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簡(jiǎn)談材料力學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革研究論文
對于高等教育，實(shí)驗教學(xué)在培養學(xué)生的綜合創(chuàng )新能力方面，有著(zhù)理論教學(xué)無(wú)法替代的獨特作用。實(shí)驗教學(xué)可以開(kāi)拓學(xué)生的思路，激發(fā)學(xué)生的探索精神，培養學(xué)生的分析問(wèn)題與解決問(wèn)題能力。因此在新的形勢下，探索和改革力學(xué)實(shí)驗教學(xué)方法以及教學(xué)手段，對于提高實(shí)驗教學(xué)效果與人才綜合素質(zhì)至關(guān)重要。
隨著(zhù)高校教育改革的深入開(kāi)展，實(shí)驗教學(xué)的重要性愈發(fā)顯著(zhù)。為使材料力學(xué)實(shí)驗教學(xué)內容和手段跟上現代科技發(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)驗教學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)內容、實(shí)驗方法及實(shí)驗手段的探索和改革，以培養和提高學(xué)生的實(shí)驗能力、動(dòng)手能力、創(chuàng )新能力與綜合分析能力為目標，由基礎實(shí)驗、綜合性實(shí)驗、設計性實(shí)驗和個(gè)性化創(chuàng )新實(shí)驗組成的實(shí)驗教學(xué)新體系，力求全面提升材料力學(xué)實(shí)驗教學(xué)效果。
1改革實(shí)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(shí)驗
材料力學(xué)實(shí)驗大多是驗證性實(shí)驗，不能充分調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性。根據這種情況，我們將單一的驗證改為用不同種方法來(lái)驗證，提高學(xué)生的實(shí)驗興趣并進(jìn)一步掌握基本知識。例如，在做純彎曲梁的正應力實(shí)驗時(shí)，一般是在單梁上測純彎曲橫截面的正應力來(lái)驗證純彎曲梁橫截面上點(diǎn)的正應力分布規律。我們采用自由疊合梁的純彎曲實(shí)驗。首先讓學(xué)生推導疊合梁的應力計算公式;然后粘貼應變片，設計不同的貼片方案來(lái)測試疊合梁的應力分布，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(lái)源及基本假設的理解，而且培養了學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦的能力。
1.2設置綜合性、設計性實(shí)驗
綜合性、設計性實(shí)驗是學(xué)生根據自己掌握的課程理論知識和實(shí)踐過(guò)程的實(shí)驗技能，在實(shí)驗室現有的設備條件下，自己設計規劃實(shí)驗方案、步驟、記錄表格，獨立完成自己的設計。在純彎曲正應力測定實(shí)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(shí)驗，改造成綜合性、設計性實(shí)驗。
學(xué)生利用純彎曲梁的實(shí)驗裝置，設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、位置以及應變片方位。同時(shí)疊合梁還設計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，學(xué)生不僅牢記了矩形截面彎曲梁上正應力及剪應力的分布規律，還學(xué)會(huì )了應力狀態(tài)理論和廣義胡克定律疊合梁之間的設計方案。既熟練掌握了應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件上的實(shí)踐應用，提高了學(xué)生對材料力學(xué)課程的學(xué)習興趣。
1.3采用案例實(shí)驗教學(xué)方法
由于材料力學(xué)實(shí)驗具有綜合性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗可以讓學(xué)生掌握一門(mén)進(jìn)行材料力學(xué)性能測試的重要實(shí)驗技術(shù)。因此，實(shí)驗教師在講授某些實(shí)驗的基本原理及操作時(shí)，應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證性實(shí)驗，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)性能指標通常是靠材料力學(xué)實(shí)驗得到。這樣將實(shí)驗內容和工程生產(chǎn)實(shí)際有機結合，提高了實(shí)驗課的效果，使學(xué)生認識到所有的數據都是從實(shí)驗室里出來(lái)的。實(shí)踐證明，在實(shí)驗教學(xué)中，采用案例實(shí)驗教學(xué)方法可加深學(xué)生對實(shí)驗知識的理解和掌握，鍛煉了學(xué)生對實(shí)際問(wèn)題的解決能力，也有利于提高學(xué)生實(shí)驗興趣。
1.4設置操作性實(shí)驗，提高學(xué)生的動(dòng)手能力
大多數材料力學(xué)實(shí)驗應變片都是預先粘貼好的，為了更好地培養學(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)驗教學(xué)課件和視頻課件(在我院的機械基礎省級實(shí)驗示范中心網(wǎng)站上有每一個(gè)材料力學(xué)實(shí)驗的錄像);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，粘貼應變片，焊接應變片引線(xiàn)，設計電橋橋路等。這樣上課時(shí)就很容易動(dòng)手操作，而且對所做的實(shí)驗掌握得很扎實(shí)。這種教學(xué)方式更能激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗的熱情和興趣，更能加深對理論知識的理解。
