簡談材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究論文
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)無法替代的獨(dú)特作用。實(shí)驗(yàn)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(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。
隨著高校教育改革的深入開展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性愈發(fā)顯著。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Α?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。
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)，通過實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握一門進(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)際問題的解決能力，也有利于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣。
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);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?cè)谡n程總成績中的比重
選擇基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)又充分考慮學(xué)生特長、能力和興趣的差異，根據(jù)基礎(chǔ)力學(xué)課程學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，在基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)施綜合設(shè)計(jì)性、工程實(shí)踐性、個(gè)性化創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。要求材料力學(xué)課程考核，實(shí)驗(yàn)成績占課程總成績的20。
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)備和國家相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，重新編寫新的實(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。目前開出的“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)卻無法涉及。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，通過實(shí)驗(yàn)室的對(duì)外開放，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)室開展科研，本科生開展科研創(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)還能開展以力學(xué)實(shí)踐為基礎(chǔ)的科技活動(dòng)，如開展工程實(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。
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、本科生開放實(shí)驗(yàn)室。為本科生開設(shè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程及畢業(yè)設(shè)計(jì)，研究生開展科研提供實(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
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。
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