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時間：2022-02-13 02:41:18
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實驗教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變是實驗教學(xué)改革的核心，在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，學(xué)生處于被動的地位，導(dǎo)致學(xué)生沒有學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造欲望，限制了學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。實驗教學(xué)必須讓學(xué)生處于主體地位，將過去以教師為中心、學(xué)生被動參與轉(zhuǎn)變?yōu)橐越處煘橹鲗?dǎo)，學(xué)生為主體，師生共同探索的方式，調(diào)動學(xué)生在實驗中的極積性和主觀能動性，才能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的大學(xué)生。
二、改革材料力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容及體系
傳統(tǒng)材料力學(xué)實驗的主要內(nèi)容有低碳鋼的拉伸實驗、扭轉(zhuǎn)實驗、直梁彎曲正應(yīng)力實驗，低碳鋼的拉伸實驗、扭轉(zhuǎn)實驗為力學(xué)物理量和性能的測試實驗。直梁彎曲正應(yīng)力實驗為應(yīng)力驗證性實驗，這些實驗對學(xué)生加深、鞏固理論知識的理解和掌握是有必要的，但實驗內(nèi)容單調(diào)，較少涉及工程實際問題，沒有展示出現(xiàn)代工程技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維的能力、解決實際問題的能力作用不大。要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的能力和解決實際問題的能力，必須改革實驗內(nèi)容并把實驗分為基本型實驗、綜合型實驗和設(shè)計型實驗三個層面。
基本型實驗以了解材料的力學(xué)性能為知識重點，著重培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗設(shè)備、獨立完成實驗的能力，它是后續(xù)實驗的基礎(chǔ)?；拘蛯嶒灴杀Ａ舯匾膫鹘y(tǒng)實驗項目，但要提高實驗的起點，做到在加強實驗的思考性、啟發(fā)性和實用性的同時讓學(xué)生獨立完成實驗。比如：作為基本型的拉伸實驗不能只限于低碳鋼拉伸，要將其擴充為低碳鋼、鑄鐵、鋁合金、復(fù)合材料等多種與當(dāng)今工程應(yīng)用密切有關(guān)的典型材料的拉伸，實驗時讓學(xué)生分組親手完成各自不同材料的拉伸實驗。這樣，在同樣實驗設(shè)備的情況下，通過提高實驗的起點，達(dá)到了擴充實驗作用的目的。
綜合型實驗是基礎(chǔ)型實驗的補充和延續(xù)，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗技能、綜合應(yīng)用力學(xué)實驗技術(shù)和有關(guān)知識分析和解決問題的能力。綜合型實驗重點在綜合上，這類實驗內(nèi)容可以是本課程各部分的綜合，也可以是不同課程內(nèi)容的綜合，但切不可是幾個簡單實驗的疊加，綜合型實驗也可通過改革傳統(tǒng)的實驗來做，比如：梁的彎曲正應(yīng)力實驗，過去是一根矩形直梁，它的應(yīng)力分布材料力學(xué)教材已詳細(xì)介紹，對它的實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果學(xué)生是已知的，這樣的實驗不能培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力?，F(xiàn)把這個實驗改為復(fù)合梁應(yīng)力分析實驗，就得到了綜合型實驗。由下述表1驗證方法可知直梁彎曲正應(yīng)力實驗只是一個單純的驗證性實驗，但在不需要增添設(shè)備的情況下將它改為復(fù)合梁應(yīng)力分析實驗，就成了綜合型實驗，在這個實驗中綜合應(yīng)用了組合變形、應(yīng)力與應(yīng)變分析知識和平衡條件、變形協(xié)調(diào)方程以及實驗技能和結(jié)果等，充分體現(xiàn)了綜合型實驗的綜合性，培養(yǎng)了學(xué)生把各相關(guān)知識融會貫通和綜合利用的能力，同時也能培養(yǎng)他們的綜合實驗技能，這些是培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提高綜合素質(zhì)不可缺少的。
設(shè)計型實驗以工程實際或模擬工程實際為背景，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合的工程分析能力，是提高學(xué)生解決工程實際問題能力的重要途徑，同時對增強學(xué)生的社會適應(yīng)性也非常重要。在這類實驗中，要充分體現(xiàn)設(shè)計性，所有實驗都應(yīng)由學(xué)生自行設(shè)計、自行實施、自行檢測、自行分析處理。設(shè)計型實驗通常選各類支承壓桿穩(wěn)定性分析。壓桿在工程實際中應(yīng)用非常廣泛，其穩(wěn)定性極其重要，大家知道工程結(jié)構(gòu)由于失穩(wěn)而破壞往往是突發(fā)的，并會造成災(zāi)難性的后果，因此，通過這樣的實例要求學(xué)生對工程實際問題要有足夠的重視，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的實驗作風(fēng)。實驗時學(xué)生要結(jié)合工程實際自擬題目，題目確定后，學(xué)生要模擬工程結(jié)構(gòu)自制模型、擬定實驗方案，然后進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性側(cè)試及有關(guān)的計算研究，整過過程都由學(xué)生自行設(shè)計獨立完成，這就是一個設(shè)計型實驗。這種高度的自主實驗，激發(fā)了學(xué)生的探索興趣，當(dāng)有問題時學(xué)生們會主動查閱資料模索解決的辦法，鍛煉了學(xué)生動手、動腦的能力和獨立分析問題、解決實際問題的能力，同時也加強和鞏固了有關(guān)壓桿穩(wěn)定性方面的理論知識，綜合素質(zhì)得到顯著的提高。
三、更新實驗教學(xué)方法、管理體制和運行機制
傳統(tǒng)材料力學(xué)實驗教學(xué)基本上采用的是一種封閉的教學(xué)思想、陳舊的教學(xué)方法、落后的實驗手段，實驗中學(xué)生沒有主動權(quán)，大家一哄而上、一哄而下，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和綜合能力的提高，對此，應(yīng)對傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法、實驗室的管理體制和運行機制作如下改革。
（一）將現(xiàn)代化教學(xué)手段運用到實驗教學(xué)中
要建立以能力培養(yǎng)為中心的實驗教學(xué)體系，充分利用多媒體和網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)手段是必不可少的。對材料力學(xué)實驗，教師可開發(fā)網(wǎng)上“實驗教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)”，該系統(tǒng)至少包括師生互動平臺和實驗指導(dǎo)、實驗方案設(shè)計、實驗預(yù)約子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)都有其獨特的作用。實驗指導(dǎo)子系統(tǒng)：將材料力學(xué)實驗內(nèi)容做成多媒體課件掛在實驗指導(dǎo)子系統(tǒng)中，實驗前學(xué)生可通過該子系統(tǒng)預(yù)先學(xué)習(xí)到各實驗的有關(guān)知識，包括實驗項目、實驗注意事項、實驗?zāi)康摹嶒炘O(shè)備（包括它的結(jié)構(gòu)和工作原理）、實驗基本方法、常用量具的使用，實驗報告要求等，這些內(nèi)容通過聲音、文字、圖像、動畫、視頻等多種形式在屏幕上生動、具體的表現(xiàn)出來以后，能很快吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動學(xué)生思維，從而使學(xué)生很快地掌握實驗的基本原理、操作技能和實驗過程中的要點和難點，為實驗實際操作作好準(zhǔn)備。通過該系統(tǒng)還可以將一些工程項目的材料力學(xué)性能和應(yīng)力分析測試的動畫、材料力學(xué)的擴充性實驗錄象和材料力學(xué)在工程實際應(yīng)用的最新信息等等展現(xiàn)給學(xué)生，開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生更大的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神；實驗方案設(shè)計子系統(tǒng)：實驗方案設(shè)計子系統(tǒng)可用來輔助進(jìn)行實驗方案設(shè)計，該子系統(tǒng)程序可以仿真、檢查、判斷實驗方案設(shè)計是否正確，若實驗方案設(shè)計有誤，子系統(tǒng)會指出錯誤出在哪，直到設(shè)計的實驗方案正確為止。此系統(tǒng)學(xué)生還可用來反復(fù)操作煅練自己的設(shè)計思想、創(chuàng)新思維；實驗預(yù)約子系統(tǒng)：實驗方案正確無誤后，可通過該子系統(tǒng)預(yù)約實驗項目和時間。將現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用到材料力學(xué)實驗中后突出的特點有：（1）學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況自主地來安排實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)，改變了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中學(xué)生所處的被動地位；（2）對實驗內(nèi)容的動態(tài)講解和過程的模擬仿真解決了傳統(tǒng)黑板講解無法講清的問題，使實驗教學(xué)變得生動活潑；（3）通過實驗方案設(shè)計子系統(tǒng)不僅能將學(xué)生的創(chuàng)造性思維發(fā)揮到極至，還能填補因?qū)嶒灄l件、設(shè)備限制做不到的擴充性實驗，為個性化發(fā)展的學(xué)生創(chuàng)造了條件。
（二）開放實驗室，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供方便
開放實驗室就是給學(xué)生提供一個寬松的實驗環(huán)境，讓學(xué)生從實驗時間、空間、內(nèi)容和過程都有選擇。實驗室開放后，學(xué)生的自主性、創(chuàng)造性才能得到體現(xiàn)。我們嘗試的開放性實驗教學(xué)過程步驟如下：
第一步：選題。學(xué)生根據(jù)學(xué)校指導(dǎo)性要求確定自己的基本型、綜合型、設(shè)計型實驗項目。
第二步：實驗預(yù)習(xí)。實驗項目確定后，要求學(xué)生針對實驗項目預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)資料，了解實驗?zāi)康?、實驗注意事項、實驗設(shè)備（結(jié)構(gòu)和工作原理）、實驗基本方法、常用量具的使用、實驗報告要求等。