2改革實(shí)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廣泛應用現代教學(xué)手段、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，實(shí)現實(shí)驗教學(xué)信息化管理
利用校內網(wǎng)，教師把自制的實(shí)驗教學(xué)課件和視頻課件放到學(xué)院網(wǎng)站，讓學(xué)生可以提前預習更多的實(shí)驗資料，包括實(shí)驗設備介紹、實(shí)驗試件、實(shí)驗步驟及演示過(guò)程等。做到實(shí)驗前有預習、實(shí)驗操作有指導、實(shí)驗步驟有演示、演示成果有討論，作為供學(xué)生提前學(xué)習的輔助手段，還能成為教師和學(xué)生交流的學(xué)習論壇，幫助學(xué)生在實(shí)驗預習環(huán)節得到更多的知識。另外實(shí)驗時(shí)間的安排及調整也可以通過(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)驗時(shí)間，同時(shí)也提高了實(shí)驗教師和學(xué)生的工作效率。
2.2以學(xué)生為主體，實(shí)驗教師為主導
傳統的實(shí)驗教學(xué)方式，實(shí)驗教師花大量時(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�，F在的實(shí)驗教學(xué)要求學(xué)生在實(shí)驗前必須熟悉整個(gè)實(shí)驗各個(gè)環(huán)節，鼓勵學(xué)生自行選擇或構建出不同的實(shí)驗方案進(jìn)行實(shí)驗。實(shí)驗過(guò)程中，指導教師引導學(xué)生觀(guān)察、思考及總結，對原始數據結果進(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)驗中發(fā)揮主觀(guān)能動(dòng)性，由“被動(dòng)做實(shí)驗”變?yōu)椤爸鲃?dòng)做實(shí)驗”，有助于培養學(xué)生的自學(xué)能力。
2.3加大實(shí)驗成績(jì)在課程總成績(jì)中的比重
選擇基本實(shí)驗內容作為必做實(shí)驗項目，同時(shí)又充分考慮學(xué)生特長(cháng)、能力和興趣的差異，根據基礎力學(xué)課程學(xué)習的特點(diǎn)，在基本實(shí)驗的基礎上實(shí)施綜合設計性、工程實(shí)踐性、個(gè)性化創(chuàng )新性實(shí)驗內容。要求材料力學(xué)課程考核，實(shí)驗成績(jì)占課程總成績(jì)的20。
2.4改革實(shí)驗教材，增加實(shí)驗材料
根據實(shí)驗教學(xué)改革目標，結合實(shí)驗室新購進(jìn)的實(shí)驗機及儀器設備，介紹最新實(shí)驗技術(shù)、儀器設備和國家相關(guān)實(shí)驗標準，重新編寫(xiě)新的實(shí)驗教材及實(shí)驗報告，教材應便于學(xué)生根據必修及自選性實(shí)驗的要求進(jìn)行自學(xué)。
原有實(shí)驗材料太單一，與工程應用中的各種現代材料聯(lián)系不密切，不能激發(fā)學(xué)生的興趣。目前開(kāi)出的“金屬拉壓實(shí)驗”，只是對低碳鋼、灰鑄鐵進(jìn)行常溫下靜載的拉伸和壓縮試驗，而對生產(chǎn)工程實(shí)際中不斷出現的新型材料如復合材料、聚合物等在高低溫動(dòng)載下的力學(xué)性能實(shí)驗卻無(wú)法涉及。因此，增加了尼龍材料的拉伸實(shí)驗。
2.5提高設備的利用率，實(shí)現產(chǎn)學(xué)研結合
為了充分發(fā)揮實(shí)驗設備的作用，通過(guò)實(shí)驗室的對外開(kāi)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(shí)驗室開(kāi)展科研，本科生開(kāi)展科研創(chuàng )新項目研究，這不僅可以提高實(shí)驗室的儀器使用率，有利于全院教學(xué)、科研的開(kāi)展及水平的提高，還可以對一些較為落后的設備進(jìn)行改造，有利于培養學(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)踐為基礎的科技活動(dòng)，如開(kāi)展工程實(shí)習地參觀(guān)，力學(xué)競賽、觀(guān)摩、講座，力學(xué)綜合訓練、科研訓練等開(kāi)放式活動(dòng)，使力學(xué)實(shí)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(shí)驗對學(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)驗在學(xué)生畢業(yè)設計中的作用
向全院研究生、本科生開(kāi)放實(shí)驗室。為本科生開(kāi)設創(chuàng )新設計課程及畢業(yè)設計，研究生開(kāi)展科研提供實(shí)驗條件。動(dòng)員學(xué)生做實(shí)驗方面的畢業(yè)設計，這幾年收效明顯，實(shí)驗選題日益增多，依托實(shí)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，獲得了省級優(yōu)秀畢業(yè)設計榮譽(yù)。同時(shí)我們可以將這些好的項目轉化為教學(xué)實(shí)驗，作為提高性的選修實(shí)驗提供給學(xué)生，從而使實(shí)驗教學(xué)整體水平得到提高。
3結束語(yǔ)
實(shí)驗教學(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)驗課的重要標志。為提高材料力學(xué)實(shí)驗的教學(xué)質(zhì)量，培養出高素質(zhì)、強能力的新型人才，就必須對實(shí)驗教學(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)驗教學(xué)內容，采取靈活多樣的實(shí)驗教學(xué)手段，積極采取一些案例式和動(dòng)手式等實(shí)驗教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗興趣，培養學(xué)生創(chuàng )新實(shí)踐能力，訓練學(xué)生從事科學(xué)研究的能力。
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