培養(yǎng)科學(xué)研究的能力和解決工程實(shí)際問題的能力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人才素質(zhì)教育與能力提高方面承擔(dān)了更多責(zé)任。它不僅是教與學(xué)的過程，對學(xué)生能力提高和人格塑造更是重要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)更需要研究教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究是教學(xué)研究的核心。相同實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，不同教學(xué)方法將會(huì)收到不同的教學(xué)效果[5-6]。

在教學(xué)方法中要體現(xiàn)教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)思想，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，鼓勵(lì)學(xué)生分析問題并解決問題，重視學(xué)生基本技能的掌握，注重學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)，以及培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和團(tuán)隊(duì)合作精神。在實(shí)驗(yàn)前，教師向?qū)W生提出有關(guān)本次實(shí)驗(yàn)的思考問題，例如，在材料拉伸實(shí)驗(yàn)中低碳鋼在屈服階段時(shí)，為什么可看到45°方向的條紋即滑移線；扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)里鑄鐵試件的扭轉(zhuǎn)破壞斷面是怎樣的，為什么是45°螺旋面；在電測實(shí)驗(yàn)中電測直梁純彎曲實(shí)驗(yàn)里溫度補(bǔ)償片的作用，對它的規(guī)格型號(hào)有什么要求；測彎扭組合變形的內(nèi)力彎矩時(shí)，用兩枚縱向應(yīng)變片組成相互補(bǔ)償電路，也可用一片縱向片和外補(bǔ)償電路，兩種方法何種較好，為什么？等等。學(xué)生可以根據(jù)已有的理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)相互討論，在實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象找到問題答案，激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的興趣，由被動(dòng)地接受轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)探索知識(shí)[7]。

2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革。

新增與專業(yè)相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在材料基本力學(xué)性能測試實(shí)驗(yàn)中，通常我們會(huì)進(jìn)行兩種典型金屬材料低碳鋼和鑄鐵在拉伸和壓縮時(shí)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。而對于土木工程專業(yè)學(xué)生，在土建中也常用到非金屬材料，如混凝土、木材和玻璃鋼等，這些材料的力學(xué)性能也是我們所要關(guān)注的。因此在拉壓實(shí)驗(yàn)中，可以進(jìn)行混凝土壓縮實(shí)驗(yàn)，木材的順紋拉伸、壓縮和橫紋壓縮實(shí)驗(yàn)等，以滿足今后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。在材料基本力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)里，可以引入科研成果，如新型材料泡沫鋁金屬材料力學(xué)性能的測試，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課的興趣。

將電測法實(shí)驗(yàn)整合為綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。電測技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)變應(yīng)力分析，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的重要手段。在電測實(shí)驗(yàn)中我們分別開設(shè)了電測直梁純彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)和彎扭組合變形內(nèi)力測定實(shí)驗(yàn)。通過以上實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握測量受力構(gòu)件應(yīng)變應(yīng)力的原理和方法。由于都是電測方法，接橋方法也是一樣，由于受力構(gòu)件不同，我們可以將這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)整合為綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行。熟練掌握了應(yīng)變電測法原理和技術(shù)，學(xué)生們就可以解決工程實(shí)際問題。

在電測實(shí)驗(yàn)中，試件上的電阻應(yīng)變片常常是實(shí)驗(yàn)教師粘貼上去，應(yīng)變片如何粘貼，其粘貼位置和方向，學(xué)生們在實(shí)驗(yàn)中并不會(huì)去考慮。因此，可以先開設(shè)電阻應(yīng)變片的粘貼實(shí)驗(yàn)及應(yīng)變片在惠斯頓電橋中的連接實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握電阻應(yīng)變片在試件上的粘貼與焊線技術(shù)，掌握應(yīng)變片測量應(yīng)力時(shí)的多點(diǎn)測量技術(shù)及靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用方法。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及分析、解決實(shí)際問題的能力。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改變，我們重新認(rèn)真編寫了材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，對各實(shí)驗(yàn)中的儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)原理與方法等做了全面介紹。這有助于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前的了解和預(yù)習(xí)，熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)時(shí)不盲目操作，并能自己較好地解決預(yù)習(xí)中所碰到的問題，獨(dú)立分析問題、解決問題的能力得到提高。