以上兩項涉及的資料校園網(wǎng)“實驗教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)”的實驗指導(dǎo)子系統(tǒng)都有提供。
第三步：查閱資料。由于綜合型實驗、設(shè)計型實驗有很多知識點沒有現(xiàn)成結(jié)果，學(xué)生要完成這些實驗就必須自己去查閱相關(guān)資料進(jìn)行分析。
第四步：實驗方案設(shè)計。經(jīng)過前面的準(zhǔn)備，對設(shè)計型實驗進(jìn)行設(shè)計。
第五步：檢查論證設(shè)計方案。設(shè)計型實驗方案設(shè)計好后，必須經(jīng)過校園網(wǎng)“實驗教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)”的實驗方案設(shè)計子系統(tǒng)檢查論證是否正確，正確進(jìn)入下一環(huán)節(jié)，如果錯誤返回到查閱資料步驟，進(jìn)一步查閱資料找出問題從新設(shè)計，直到正確。在這過程中，也可通過網(wǎng)上師生互動平臺與教師交流獲取幫助。
第六步：預(yù)約實驗。通過以上各步驟學(xué)生已初步具備實際實驗的條件，就可將有關(guān)實驗資料通過校園網(wǎng)“實驗教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)”中的實驗預(yù)約子系統(tǒng)提交并預(yù)約實驗時間，學(xué)校對具體實驗的時間只作彈性控制。
第七步：具體實施。按約定的時間進(jìn)行實驗，實驗的順序為基礎(chǔ)型綜合型設(shè)計型，如果實驗做完后還有疑問，可在3-5天內(nèi)隨時再做。
第八步：實驗報告。實驗操作完后，要寫出實驗報告整過實驗才算完成。
實踐證明，這種具有時間、空間、內(nèi)容和過程都開放的實驗，能全面提升學(xué)生獨立思考的能力、解決問題的能力以及創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)。
（三）建立材料力學(xué)實驗考核制度
由于傳統(tǒng)的材料力學(xué)實驗課附屬于其理論課，實驗沒有單獨設(shè)考，只在理論課考核時，有極少實驗內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生不重視實驗學(xué)習(xí)。為了激發(fā)學(xué)生參與實驗的積極性，建立一個既與理論教學(xué)相匹配，又有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的實驗體系，應(yīng)對材料力學(xué)實驗進(jìn)行單獨考核，辦法如下：
中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0229-01
黨的十七大提出“提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國家”，創(chuàng)新型國家需要創(chuàng)新人才，尤其需要一種有利于大學(xué)生創(chuàng)新人才培養(yǎng)的高等教育環(huán)境。為了培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進(jìn)基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)的建設(shè)和改革，教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會、中國力學(xué)學(xué)會教育工作委員會和高等學(xué)校國家級實驗教學(xué)示范中心工作委員會于2010年10月在東南大學(xué)九龍湖校區(qū)聯(lián)合舉辦了首屆“全國大學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)實驗競賽”，我校代表隊與來自全國96所大學(xué)的學(xué)生一起參加了本次競賽，并取得了較好的成績。在此背景下為了提高我校學(xué)生的力學(xué)競賽參賽水平，帶動學(xué)院的實驗教學(xué)的進(jìn)一步建設(shè)和改革，同時配合我校學(xué)生課外科技及創(chuàng)新實踐活動，我們進(jìn)行了材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗的研究與實踐。
1 材料力學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的不足
材料力學(xué)課程是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的理論性、應(yīng)用性和實踐性很強并且與工程實際聯(lián)系緊密。材料力學(xué)實驗是材料力學(xué)課程重要的組成部分，它不僅對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力以及分析、解決實際問題的能力起著重要的作用，而且材料力學(xué)實驗技術(shù)在建筑、機械等工程中是不可少的。長期以來，我校材料力學(xué)實驗教學(xué)重視理論輕視動手實驗，實驗內(nèi)容多以單元操作為主，僅僅局限于配合課堂教學(xué)、驗證原理，不注重創(chuàng)新性探索性；實驗?zāi)Ｊ铰浜螅ǔ嶒灲處煂嶒炓玫膬x器設(shè)備準(zhǔn)備好，然后講解實驗內(nèi)容和實驗步驟，學(xué)生在預(yù)先準(zhǔn)備好的儀器設(shè)備上依照步驟做實驗、獲取數(shù)據(jù)，最后提交實驗報告。這種實驗?zāi)Ｊ饺狈W(xué)生獨立思考、動手實踐、分析和解決實際問題及創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)。因此，探索新的實驗教學(xué)模式，開設(shè)綜合性、設(shè)計性實驗對培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力，訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維和團(tuán)隊合作精神，提高我校材料力學(xué)實驗教學(xué)水平，促進(jìn)材料力學(xué)實驗室建設(shè)和教學(xué)改革都將具有非常重要的意義。
2 綜合性、設(shè)計性實驗的內(nèi)容及實施
2.1 綜合性、設(shè)計性實驗的內(nèi)容
綜合性、設(shè)計性實驗的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。為此，我們設(shè)計了具有一定工程背景的綜合性、設(shè)計性實驗的內(nèi)容。
（1）電阻應(yīng)變片的粘貼實驗、應(yīng)變片在電橋中的接橋?qū)嶒灐?/p>
實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生掌握電阻應(yīng)變片的粘貼、焊線技術(shù)，學(xué)生掌握應(yīng)變片測量應(yīng)力時的組橋技術(shù)及多點靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用。
（2）偏心拉伸實驗、彎扭組合變形主應(yīng)力的測定。
電測技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析中，是解決結(jié)構(gòu)強度問題的重要手段。通過上述實驗讓學(xué)生掌握應(yīng)變片測量應(yīng)力的原理和方法。
（3）鋼桁架結(jié)構(gòu)桿件受力及變形研究。
學(xué)生綜合應(yīng)用電測方法等多種實驗手段，自行設(shè)計實驗方案，對鋼桁架撓度、桿件內(nèi)力等進(jìn)行測試，使學(xué)生初步掌握電測技術(shù)在工程測試中的應(yīng)用。
2.2 綜合性、設(shè)計性實驗的實施
（1）查閱文獻(xiàn)。
教師首先講解利用CNKI等網(wǎng)絡(luò)資源查閱文獻(xiàn)資料方法，然后學(xué)生按照擬定的實驗項目與教師提出的相關(guān)要求有目的地查閱文獻(xiàn)資料，并進(jìn)行整理、歸納和總結(jié)，為實驗方案的設(shè)計奠定一定基礎(chǔ)。
（2）實驗方案的設(shè)計和優(yōu)化。
學(xué)生根據(jù)給定實驗?zāi)康囊蠛蛯嶒灄l件，分小組自行設(shè)計實驗方案，注重方案的合理性和可行性，指導(dǎo)教師只予以輔助，從方案設(shè)計的合理性和實驗的可行性逐一梳理和認(rèn)真審核，并提出需進(jìn)一步完善的方案，供學(xué)生參考。經(jīng)一至兩輪的審核、修改，最后確定最佳實驗方案。
（3）實驗操作。
學(xué)生根據(jù)自己確定的實驗方案，以小組為單位進(jìn)行實驗操作，小組成員根據(jù)各自分工在實驗過程中各盡其責(zé)，同時又相互配合。遇到疑難問題由學(xué)生自己主動思考，整個解決問題的過程中學(xué)生是主體，教師僅起指導(dǎo)作用。
（4）編寫實驗報告。
實驗結(jié)束后，學(xué)生以小組為單位對實驗測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理、計算，并與理論值相比較，進(jìn)行誤差分析，得出結(jié)論。提交完整的實驗報告。
3 實施效果
材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗以學(xué)生課外科技及創(chuàng)新實踐活動的形式進(jìn)行實踐的，取得了良好的效果。首先通過材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗使學(xué)生將理論課知識與工程應(yīng)用有機的結(jié)合起來，同時培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識；其次通過查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計實驗方案、完成實驗內(nèi)容，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高學(xué)生的動手能力和實驗技能，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新、實踐能力和團(tuán)隊合作精神；第三，編寫實驗報告，進(jìn)行理論計算、實驗數(shù)據(jù)處理、誤差分析及實驗結(jié)果分析討論，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和綜合分析問題、解決問題的能力。為將來進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和研究創(chuàng)新打下堅實基礎(chǔ)。
4 結(jié)語
實驗是高校教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容是在緊密結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容和工程實際應(yīng)用的基礎(chǔ)上設(shè)定的，在學(xué)院的支持和教師的指導(dǎo)下，以其特有的組織形式進(jìn)行實踐的。在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實踐能力、協(xié)作能力、競爭意識等方面都起到非常重要的作用，在提高學(xué)生工程素質(zhì)方面發(fā)揮著獨特的功能。我們期待著在下一屆的“全國大學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)實驗競賽”中取得更加優(yōu)異的成績。
參考文獻(xiàn)
[1] 牟萍，謝曉梅，等.材料力學(xué)設(shè)計性實驗的設(shè)計與實現(xiàn)[J].實驗技術(shù)與管理，2007（4）.
