蔡瑜瑋

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

?

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

蔡瑜瑋

(江蘇師范大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇徐州221116)

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

關(guān)鍵詞材料力學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革； 改革舉措

對(duì)于高等教育，實(shí)驗(yàn)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(wú)法替代的獨(dú)特作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以開(kāi)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(wèn)題與解決問(wèn)題能力。因此在新的形勢(shì)下，探索和改革力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以及教學(xué)手段，對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)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(kāi)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性愈發(fā)顯著[2]。為使材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(lái)江蘇師范大學(xué)在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)手段的探索和改革，以培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?dòng)手能力、創(chuàng)新能力與綜合分析能力為目標(biāo)，由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和個(gè)性化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)組成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，力求全面提升材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[3]。

1改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力

1.1改革驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。根據(jù)這種情況，我們將單一的驗(yàn)證改為用不同種方法來(lái)驗(yàn)證，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣并進(jìn)一步掌握基本知識(shí)。例如，在做純彎曲梁的正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般是在單梁上測(cè)純彎曲橫截面的正應(yīng)力來(lái)驗(yàn)證純彎曲梁橫截面上點(diǎn)的正應(yīng)力分布規(guī)律。我們采用自由疊合梁的純彎曲實(shí)驗(yàn)。首先讓學(xué)生推導(dǎo)疊合梁的應(yīng)力計(jì)算公式；然后粘貼應(yīng)變片，設(shè)計(jì)不同的貼片方案來(lái)測(cè)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(duì)理論教學(xué)中所學(xué)公式的來(lái)源及基本假設(shè)的理解，而且培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦的能力。

1.2設(shè)置綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生根據(jù)自己掌握的課程理論知識(shí)和實(shí)踐過(guò)程的實(shí)驗(yàn)技能，在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備條件下，自己設(shè)計(jì)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)方案、步驟、記錄表格，獨(dú)立完成自己的設(shè)計(jì)。在純彎曲正應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)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(yàn)證理論公式的實(shí)驗(yàn)，改造成綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生利用純彎曲梁的實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)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(shí)疊合梁還設(shè)計(jì)成自由疊合梁及采用螺栓連接的約束疊合梁兩種。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，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(huì)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(jì)方案。既熟練掌握了應(yīng)力電測(cè)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(shí)踐應(yīng)用，提高了學(xué)生對(duì)材料力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。

1.3采用案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

由于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)具有綜合性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握一門(mén)進(jìn)行材料力學(xué)性能測(cè)試的重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)。因此，實(shí)驗(yàn)教師在講授某些實(shí)驗(yàn)的基本原理及操作時(shí)，應(yīng)注意引入一些生活和工程實(shí)例。例如，我們平時(shí)做的低碳鋼的拉伸驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，可以利用工程上的鋼絲繩來(lái)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(shí)驗(yàn)得到。這樣將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和工程生產(chǎn)實(shí)際有機(jī)結(jié)合，提高了實(shí)驗(yàn)課的效果，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到所有的數(shù)據(jù)都是從實(shí)驗(yàn)室里出來(lái)的。實(shí)踐證明，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用案例實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法可加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的理解和掌握，鍛煉了學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決能力，也有利于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣[3]。

1.4設(shè)置操作性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力

大多數(shù)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(dòng)手能力。我們首先讓學(xué)生提前從網(wǎng)上看實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件和視頻課件(在我院的機(jī)械基礎(chǔ)省級(jí)實(shí)驗(yàn)示范中心網(wǎng)站上有每一個(gè)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的錄像)[2]；然后讓學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間自己動(dòng)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(jì)電橋橋路等。這樣上課時(shí)就很容易動(dòng)手操作，而且對(duì)所做的實(shí)驗(yàn)掌握得很扎實(shí)。這種教學(xué)方式更能激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣，更能加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

2改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段及考核機(jī)制，提高學(xué)生綜合運(yùn)用力學(xué)知識(shí)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(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化管理

利用校內(nèi)網(wǎng)，教師把自制的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)資料，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹、實(shí)驗(yàn)試件、實(shí)驗(yàn)步驟及演示過(guò)程等。做到實(shí)驗(yàn)前有預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作有指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)得到更多的知識(shí)。另外實(shí)驗(yàn)時(shí)間的安排及調(diào)整也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，方便學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，同時(shí)也提高了實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生的工作效率。