3)教學(xué)設(shè)施設(shè)備的改善。

為滿足材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的正常實(shí)施，學(xué)校淘汰了老式的液壓式機(jī)械式材料試驗(yàn)機(jī)，使用了新型先進(jìn)儀器設(shè)備，如微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)、微機(jī)控制扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)等。增加了靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、直梁純彎曲試驗(yàn)架、彎扭組合變形試驗(yàn)架的臺(tái)數(shù)，購進(jìn)新的壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)臺(tái)等。目前可以為工科專業(yè)學(xué)生開設(shè)拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)。圓軸扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、低碳鋼彈性模量E的測定、粘貼應(yīng)變片及電阻應(yīng)變片接橋方法、電測直梁純彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、彎扭組合變形內(nèi)力測定實(shí)驗(yàn)、偏心拉伸實(shí)驗(yàn)和壓桿穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以完全滿足教學(xué)要求。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境得到改善，同時(shí)完善了實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度。增加實(shí)驗(yàn)批次和指導(dǎo)教師，提高設(shè)備的利用率。因此，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力得到提高。

4)實(shí)驗(yàn)考核方式的完善。

3結(jié)束語

將培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教育教學(xué)理念貫穿于力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，結(jié)合并發(fā)揮獨(dú)立院校學(xué)生的特點(diǎn)，因材施教，加強(qiáng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力。經(jīng)過一系列改進(jìn)，較大改善了獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，并以此逐步形成獨(dú)立學(xué)院的特色專業(yè)教育。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]教育部令第26號(hào).獨(dú)立學(xué)院設(shè)置與管理辦法[Z].中華人民共和國教育部，2008.

[2]孫訓(xùn)方.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]康穎安，卿上樂，劉紅石，等.獨(dú)立學(xué)院材料力學(xué)課程教學(xué)探索[J].課程教育研究，2014，21(10):240-241.

[4 ]張旭光，王秀振，李莉，等.獨(dú)立學(xué)院土木專業(yè)材料力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與探討[J].高等建筑教育，2013，22(5):125-128.

[5]陳紅兵，鄭應(yīng)彬，羅書強(qiáng).材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014 (6)：81-84.

[6]唐紅春，王璐.獨(dú)立學(xué)院土木工程專業(yè)力學(xué)教學(xué)體系探討[J].山西建筑，2013，22(3)：225-2277.

[7]胡和平，廖艷果，王曉鋒.獨(dú)立學(xué)院力學(xué)的開放性教學(xué)探索——以南華大學(xué)船山學(xué)院為例[J].考試周刊，2013(17):150-151.

收稿日期:2015-06-29；修改日期: 2015-08-19

基金項(xiàng)目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目(湘教通[2013]223號(hào))。

作者簡介：康穎安(1972-)，女，博士，副教授，主要從事材料破壞理論與力學(xué)設(shè)計(jì)、力學(xué)教學(xué)。

中圖分類號(hào)G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.057

Reform and Practice of Experiment Teaching of Mechanics of Materials in Indepedent Colleges

KANG Yingan，XIA ping，LIU Hongshi，CHENG Yulan

(School of Applied Technology，Hunan Institute of Engineering，Xiangtan 411101，China)

AbstractAiming at the current situation of experiment teaching of mechanics of materials in independent colleges, this paper carried out a series of reform and practice from several aspeots.These include:tranformation of teaching concept, reform of teaching contents, improvement of teaching equipmerts and perfect of experiment examination.Finally,one explored a experiment teaching method got good teaching effect.

Key wordsmechanics of materials;experiment course;teaching reform;independent colleges