引言
材料力學(xué)是固體力學(xué)中最早發(fā)展起來的一個分支。一般認(rèn)為，1638年，意大利著名數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、理學(xué)家伽利略出版的名著《關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》標(biāo)志著材料力學(xué)的開端。書中，首次提出了材料的力學(xué)性質(zhì)和強度的計算方法。對于土木工程專業(yè)來說，材料力學(xué)是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。其以解決材料的強度問題、剛度問題、穩(wěn)定性問題為總綱，具有較強的理論性和實踐性。
一、現(xiàn)狀及存在的問題
目前，國內(nèi)各高校土木工程專業(yè)多選用張如三、孫訓(xùn)方、劉鴻文主編的《材料力學(xué)》作為指定教材，或者選用在這三本《材料力學(xué)》基礎(chǔ)上重新編寫的教材。采用的課堂教學(xué)方法基本都是從簡單的拉伸（壓縮）、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四種基本變形開始，然后歸納到一般的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析與強度理論、組合變形以及壓桿穩(wěn)定問題。在講授完課堂相關(guān)理論知識后，由實驗指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行軸向拉伸、壓縮以及平面彎曲等實驗?？傮w上，土木工程專業(yè)的材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)比較穩(wěn)定，課堂學(xué)時一般在60~74個之間，實驗學(xué)時一般在4~8個學(xué)時之間，學(xué)分在3.2~4.0分之間。針對材料力學(xué)的教改問題，很多同行進(jìn)行了研究，也取得了一定的成果。但結(jié)合我們前些年的教學(xué)實踐，也發(fā)現(xiàn)了一系列的問題，具體如下：
1.教師隊伍缺乏專業(yè)性。材料力學(xué)是土木工程專業(yè)、機械類專業(yè)、信息類專業(yè)等很多工科專業(yè)都開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，因此很多學(xué)校（包括作者所在學(xué)校前些年）均統(tǒng)一安排基礎(chǔ)學(xué)部的力學(xué)教師來講授材料力學(xué)。從學(xué)校層面講，這樣安排節(jié)省了教學(xué)資源，便于統(tǒng)一管理。但弊端是基礎(chǔ)學(xué)部的教師對土木工程專業(yè)缺乏深入的了解，不能將材料力學(xué)中的相關(guān)理論和實際土木工程相結(jié)合，這就導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)到的知識僅限于書本上，不知究竟學(xué)到了什么，很難提升學(xué)習(xí)興趣。
2.材料力學(xué)理論性較強，概念多，公式多，計算多，內(nèi)容多，學(xué)生接受困難。材料力學(xué)章節(jié)多，內(nèi)容多，各章之間連續(xù)性相對不強。本身理論性、抽象性又較強，很多概念，如應(yīng)力、應(yīng)變等，學(xué)生第一次接觸，若采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)，不輔以必要的手段，在有限學(xué)時內(nèi)，很難理解其本質(zhì)，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。
3.教材的發(fā)展相對落后于規(guī)范。目前，我國土木行業(yè)的規(guī)范體系中，如鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范等，除疲勞計算外，均基于近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法進(jìn)行強度、穩(wěn)定等校核，而材料力學(xué)中仍主要采用容許應(yīng)力法，若完全按照教材講解，學(xué)生所學(xué)知識與當(dāng)前工程實踐、新理論相差甚遠(yuǎn)，會誤導(dǎo)學(xué)生。
4.實驗教學(xué)流于形式、學(xué)生不重視。材料力學(xué)的實驗基本是在課堂教學(xué)講授完相關(guān)理論之后進(jìn)行，相關(guān)實驗基本為驗證性實驗，有些甚至僅由教師給學(xué)生演示一遍，學(xué)生僅需觀看不需要自己動手驗證，最后學(xué)生上交實驗報告就算是完成了實驗教學(xué)。實驗教學(xué)淪為一種“形式主義”教學(xué)，不僅提高不了學(xué)生的興趣，有時甚至被學(xué)生認(rèn)為是耽誤了有限的課堂教學(xué)時間。
二、材料力學(xué)教學(xué)改革建議
針對材料力學(xué)教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)的問題，經(jīng)過實踐，作者提出了一些針對性的建議，具體為：
1.教師隊伍注重專業(yè)性建設(shè)。充分意識到教師在教學(xué)過程中的主導(dǎo)及組織作用，選擇具有較高學(xué)術(shù)水平、豐富工程背景的土木工程專業(yè)教師講授材料力學(xué)課程，這樣教師可以實時地把材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與工程實踐結(jié)合起來，比如材料力學(xué)中梁構(gòu)件的支座可分為可動鉸、固定鉸、固定端支座，但我們工程中的主梁一般支承于柱上，次梁一般支承于主梁上，那工程中實際中的梁對應(yīng)的支座又是那種呢？對于鋼筋混凝土梁構(gòu)件來說，當(dāng)梁端部承受負(fù)彎矩，上部混凝土受拉開裂，如梁上部不配置縱向受拉鋼筋，即可允許梁端發(fā)生轉(zhuǎn)動，進(jìn)而釋放掉負(fù)彎矩，這樣一般就可認(rèn)為是固定鉸；反之，若梁端上部配置了足夠多的縱向受拉鋼筋，那計算時就可以簡化為固定端。通過專業(yè)老師的講授，使學(xué)生切實體會到材料力學(xué)和工程實踐的密切關(guān)系，進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。
2.教學(xué)內(nèi)容注重時效性、拓展性建設(shè)。在對教學(xué)內(nèi)容不做較大修改的前提下，教學(xué)時注重時效性，與現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范作比較，如軸心受拉構(gòu)件的強度計算公式，材料力學(xué)中基于容許應(yīng)力法的表述為公式（1）、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中基于近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法的表述為公式（2）。NAn≤[σ]（1）NAn≤f（2）式中，N為構(gòu)件受到的軸拉力；An為構(gòu)件的凈截面面積；[σ]為許用應(yīng)力，Q235鋼材一般取150~170MPa之間；f為鋼材的抗拉強度設(shè)計值，Q235鋼材一般取215MPa（板件厚度小于12mm）。從表面上看，公式（1）和公式（2）的區(qū)別僅為[σ]和f。但實際上公式（1）基于容許應(yīng)力設(shè)計法，要求結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)荷載下產(chǎn)生應(yīng)力不得超過材料的容許應(yīng)力[σ]（容許應(yīng)力[σ]由材料的極限應(yīng)力除以一個大于1的安全系數(shù)得到），因此可知，式（1）中的N是由標(biāo)準(zhǔn)荷載產(chǎn)生的軸拉力。近似概率極限狀態(tài)設(shè)計法設(shè)計公式（2）是用荷載或荷載效應(yīng)、材料性能和幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值附以各種分項系數(shù)，對于不同重要性的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，即式（2）中的N是由荷載設(shè)計值（荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的荷載分項系數(shù)）產(chǎn)生的軸拉力，f是由材料強度標(biāo)準(zhǔn)值除以抗力分項系數(shù)得到。除注重教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)行規(guī)范相結(jié)合外，教學(xué)過程中我們也強調(diào)力學(xué)知識的拓展性，即材料力學(xué)中的相關(guān)知識不僅在土木工程中應(yīng)用，在生活中也有大量應(yīng)用，諸如食品包裝袋上預(yù)留一個小豁口、如何吃火腿腸、冬天水管為什么會被冰脹裂、撐桿跳運動員使用的撐桿的變化（由木桿、竹竿、金屬桿等逐漸過渡到現(xiàn)在用的玻璃纖維桿）、香蕉球的力學(xué)原理、彈簧秤的力學(xué)原理等等，通過這些生活中的具體問題，使缺少工程實踐的學(xué)生從生活案例中理解材料力學(xué)概念，讓學(xué)生意識到材料力學(xué)就在我們身邊，并逐步引導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)材料力學(xué)在生活中的應(yīng)用，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3.教學(xué)手段注重結(jié)合性、細(xì)節(jié)性建設(shè)。本文著重介紹的是作者采用多媒體課件教學(xué)時，認(rèn)為應(yīng)該注意的一些細(xì)節(jié)性問題。（1）多媒體課件形聲、動畫兼?zhèn)?，對于抽象的?yīng)力、應(yīng)變、變形過程等更容易展示出來，學(xué)生也容易理解，但制作課件時要注意排版、字體大小、顏色等，最好多圖片少漢字，能用動畫表述不用文字描述。排版不宜過于花哨，否則會喧賓奪主，學(xué)生會把過多的注意力放在課件上，而不是教學(xué)內(nèi)容上。（2）多媒體課件內(nèi)容選擇上，輻射面要廣，不僅包含教材上的知識，尚應(yīng)涵蓋教材沒有涉及到的知識。但除重點內(nèi)容外，一般不必過于詳細(xì)，否則學(xué)生會認(rèn)為“課件”就是材料力學(xué)，降低他們主動學(xué)習(xí)的積極性。細(xì)節(jié)決定成敗，一個好的多媒體課件可以讓學(xué)生在愉悅中掌握知識，優(yōu)化課堂教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。