2.2以學(xué)生為主體，實(shí)驗(yàn)教師為主導(dǎo)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，實(shí)驗(yàn)教師花大量時(shí)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(shí)不能較好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，不利于學(xué)生思考。現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前必須熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生自行選擇或構(gòu)建出不同的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考及總結(jié)，對(duì)原始數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行互動(dòng)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(shí)驗(yàn)中發(fā)揮主觀能動(dòng)性，由“被動(dòng)做實(shí)驗(yàn)”變?yōu)椤爸鲃?dòng)做實(shí)驗(yàn)”，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。

2.3加大實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)谡n程總成績(jī)中的比重

2.4改革實(shí)驗(yàn)教材，增加實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革目標(biāo)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室新購(gòu)進(jìn)的實(shí)驗(yàn)機(jī)及儀器設(shè)備，介紹最新實(shí)驗(yàn)技術(shù)、儀器設(shè)備和國(guó)家相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，重新編寫(xiě)新的實(shí)驗(yàn)教材及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教材應(yīng)便于學(xué)生根據(jù)必修及自選性實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行自學(xué)。

原有實(shí)驗(yàn)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(kāi)出的“金屬拉壓實(shí)驗(yàn)”，只是對(duì)低碳鋼、灰鑄鐵進(jìn)行常溫下靜載的拉伸和壓縮試驗(yàn)，而對(duì)生產(chǎn)工程實(shí)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(dòng)載下的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)卻無(wú)法涉及[2]。因此，增加了尼龍材料的拉伸實(shí)驗(yàn)。

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

為了充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)設(shè)備的作用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的對(duì)外開(kāi)放，為全院教學(xué)和科研服務(wù)，鼓勵(lì)全院師生尤其是研究生利用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展科研，本科生開(kāi)展科研創(chuàng)新項(xiàng)目研究，這不僅可以提高實(shí)驗(yàn)室的儀器使用率，有利于全院教學(xué)、科研的開(kāi)展及水平的提高，還可以對(duì)一些較為落后的設(shè)備進(jìn)行改造，有利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦的能力。同時(shí)還能開(kāi)展以力學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)的科技活動(dòng)，如開(kāi)展工程實(shí)習(xí)地參觀，力學(xué)競(jìng)賽、觀摩、講座，力學(xué)綜合訓(xùn)練、科研訓(xùn)練等開(kāi)放式活動(dòng)，使力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果擴(kuò)展到力學(xué)課程體系之外，有效提升力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力技術(shù)素質(zhì)的輻射作用[4-9]。

2.6發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中的作用

向全院研究生、本科生開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。為本科生開(kāi)設(shè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程及畢業(yè)設(shè)計(jì)，研究生開(kāi)展科研提供實(shí)驗(yàn)條件。動(dòng)員學(xué)生做實(shí)驗(yàn)方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)，這幾年收效明顯，實(shí)驗(yàn)選題日益增多，依托實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生獲得了國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，掌握了試驗(yàn)設(shè)備的實(shí)際操作及使用，發(fā)表了高水平科研論文，獲得了省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)榮譽(yù)。同時(shí)我們可以將這些好的項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)驗(yàn)，作為提高性的選修實(shí)驗(yàn)提供給學(xué)生，從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)整體水平得到提高。

3結(jié)束語(yǔ)

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

參 考 文 獻(xiàn)

[1]肖耀峰，何源.淺談高校實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索2012，31(8)：417-418

[2]李順才，蔡瑜瑋.材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)若干思考[J].實(shí)驗(yàn)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(guó)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(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24(10)；344-346.

[5]李琳，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)[J].力學(xué)與實(shí)踐，2004，26(6)：74-75.

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

[8]李艷輝，謝占魁，關(guān)學(xué)鋒.材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2004，20(3):92-93.

[9]歐陽(yáng)思潔，錢(qián)燦榮.材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐與思考[J].實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目：江蘇師范大學(xué)教研課題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段改革的研究資助項(xiàng)目(L2014Y08)。

作者簡(jiǎn)介：蔡瑜瑋(1969-)，女，實(shí)驗(yàn)師，主要從事材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的研究工作。

中圖分類(lèi)號(hào)G642.423；O341

文獻(xiàn)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