4.教學(xué)方法上注重靈活性建設(shè)。為改善傳統(tǒng)的教師講、學(xué)生聽這種學(xué)生“被動學(xué)習(xí)”的教學(xué)方法，將“啟發(fā)式學(xué)習(xí)”“學(xué)生自主學(xué)習(xí)”與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，增強了教與學(xué)的互動，使學(xué)生參與到教學(xué)活動中來，而不是被動地接受?！皢l(fā)式學(xué)習(xí)”的核心是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，結(jié)合材料力學(xué)每章節(jié)課程內(nèi)容，教師在導(dǎo)課時都結(jié)合具體的工程案例或相關(guān)科研成果，首先讓學(xué)生知道要學(xué)什么，相關(guān)的問題在哪？帶著問題去學(xué)習(xí)，學(xué)完相關(guān)內(nèi)容后，師生共同對問題進(jìn)行歸納總結(jié)，加深學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。比如在講解壓桿穩(wěn)定問題時，教師首先提出問題：僅長度不同的鋼柱，其余均相同，哪個承載力會高一些呢？學(xué)生從生活常識的角度一般能知道短柱一般承載力會高一些，但不知道原因在哪兒。在講解完壓桿穩(wěn)定問題后，學(xué)生就知道原因所在了?！皩W(xué)生自主學(xué)習(xí)”就是給學(xué)生站上講臺并充當(dāng)教師角色的機會。材料力學(xué)課程安排中一般會有2~4個學(xué)時的機動課時，我們利用這幾個學(xué)時的時間，讓學(xué)生站上講臺，規(guī)定每個學(xué)生授課時間一般在8分鐘左右，從授課章節(jié)、多媒體課件制作、素材收集等等全部由學(xué)生自主完成，在“學(xué)生教師”授課的過程中，教師充當(dāng)學(xué)生，最后由教師進(jìn)行點評。以前，教學(xué)過程中，我們一般把這幾個學(xué)時安排成答疑，效果并不理想。基于此，我們把答疑全部改為課下進(jìn)行，不占用課堂時間，把節(jié)約下來的課時用來給學(xué)生展示，這樣提高了他們學(xué)習(xí)的主觀能動性和在眾人面前表達(dá)自己的能力，也讓他們體會到了教師工作的辛苦。
5.實驗教學(xué)注重層次性建設(shè)。針對之前實驗教學(xué)的弊端，我們作了如下改進(jìn)：（1）除實驗室專門配備的教師外，要求材料力學(xué)授課教師全程參與實驗教學(xué)。（2）將實驗分層，第一層次為基礎(chǔ)性實驗，包括拉伸、壓縮、平面彎曲實驗。第二層次為綜合性實驗，可以由學(xué)生自擬題目或結(jié)合教師個人科研項目確定。（3）基礎(chǔ)性實驗教學(xué)過程中，授課教師首先把與實驗有關(guān)的多媒體課件等相關(guān)素材提供給學(xué)生。進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗時，由實驗室教師對授課教師事先提供給學(xué)生的素材（多媒體課件等）進(jìn)行詳細(xì)講解，并預(yù)留下一些問題。因?qū)W生課下已經(jīng)做好了預(yù)習(xí)，這樣有效地節(jié)省了準(zhǔn)備時間。為提高學(xué)生的動手能力，實驗按每2~3人一組進(jìn)行分組，撰寫實驗報告時，學(xué)生除需對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析外，尚需對實驗室教師預(yù)留的問題進(jìn)行解答。對實驗過程中不懂的問題，也可以在實驗報告上提出，最后由實驗室教師匯總交給授課教師，由授課教師統(tǒng)一解答。同時，實驗報告上必須注明小組每個人的分工。（4）綜合性實驗為選做性實驗，可以是真實的物理性實驗也可以是數(shù)值性實驗，主要是針對學(xué)有余力的同學(xué)開展的。截至作者發(fā)稿前，學(xué)生自擬了軸向壓桿穩(wěn)定承載力的測定、焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力測量等多個實驗項目；參與到教師的科研項目中的實驗就更多了，諸如一些實際檢測類的工程項目、實驗室的科研試驗項目等。6.課程考核注重多樣性建設(shè)。課程考核過程中，摒棄了平時成績+實驗課程成績+期末考試成績加權(quán)計算總成績、期末考試閉卷的傳統(tǒng)作法。相關(guān)改進(jìn)如下：（1）針對材料力學(xué)公式多、概念多的實際情況，考試時允許學(xué)生自備半張A4紙，半張A4紙單面（另一面空白）可以撰寫自己認(rèn)為重要的公式、概念等等，但只能自用不可互相傳閱，考試結(jié)束時該半張A4紙寫上姓名隨同試卷上交。（2）減小主觀性成績在總成績中所占比重，平時成績主要依靠作業(yè)質(zhì)量、出勤率等來確定，但僅占總成績的10%；實驗課程成績分為A（優(yōu)秀，對應(yīng)90分及以上）、B（良好，對應(yīng)80~90分）、C（中等，對應(yīng)70~80分）、D（及格，對應(yīng)60~70分）、E（不及格，對應(yīng)60以下）五個等級，若實驗成績等級為E，則采用一票否決制，總成績不合格；若等級為C或D，實驗課程成績占總成績的30%；若等級為A或B，實驗課程成績占總成績的20%。總體上，實驗成績越低，在總成績中所占比重越大，就會導(dǎo)致總成績越低，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生重視實驗教學(xué)。
三、結(jié)束語
經(jīng)過幾輪的教學(xué)實踐改革，針對我校土木工程專業(yè)材料力學(xué)的教學(xué)改革取得了初步成效，學(xué)生對材料力學(xué)的理解逐漸由一門抽象、難懂的“力學(xué)課”轉(zhuǎn)變?yōu)橥聊竟こ虒I(yè)的一門“專業(yè)基礎(chǔ)課”，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動力、動手能力、解決實際問題的能力大幅提高，學(xué)習(xí)過程中的參與感逐漸增強。但我們也意識到，材料力學(xué)教改工作是一項長期工程，需要我們順應(yīng)形勢，進(jìn)一步地探索和實踐。
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材料力學(xué)是工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課,材料力學(xué)實驗是材料力學(xué)課程教學(xué)的重要組成部份,是檢驗理論正確程度和解決實際問題的依據(jù),是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。隨著社會的不斷發(fā)展,對人才要求越來越高?，F(xiàn)行的實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足我們培養(yǎng)具有“基礎(chǔ)知識扎實、知識面廣、有較好的創(chuàng)新能力和解決工程實際問題能力”的應(yīng)用型人才目標(biāo)的要求,必須進(jìn)行改革。
一、材料力學(xué)實驗教學(xué)中存在的主要問題
目前,材料力學(xué)實驗教學(xué)中存在的主要問題是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大,積極性不高,動手能力差,以應(yīng)付式的心態(tài)來對待實驗課程,等等。具體原因有以下幾個方面:(1)學(xué)生對實驗教學(xué)的重要性認(rèn)識不足,存在“重理論、輕實踐”的錯誤觀念。他們認(rèn)為實驗只是對所學(xué)理論知識的驗證,實驗課中能完成實驗任務(wù)就行了。存在著上實驗課態(tài)度不夠端正,實驗報告互相抄襲,實驗數(shù)據(jù)不完整等現(xiàn)象。(2)實驗儀器缺乏,實驗教學(xué)條件有限。造成許多實驗無法開展,只能由教師做實驗、學(xué)生看實驗的被動局面。(3)實驗教學(xué)內(nèi)容單一,結(jié)構(gòu)失衡,缺乏設(shè)計性和綜合性實驗。(4)傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式和方法缺乏科學(xué)性,學(xué)生對實驗課興趣不高,導(dǎo)致動手能力不強。(5)實驗教學(xué)目的與實踐要求偏離甚遠(yuǎn),學(xué)生所學(xué)的材料力學(xué)知識與工程實際嚴(yán)重脫節(jié),不能很好地發(fā)揮實驗教學(xué)對理論教學(xué)的輔助作用。(6)實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容過于詳細(xì),學(xué)生只需按指導(dǎo)書上的實驗步驟一步步地操作就能完成實驗,始終處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài),不利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。(7)實驗教學(xué)考核體系不科學(xué)。
二、材料力學(xué)實驗教學(xué)改革的實踐與探索
1.正確認(rèn)識材料力學(xué)實驗教學(xué)的重要性
科學(xué)實驗是科學(xué)理論的源泉,轉(zhuǎn)變實驗教學(xué)觀念是實驗教學(xué)改革的核心。美國力學(xué)大師鐵摩辛柯說過:“理論分析和實驗結(jié)果在材料力學(xué)研究中具有同等重要的地位,材料力學(xué)的歷史是理論和實驗二者最好的融合?！崩碚撜n與實驗課是同等重要的,理論課側(cè)重于相關(guān)理論的講解,具有普遍意義。實驗課側(cè)重于解決工程實際問題,是理論知識學(xué)以致用的實踐性課堂,否則再好的理論也只能束之高閣,也就失去了理論研究的意義。因此,只有明確實驗教學(xué)的重要性,才能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識去分析解決工程實際問題的創(chuàng)新能力,這點對工科專業(yè)學(xué)生非常重要。
2.增添實驗設(shè)備,改善實驗教學(xué)條件
俗話說“工欲善其事,必先利其器”。要想提高實驗教學(xué)的效果,實驗室必須按照學(xué)生的人數(shù)比例配備先進(jìn)的實驗儀器設(shè)備。近3年來,隨著我?！皩嶒炇野l(fā)展與提升計劃”的實施,材料力學(xué)實驗室先后購置了一批材料力學(xué)多功能試驗臺、電子萬能試驗機、靜態(tài)電子應(yīng)變儀和壓力試驗機等設(shè)備,同時,還對實驗室環(huán)境進(jìn)行改造?；窘鉀Q了教學(xué)設(shè)備陳舊、老化、臺套數(shù)少和教學(xué)場地狹小等問題,使得實驗教學(xué)能力得到快速提升。
3.改進(jìn)實驗教學(xué)方法,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
傳統(tǒng)的“固定式”實驗教學(xué)方法束縛了學(xué)生思維能力和創(chuàng)造能力。在新的教學(xué)過程中,應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢,把試驗儀器的圖片及操作方法、注意事項、實驗的主要目的、實驗操作步驟等放到實驗室網(wǎng)站上,以便學(xué)生進(jìn)行實驗前預(yù)習(xí)。同時,利用多媒體技術(shù),制作實驗CAI 軟件,將材料力學(xué)實驗內(nèi)容全部模擬完成,建立材料力學(xué)虛擬實驗空間。這樣既增添學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生很快掌握如何操作試驗機,掌握課本上抽象的內(nèi)容,又能培養(yǎng)學(xué)生利用計算機等現(xiàn)代化手段進(jìn)行科學(xué)實驗的能力,為將來踏上工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。
4.立足基本實驗教學(xué)擴充新型內(nèi)容
基于“夯實傳統(tǒng)實驗基礎(chǔ),增加探索性、設(shè)計型和綜合型實驗內(nèi)容”的想法,我們將材料力學(xué)實驗分為二部分:(1)低碳鋼和鑄鐵材料的拉伸、扭轉(zhuǎn)和壓縮等三項實驗作為基本的材料力學(xué)性能實驗。把測定材料彈性模量和泊松比、圓管扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和純彎梁彎曲正應(yīng)力等實驗作為基本應(yīng)力分析實驗,這兩類實驗為必做實驗,是整個材料力學(xué)實驗內(nèi)容體系的基礎(chǔ)部分。(2)組合梁彎曲正應(yīng)力分析、組合壓桿臨界力測定、圓管彎扭組合實驗等探索性、設(shè)計性和綜合性的實驗系列,構(gòu)成整個實驗體系的提高部分。其次我們還穿插了一些建筑材料中的鋼材、木材、有機材料等與專業(yè)密切相關(guān)的材料實驗,這對于學(xué)生后續(xù)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)、拓展專業(yè)深度及廣度,具有重要意義。比如,材料力學(xué)實驗中的電測法是“建筑結(jié)構(gòu)檢測”這門專業(yè)課的靈魂,一些重要的建筑結(jié)構(gòu)往往采用電測法來分析結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。此外,在實驗教學(xué)過程中,我們根據(jù)專業(yè)特點利用投影設(shè)備給學(xué)生播放一些工程實例,加強實驗與工程應(yīng)用的聯(lián)系,增強學(xué)生的感性認(rèn)識,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
5.實驗室實行全天開放
我們已經(jīng)通過實驗室網(wǎng)站建立實驗預(yù)約系統(tǒng)。同時,我們還把實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備的數(shù)量、功能、參數(shù)和主要運用領(lǐng)域等信息放上網(wǎng)站供學(xué)生查詢。通過實驗室開放,學(xué)生可以自由安排時間完成實驗任務(wù),學(xué)生也可以自己設(shè)計實驗項目解決實際問題。此外,我們還積極動員學(xué)生利用實驗室開放時間參加教師的科研項目。實驗室開放給學(xué)生提供了一個寬松的實驗環(huán)境,讓學(xué)生從實驗時間、空間、內(nèi)容和過程都有自主的選擇,老師真正做到“引導(dǎo)”作用。
6.改革材料力學(xué)實驗教學(xué)的考核方式
傳統(tǒng)材料力學(xué)實驗教學(xué)的考核,只關(guān)注學(xué)生的出勤率及實驗報告的填寫,很少考慮學(xué)生參與實驗的主動性等因素。為了使實驗考核更加客觀,提高學(xué)生參與實驗的積極性、主動性和創(chuàng)造性,我們堅持從以下三個方面考核學(xué)生:(1)實驗效果。以全班學(xué)生實驗所得實驗數(shù)據(jù)的平均值作為參考,確定每位學(xué)生實驗的效果,此部分占實驗總成績的50%。(2)實驗報告。重點考查學(xué)生的實驗思路及對待實驗的態(tài)度,此部分占實驗總成績的30%。(3)實驗課堂過程?？疾閷W(xué)生的實驗出勤率及學(xué)生實驗動手能力,此部分占實驗總成績的20%。
三、結(jié)束語
實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ),這已經(jīng)成為眾多實驗教學(xué)工作者的共識。只有樹立正確的觀念,把實驗教學(xué)與理論教學(xué)擺在同等重要的位置,實驗教學(xué)改革才能成功。同時,實驗教學(xué)改革也是一項不斷更新的工作。只有緊跟社會發(fā)展的步伐,行業(yè)發(fā)展的趨勢來不斷完善教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容,才能不斷提高教學(xué)質(zhì)量,才能培養(yǎng)出“基礎(chǔ)知識扎實、知識面廣、有較好的創(chuàng)新能力和解決工程實際問題能力”的應(yīng)用型人才。
參考文獻(xiàn):
[1]裴玉屏.搞好材料力學(xué)實驗改革提高大學(xué)生的實踐能力[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報,2002,(2):78-83.
中圖分類號：[O341]文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
一、材料力學(xué)實驗教學(xué)的必要性
要了解材料力學(xué)實驗，我們先應(yīng)該知道什么是材料力學(xué)。材料力學(xué)是，研究工程材料力學(xué)的性能和構(gòu)件強度、剛度和穩(wěn)定性計算理論的科學(xué)。它的主要任務(wù)是為設(shè)計各種構(gòu)件提供必要的理論和計算方法以及實驗研究方法。一般來說，要合理地使用材料，就必須要先了解材料所用材料的力學(xué)性能，就必須要通過試驗才能測得相應(yīng)科學(xué)數(shù)據(jù)。實驗教學(xué)是是學(xué)生深入了解知識、驗證理論的有效途徑，是教學(xué)課程中的一個重要環(huán)節(jié)，材料力學(xué)實驗教學(xué)部分更是在整個材料力學(xué)教學(xué)中具有不能忽視的地位，并隨著高校教學(xué)改革的進(jìn)一步深化，日益凸現(xiàn)它的重要性。
二、材料力學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題
實驗教學(xué)雖然是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑之一，但目前還存在著一些缺陷和問題，需要引起高校的重視：
（一）就目前試驗教學(xué)現(xiàn)狀而言，教學(xué)方法較不利于培養(yǎng)學(xué)生的積極性和主動性。由于教學(xué)時間和教學(xué)設(shè)備等外在因素影響，多數(shù)試驗教學(xué)還處于填鴨式教學(xué)。舉個例子來說，做金屬拉壓實驗時，通常的教學(xué)方式是多名學(xué)生圍著一臺實驗設(shè)備觀看實驗教師進(jìn)行操作，同時實驗教師講解試驗內(nèi)容，這種“走馬觀花”地試驗教學(xué)，效果是可想而知的。材料力學(xué)目前的實驗大多停留在簡單的驗證性試驗，不足以調(diào)動學(xué)生的積極性。與此同時，試驗設(shè)備不足也是出現(xiàn)此現(xiàn)象的一個重要原因。由于此種現(xiàn)象，學(xué)生失去了寶貴的動手分析問題和解決問題的機會。
（二）在材料力學(xué)試驗中，學(xué)生做實驗的材料較為單一。實驗教學(xué)原本的目的，就是為了讓學(xué)生認(rèn)識和了解工程中各種常用材料的力學(xué)性能，但目前學(xué)生所進(jìn)行的實驗，與工程應(yīng)用中所需的實驗相差太遠(yuǎn)，那些高溫、高壓等試驗由于設(shè)備和實驗條件卻不能涉及，因此實驗教學(xué)與試驗初衷相悖。
（三）上面提到實驗條件問題，但就現(xiàn)有的實驗條件而言，未能有效利用并在學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計中更好地發(fā)揮應(yīng)該有的作用。學(xué)生若能多做實驗，多動手實驗設(shè)計，提高實驗設(shè)備的利用率，并在畢業(yè)設(shè)計里體現(xiàn)出來，這樣才有利學(xué)生能力的提高。同時，教師在進(jìn)行試驗教學(xué)時，對實驗教學(xué)的考核不夠完善。一般來說，教師考核學(xué)生常常采取實驗報告的形式，卻忽視了實驗的操作內(nèi)容，達(dá)不到對學(xué)生全程監(jiān)控的要求。
（四）實驗教學(xué)與科研結(jié)合地不夠密切。目前的實驗設(shè)備主要為教學(xué)所用，實驗室雖然也向所有教師和學(xué)生開放，但實驗設(shè)備的利用率問題以及與科研和產(chǎn)業(yè)結(jié)合的程度較低是一個重要問題，產(chǎn)學(xué)研要有效結(jié)合是一條漫長的道路。
（五）實驗項目需要更新和改革。例如梁的純彎曲正應(yīng)力電測法試驗，目前僅限于驗證性實驗，其電路及應(yīng)變片都是接好的，完全不能發(fā)揮學(xué)生的動手能力。而實際上，粘貼應(yīng)變片、焊接應(yīng)變片引線、設(shè)計電橋橋路等完全可以放手讓學(xué)生自己動手做。
三、有效改進(jìn)材料力學(xué)實驗教學(xué)的策略
針對上面所提出的存在于材料力學(xué)實驗教學(xué)中的各種問題，作者提出以下一些改進(jìn)策略和建議：
（一）由于教學(xué)方式和內(nèi)容較不利于培養(yǎng)學(xué)生的積極性和主動性，所以學(xué)校應(yīng)加強實驗教學(xué)內(nèi)容建設(shè)。其一，學(xué)校實驗教學(xué)多為驗證性試驗，因此我們可以從實驗的設(shè)計入手。在實驗教學(xué)中，可以多涉及一些演示性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗等等，從各個方面挖掘?qū)W生潛力；其二，作為實驗課堂教學(xué)，需要妥善保存教學(xué)資源，以便學(xué)生日后自行學(xué)習(xí)和研究，如制作實驗錄像和多媒體課件等等。
（二）提高實驗設(shè)備的利用率，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。為了充分發(fā)揮實驗室的作用，提高實驗設(shè)備的利用率，就必須要改革原來課程教學(xué)的體制，實行實驗室開放使用制度。目前對高校來說，缺乏的就是實驗經(jīng)費和實驗所需要的條件。由于這些因素，使得實驗教學(xué)無法上升到研究的層面，無法達(dá)到科研進(jìn)而行程產(chǎn)業(yè)的程度?；诖耍瑢W(xué)校應(yīng)引進(jìn)新的實驗設(shè)備，并且施行實驗室開放政策，鼓勵教師和學(xué)生多進(jìn)實驗室，多開展科學(xué)研究。這不僅可以提高實驗室設(shè)備的使用率，更有利于學(xué)?？蒲兴降奶岣?，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。
（三）實驗考核方式的更新和改革。根據(jù)教師考核學(xué)生常常采取實驗報告的形式，卻忽視了實驗的操作內(nèi)容，達(dá)不到對學(xué)生全程監(jiān)控的要求這類現(xiàn)象，作者建議要對實驗教學(xué)的效果進(jìn)行嚴(yán)格考核。首先學(xué)生做實驗，最重要就是保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，對實驗結(jié)果負(fù)責(zé)。對此，作者認(rèn)為可以規(guī)定只有通過實驗人員簽字認(rèn)可的方可離開實驗室，否則重做實驗。此種方法在于引起學(xué)生對實驗課程的重視和認(rèn)真的態(tài)度。除實驗操作性題目外，還可以設(shè)置填空題、選擇題、簡答題等多種形式，多種方式進(jìn)行實驗考核。
（四）強化實驗的基本要素。實驗的基本要素即：實驗者、實驗手段、實驗對象。實驗的主體是實驗者，是重要的能動因素。對于材料力學(xué)實驗教學(xué)來說，實驗者就是學(xué)生，主要突出學(xué)生的主體核心作用，目的是使學(xué)生通過做實驗受到基本的技能訓(xùn)練，培養(yǎng)實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)作風(fēng)。此外，為了更好的控制實驗教學(xué)，需要限制實驗人數(shù)并對實驗課程進(jìn)行有效設(shè)計，鼓勵學(xué)生可以自擬題目、設(shè)計實驗，鍛煉學(xué)生用課程所學(xué)知識解決工程實際問題的能力。
參考文獻(xiàn)
0引言
材料力學(xué)是土木工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究各類工程結(jié)構(gòu)中普遍存在的受力和變形現(xiàn)象的學(xué)科，著重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、分析能力和解決實際問題能力。一直以來，我國大學(xué)中所講授的力學(xué)課程內(nèi)容大多由前蘇聯(lián)引進(jìn)的內(nèi)容，內(nèi)容陳舊、枯燥、抽象、重理論輕實踐。教學(xué)方法多采用灌輸式教學(xué)，造成課堂氣氛死板，有時甚至枯燥無味，大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。這些問題不但加劇了學(xué)生的學(xué)習(xí)惰性，也影響到其它課程的學(xué)習(xí)狀況。針對以上問題，如何為實際工程提供合格的力學(xué)人才；如何在材料力學(xué)教學(xué)中充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性；在目前有限的課時下，如何對舊有材料力學(xué)課程體系進(jìn)行合并、篩選等工作已經(jīng)成為教學(xué)改革工作不可回避的事實。CDIO工程教育理念提倡在實踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實踐，這為該問題的解決提供了一種思路。
1CDIO工程教育模式
CDIO模式以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO模式強調(diào)與社會大環(huán)境相協(xié)調(diào)的綜合的創(chuàng)新能力，同時更關(guān)注工程實踐，加強培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，因此CDIO工程教育模式是提高大學(xué)生的創(chuàng)新和動手能力、推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)以及加強學(xué)生參與交流與合作能力的有效途徑。
2基于CDIO模式的材料力學(xué)教學(xué)大綱設(shè)計
CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面,大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。材料力學(xué)課程既包括專業(yè)知識學(xué)習(xí)，又強調(diào)應(yīng)用能力的提升，根據(jù)這一教學(xué)目標(biāo)設(shè)計的教學(xué)大綱如表1所示。
3改革方案設(shè)計
3.1教學(xué)內(nèi)容的改革
對于傳統(tǒng)教學(xué)中的基本概念、原理和方法，我們在教學(xué)中應(yīng)該重視，可為了拓寬學(xué)生的視野和運用力學(xué)知識建模的能力，我們又應(yīng)該對教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的理論、新的學(xué)科、新的計算工具和計算方法、新的試驗方法不斷涌現(xiàn)，在教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)增加這方面的介紹和練習(xí)，可以拓寬和增強學(xué)生系統(tǒng)解決實際工程的能力。此外，學(xué)生普遍對繁瑣的理論推導(dǎo)缺乏熱情，因此有必要在教學(xué)中加入實習(xí)環(huán)節(jié)或模型演示環(huán)節(jié)，實現(xiàn)教學(xué)與實踐的結(jié)合，從而提高學(xué)生對力學(xué)課程的興趣。
3.2教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革
如何調(diào)動學(xué)生的主動思考，如何加強學(xué)生獨立解決問題的能力，如何實現(xiàn)“在實踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實踐”？顯然單純的課堂教學(xué)很難實現(xiàn)這些目的。首先，材料力學(xué)應(yīng)把課堂教學(xué)與案例教學(xué)或現(xiàn)場教學(xué)結(jié)合起來，并配合一定形式的課堂討論。這樣學(xué)生就能比較生動地、直觀地去學(xué)習(xí)基本理論，并且可以明確學(xué)習(xí)的目的性。例如：彎曲問題可以在施工現(xiàn)場結(jié)合梁的配筋布設(shè)講解；組合變形可以在實驗室用模具演示教學(xué)等等。另一方面，CDIO教育理念重視個人能力及技能的同時，強調(diào)團(tuán)隊協(xié)作與交流，因此可以在教學(xué)過程中開展分組專項研討。專項研討任務(wù)以小組為單位，每組3~5人，讓學(xué)生到施工現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研，結(jié)合工程實際確定材料力學(xué)研討主題，然后針對工程實際問題建立力學(xué)模型，通過小組探討解決工程問題，從而鍛煉學(xué)生收集信息、主動獲取新的知識、解決問題和創(chuàng)新的能力。再一方面，還可以在教學(xué)過程中開展自主實驗設(shè)計，推動學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。在教學(xué)手段上也應(yīng)結(jié)合新技術(shù)、新方法的發(fā)展，在傳統(tǒng)的板書基礎(chǔ)上，融入PPT、Flas、仿真數(shù)值模擬等教學(xué)手段。一方面加強學(xué)生對傳統(tǒng)力學(xué)知識的理解，另一方面，新的教學(xué)手段可以豐富教學(xué)內(nèi)容，貼近工程實踐，拓寬學(xué)生的視野。例如：PPT相對于板書，可以發(fā)揮信息量大的優(yōu)點，讓學(xué)生在有限時間內(nèi)完成更多的課上練習(xí)；Flas可以在課堂上展現(xiàn)一些實驗現(xiàn)象或者工程實際現(xiàn)象，這有助于學(xué)生對抽象力學(xué)概念的理解等等。
4課程評價體系改革
課程的考核評價體系和考核方法主導(dǎo)著學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和方向，其改革必須匹配材料力學(xué)課程的CDIO教學(xué)大綱，起到引導(dǎo)學(xué)生有意識開展專業(yè)能力鍛煉的目的。材料力學(xué)課程成績包括三部分：書面理論考試、匯報答辯、實驗報告，權(quán)重為0.4、0.4、0.2。書面理論考試主要以基本概念、基本理論、基本技能為主。匯報答辯要求學(xué)生對小組研討專項做成PPT，圖文并茂的在講臺上向老師和同學(xué)做報告，并回答老師和同學(xué)對改組項目提出的問題，考核重點在：調(diào)研的充分性、CDIO綜合能力的展現(xiàn)性、技術(shù)和理論的結(jié)合度、團(tuán)隊的協(xié)作能力等方面。實驗報告要體現(xiàn)自主實驗設(shè)計的選題調(diào)研、方案設(shè)計、實物開發(fā)和交流評比等環(huán)節(jié)。
5結(jié)束語
基于CDIO的材料力學(xué)教學(xué)模式著手改革課程體系和教學(xué)模式、創(chuàng)新教學(xué)方法和教學(xué)手段、調(diào)整教學(xué)考核體系，從而調(diào)動學(xué)生的主動思考動力、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作和交流能力、加強學(xué)生獨立解決問題的能力，讓學(xué)生“在實踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實踐”。
【參考文獻(xiàn)】
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伴隨著經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，工程領(lǐng)域航空、航天、機械、動力、土木、水利等行業(yè)對于本科生的要求發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。對于一般的工業(yè)企業(yè)來說，大量的結(jié)構(gòu)強度計算分析工作都可通過Nastran、Ansys等有限元軟件來完成，設(shè)計分析也可以借助相關(guān)設(shè)計手冊來進(jìn)行，似乎所需要的工程師人數(shù)相對較少，對其力學(xué)知識和相關(guān)能力的要求有所降低。但是，我國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正處于向自主創(chuàng)新的攀升過程中，更需要的不是僅僅能因循守舊、照搬設(shè)計規(guī)范來完成結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品設(shè)計的工程人員，而是能夠清晰地理解舊有規(guī)范背后的科學(xué)依據(jù)，準(zhǔn)確地把握產(chǎn)品的當(dāng)前需求以及由此帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，甚至全新設(shè)計的技術(shù)人才。因此，對于絕大多數(shù)具有實力的大中型企業(yè)而言，反而是力學(xué)基礎(chǔ)好，概念清晰，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力強，具有創(chuàng)新能力的本科畢業(yè)生更加受歡迎。所以，考慮到工程實際需要的差異性和多層次性，開展基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)改革十分必要[3]。
一、基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)的特點與現(xiàn)狀
現(xiàn)階段的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)出現(xiàn)的問題，從大的層面來看，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
（一）教學(xué)內(nèi)容多與實際學(xué)時少之間的矛盾
近年來，為了拓寬學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，擴大專業(yè)的就業(yè)面，高校不斷進(jìn)行了專業(yè)調(diào)整與改革，專業(yè)課的課時普遍被大幅度壓縮。而各力學(xué)課程都是一個完整的知識體系，有其自身特點和規(guī)律，難以相應(yīng)地進(jìn)行大幅度削減。這就提出了如何在被大幅度壓縮的學(xué)時內(nèi)，高質(zhì)量完成相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的問題。
（二）力學(xué)知識體系要求較高與學(xué)校生源素質(zhì)急劇下降之間的矛盾
基礎(chǔ)力學(xué)課程從基本概念的提出到理論體系的建立，其建模與分析的思路極為嚴(yán)謹(jǐn)，假設(shè)與抽象十分合理，具有堅實的現(xiàn)實依據(jù)和理論意義；研究方法非常嚴(yán)密，通常需要大量地運用數(shù)理方程等相關(guān)學(xué)科知識。但是，目前各本科院校的連續(xù)擴招，學(xué)校生源素質(zhì)急劇下降，學(xué)生基礎(chǔ)知識差，在實踐中認(rèn)識和提出問題、應(yīng)用力學(xué)知識分析和解決問題的能力明顯不足。就“材料力學(xué)”而言，公式推導(dǎo)過程比較煩瑣，而且必須要以實驗課相輔助。學(xué)生普遍反映“材料力學(xué)”課程較難掌握，容易產(chǎn)生畏懼心理，考核結(jié)果也往往令人擔(dān)憂。
（三）實踐環(huán)節(jié)需要資源較多與高校資源相對緊張之間的矛盾
基礎(chǔ)力學(xué)課程是理論性和應(yīng)用性都極強的課程。以“材料力學(xué)”為例，它主要分析各種工程結(jié)構(gòu)和材料受力之后的變形情況，需要學(xué)生對工程實踐有一定的感性認(rèn)識，能夠?qū)⒗碚摲治雠c工程實際聯(lián)系起來。這就需要讓每個學(xué)生都能動手實踐，開展從材料的各種力學(xué)性能測試，到構(gòu)件的拉、彎、扭、及組合變形，到靜動態(tài)力學(xué)性能分析等等多個相關(guān)實驗，進(jìn)行較為充分的相關(guān)力學(xué)實驗的實驗設(shè)計、試件設(shè)計、過程操作、結(jié)果分析、數(shù)據(jù)整理、報告撰寫的練習(xí)。然而由于力學(xué)實驗設(shè)備普遍相對較貴，占用空間較大，往往都是若干學(xué)生以小組為單位，嚴(yán)格按照相關(guān)實驗過程，完成兩三個簡單實驗。充分達(dá)成課程目標(biāo)所需資源與高校現(xiàn)有資源之間形成了較大反差。
以上矛盾都是目前客觀存在的現(xiàn)實，需要院校、教師、學(xué)生等管理部門、教、學(xué)各方面共同努力，確立教改觀念，理順發(fā)展思路，推出合理舉措，不斷解決問題。
二、基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)存問題分析
具體到基礎(chǔ)力學(xué)課程的教與學(xué)來說，長期以來，基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)模式仍采用傳統(tǒng)的模式，關(guān)注學(xué)科知識的傳授。形式上是課堂上教師滿堂講，學(xué)生埋頭記；課后學(xué)生完成作業(yè)，教師批閱；最后學(xué)生參加考試，完成課程考核。從實際教學(xué)情況來看，這種模式不僅其過程中存在許多弊端，而且該模式本身已不能滿足社會需求。這樣不利于學(xué)生對知識的全面掌握，難以衡量學(xué)生的真正水平，不能很好地培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生對知識的運用能力和實踐動手能力，還容易出現(xiàn)作弊等違紀(jì)現(xiàn)象，同時不利于教師教學(xué)水平的提高，沒有充分發(fā)揮各種考核手段的導(dǎo)向和反饋作用。所以傳統(tǒng)教學(xué)模式必須改變[4-5]。
教學(xué)過程主要包括教師與學(xué)生，涉及課堂教學(xué)、實踐、與考核等環(huán)節(jié)。目前主要存在以下問題。
（一）課堂教學(xué)環(huán)節(jié)
學(xué)生通過基礎(chǔ)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，熟悉相關(guān)知識體系和內(nèi)容，建立相應(yīng)基本概念，了解本學(xué)科的特點，樹立采用定量分析方法解決工程實際問題的觀念，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。這些都無法脫離課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。課堂教學(xué)是課程學(xué)習(xí)的核心環(huán)節(jié)。目前仍存在以下幾個問題。
在教學(xué)內(nèi)容方面，由于學(xué)時太少，教師往往拘泥于其系統(tǒng)性，不能給學(xué)生留出足夠的自由時間和思維空間，忽視了學(xué)生的創(chuàng)新能力和想象力的培養(yǎng)。在教學(xué)手段方面，普遍大量使用PPT課件，基本都是以教師滿堂灌似的講授為主。盡管表面上較為流暢，但留給學(xué)生思考的時間相對不足，會導(dǎo)致教與學(xué)之間缺少充分互動。在教學(xué)方法方面，由于高校教師，尤其是青年教師承擔(dān)了大量的教學(xué)、科研任務(wù)，因此會忽視對教學(xué)方法的研究。
（二）實踐教學(xué)環(huán)節(jié)
基礎(chǔ)力學(xué)課程是應(yīng)用性非常強的課程。它通過對工程實際、生活實際的各物體、構(gòu)件的分析，得到其運動、變形的知識和觀點，并與實際情況相比較，進(jìn)而加以修正，從而形成普遍規(guī)律，用于指導(dǎo)實踐。其建立過程、認(rèn)識過程與應(yīng)用過程都和實踐密不可分。課程學(xué)習(xí)的最終和最重要的目標(biāo)就是能熟練自如地運用相關(guān)知識，解決實際問題。因此，實踐是課程學(xué)習(xí)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。
目前，基礎(chǔ)力學(xué)課程實踐環(huán)節(jié)方式較為單一，就大部分院校而言，主要是實驗；內(nèi)容較為貧乏，一般都只是開展幾個最為基本的力學(xué)實驗；過程非常單調(diào)，僅是學(xué)生分組完成規(guī)定的操作流程。這很難激發(fā)學(xué)生的興趣，難以吸引學(xué)生主動思考和投身實踐，基本不能實現(xiàn)創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。
（三）課程考核環(huán)節(jié)
考核環(huán)節(jié)一般包括課后作業(yè)、實驗報告、大作業(yè)、期中期末考試等，是對教學(xué)情況的反饋和總結(jié)。它具有方式多樣、內(nèi)容豐富的特點，能對教學(xué)起到重要幫助作用。但是，往往實際中都只重視期末考試，采取主要以期末考試來決定課程學(xué)習(xí)通過與否的做法。
這種傳統(tǒng)的考試模式更多的是考查學(xué)生對基本知識點的掌握，很難實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)造能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和考查。而且，這種模式形式單一，基本以筆試閉卷為主；考試比例相對集中，一般是以課程結(jié)束后的一次考試成績作為課程成績；考試的時間也比較集中，考試基本安排在學(xué)期末進(jìn)行；考試內(nèi)容也很少，基本上是講三學(xué)二考一。這樣往往造成學(xué)生上課不認(rèn)真聽講，課后不仔細(xì)復(fù)習(xí)，平時不查閱參考資料，一心指望考前突擊、死?過關(guān)。同時，這也極易引起學(xué)生只重視做題，忽視了對本學(xué)科的規(guī)律與特點的掌握和體會，更無法談及相關(guān)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。
三、基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革的思路與措施
基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)改革必須注重學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，這已成為大家的共識[6]。在教學(xué)改革過程中，要貫徹“以學(xué)生為主、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)原則，努力激發(fā)學(xué)生的興趣，牢牢地吸引住學(xué)生的注意力，促使學(xué)生能夠認(rèn)真觀察、獨立思考、積極動手操作、樂于表達(dá)交流、隨時質(zhì)疑提問、聯(lián)系工程實際，全面參與到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中來[7]。始終注意培養(yǎng)學(xué)生在觀察工程實際與生活現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)和提出問題、運用力學(xué)知識抽象和建立理論分析模型、運用相關(guān)力學(xué)知識解決實際問題這一完整過程中，理解、體會基礎(chǔ)力學(xué)課程特有的學(xué)習(xí)方法、思考原則、考慮角度、分析方法等。始終注意力學(xué)課程的教學(xué)與工程實際的結(jié)合。
在課程教學(xué)的各環(huán)節(jié)，以“材料力學(xué)”為例，不僅需要引導(dǎo)學(xué)生完成知識點的學(xué)習(xí)、掌握，實現(xiàn)知識的積累，還需要促進(jìn)學(xué)生思考和理解這些知識背后的依據(jù)、原理，幫助學(xué)生體悟知識的應(yīng)用過程。需要考慮的方面和可以采取的措施如下。
（一）教學(xué)環(huán)節(jié)
在組織教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)不拘泥于所授教材，注重課程知識的橫向應(yīng)用，突出“材料力學(xué)”研究問題的思路和解決問題的方法；注意結(jié)合工程實例和生活事例，側(cè)重現(xiàn)象分析和規(guī)律探討，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。以學(xué)生為中心，制定教學(xué)方案。在課堂教學(xué)中要激發(fā)學(xué)生的好奇心，抓住學(xué)生的注意力。盡可能結(jié)合時事、結(jié)合突發(fā)事件、結(jié)合新技術(shù)的應(yīng)用，采用青年人更易接受的流行語言和詞匯來講解和體現(xiàn)力學(xué)規(guī)律?？蛇m當(dāng)減少習(xí)題的講解，增加工程實例的分析和探討。通過若干完整的工程實例分析，來展示力學(xué)知識的運用，體現(xiàn)本學(xué)科的重要性，并澄清本學(xué)科的學(xué)習(xí)特點，幫助學(xué)生盡快地適應(yīng)本學(xué)科的學(xué)習(xí)。在習(xí)題的講解中，注意區(qū)分典型例題與非典型例題，厘清處理典型例題的通用方法與處理非典型例題的特殊方法的關(guān)系，盡可能地解除學(xué)生的畏難情緒，排除學(xué)習(xí)障礙。
在教學(xué)手段上，利用青年人對計算機、手機等新技術(shù)應(yīng)用具有濃厚興趣的特點，可將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機結(jié)合，盡可能地將多種元素引入進(jìn)課堂教學(xué)中來，比如CAI課件、動畫、電影、CAD、CAE等。
在教學(xué)方法上要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，將傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代化教學(xué)手段和資源結(jié)合起來，不斷優(yōu)化教學(xué)方法。可通過緒論課與力學(xué)史、基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)中的人文因素[8]與力學(xué)美等的介紹[9]，以及借鑒小說與評書的論述方式，來引起學(xué)生的好奇心。
同時，教師還應(yīng)不斷提升自身的專業(yè)素質(zhì)，堅持開展科研，加深和拓寬對本學(xué)科的認(rèn)識，始終站在學(xué)科前沿來引導(dǎo)學(xué)生。
（二）實踐環(huán)節(jié)
基礎(chǔ)力學(xué)是解決復(fù)雜工程課題的理論基礎(chǔ)，工程應(yīng)用是基礎(chǔ)力學(xué)的最終目標(biāo)，同時也是激發(fā)學(xué)生學(xué)好基礎(chǔ)力學(xué)課程和產(chǎn)生工程意識的前奏。基礎(chǔ)力學(xué)的工程應(yīng)用是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一個重要渠道。
現(xiàn)有的力學(xué)實驗大多內(nèi)容簡單，過程死板，結(jié)果已經(jīng)預(yù)知，僅僅只是驗證性實驗，而不具有探索性和創(chuàng)新性，難以引起學(xué)生的好奇心與求知欲。且分組完成，相對缺乏思考性和啟發(fā)性，個人的參與性不強，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。
實踐環(huán)節(jié)教學(xué)改革十分重要的內(nèi)容就是要增添實驗內(nèi)容，增強學(xué)生的選擇性和參與性，如各種材料力學(xué)性能的測試、組合變形實驗、復(fù)合梁實驗等。并結(jié)合工程問題、結(jié)合學(xué)生的大作業(yè)等，進(jìn)一步提出實驗課題，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗及相關(guān)裝置并完成實驗，如超靜定結(jié)構(gòu)實驗、各種界面梁的彎扭實驗等。對于新的實驗內(nèi)容，只給定實驗要求，由學(xué)生自己完成對實驗內(nèi)容的分析、制定實驗方案、選擇實驗儀器和設(shè)備、分析和處理實驗數(shù)據(jù)、撰寫實驗報告。這樣有利于加深學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的實驗動手能力、分析問題與解決問題的能力。
（三）考核環(huán)節(jié)
當(dāng)前考核環(huán)節(jié)的主要弊端是以期末考試來決定課程成績。對考核環(huán)節(jié)的改革應(yīng)該是全面重視課后作業(yè)、大作業(yè)、實驗報告、期中期末考試，并逐漸開拓平時測試、工程實例分析、自主實驗設(shè)計等多種考核方式，合理分配時間和設(shè)置相互之間的權(quán)重，最終形成課程成績。
其中，最為常見的考核環(huán)節(jié)是課后作業(yè)的批改。要加強學(xué)生對平時作業(yè)的重視程度，引導(dǎo)學(xué)生獨立、積極地完成作業(yè)。教師要及時、認(rèn)真地布置和批改作業(yè)，從作業(yè)中得到課程教學(xué)的信息，并在下一階段的教學(xué)中加以處理；同時將批改情況積極反饋給學(xué)生，引導(dǎo)和幫助學(xué)生采納反饋信息，進(jìn)行復(fù)習(xí)。
大作業(yè)與課程論文作為一種普遍性的探索模式得到了較為廣泛的認(rèn)可，是創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力培養(yǎng)的很好方式。選題可以多種多樣，如學(xué)習(xí)體會、章節(jié)總結(jié)、一個知識點的深入討論或一個具體生活或工程實例的解決。選題的范圍可以源自生活的方方面面，比如瀝青路面的變形、塌陷、開裂，樹木大風(fēng)過后的刮倒、樹枝折斷，交通信號燈桿的歪斜等學(xué)生可能目睹但未進(jìn)行認(rèn)真思考的現(xiàn)象，抓住學(xué)生的好奇心理，激發(fā)他們的探索熱情。一般由學(xué)生自主選題，以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，在教師的指導(dǎo)下自由地進(jìn)行知識拓展，并按科技論文的模式來完成，從而使學(xué)生的科研素質(zhì)得到初步培養(yǎng)。
一般說來，由于當(dāng)前實驗環(huán)節(jié)都是分組同時進(jìn)行的相同實驗，實驗報告也是按照固有格式完成，導(dǎo)致實驗報告難以反映實際情況。不妨采取自主實驗設(shè)計、完成相關(guān)實驗并最終形成實驗報告的方式來考核。這對于學(xué)生個人能力的要求較高，需要充分發(fā)揮學(xué)生的主動性等，也需要教師的積極指導(dǎo)和幫助。
中圖分類號：TB30 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1概述
實驗教學(xué)是高等學(xué)校人才培養(yǎng)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力有著不可替代的作用。材料力學(xué)實驗是高校工科專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程《材料力學(xué)》、《工程力學(xué)》、《建筑力學(xué)》的重要組成部分。通過材料力學(xué)實驗，可以讓學(xué)生加深對材料力學(xué)基本概念、基本理論的理解和認(rèn)識，使學(xué)生牢固掌握材料性能指標(biāo)的檢測方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題。材料基本變形、組合變形測量等實驗涉及眾多電測方面的知識，如應(yīng)變片、應(yīng)變儀、力的傳感器、橋路及其連接、貼片與溫度補償?shù)龋橇W(xué)與電學(xué)知識相結(jié)合的實驗。近年來，由于專業(yè)熱點變化，這類材料力學(xué)基礎(chǔ)實驗在高校普遍存在壓減學(xué)時、實驗室規(guī)模萎縮、儀器使用損壞率高、實驗經(jīng)費有限等問題，同時，實驗中應(yīng)變片的粘貼實驗周期長，而且因為虛貼等操作會造成材料損耗，測量前的線路焊接、電橋搭配等的不正確操作也會造成儀器的損毀，所以實驗中的這些步驟都在實際實驗中省略了，學(xué)生失去了動手動腦進(jìn)行科研訓(xùn)練的機會，實驗做完后對電測原理一無所知，教學(xué)效果很不好。
如何在現(xiàn)有條件下發(fā)揮有限資源的最大效率，并顯著提高材料力學(xué)實驗教學(xué)效果，是廣大實驗教學(xué)老師正在探討的課題。近年來，國內(nèi)各高校不斷嘗試將計算機仿真技術(shù)引入到實驗教學(xué)中，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使得教與學(xué)的方式發(fā)生了革命性的變化。
仿真實驗是通過計算機及其相應(yīng)的模擬程序來完成實驗過程，不受實驗室儀器設(shè)備、實驗材料的限制，因其具有經(jīng)濟性、開放性、針對性及安全性等特點，是培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的一種有效實驗手段。
為此，結(jié)合材料力學(xué)電測實驗課程的特點，運用信息技術(shù)尋求一種合理、高效的仿真實驗途徑具有非常現(xiàn)實的意義。研制材料力學(xué)電子測量仿真系統(tǒng)，可以讓學(xué)生在較短的時間內(nèi)通過仿真貼片、接線、加載、測量，對電測原理有個完整了解，作為課內(nèi)實驗的補充，也可大大提高實驗教學(xué)效果。
2 材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)
1）材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)的技術(shù)選型
系統(tǒng)開發(fā)選用C++ Builder， C++ Builder具有快速的可視化開發(fā)集成環(huán)境，內(nèi)置了大量完全封裝了Windows公用特性且具有完全可擴展性的可重用控件，利用C++ Builder可以快速完成復(fù)雜的界面交互，讓我們將開發(fā)的重點放在內(nèi)部流程與算法，無需考慮界面實現(xiàn)與數(shù)據(jù)交互，從而提高開發(fā)效率。
后臺數(shù)據(jù)庫選用比較通用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Sever，采用兩層的C/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫中記錄實驗操作人員、實驗場景數(shù)據(jù)、實驗過程操作記錄、實驗結(jié)果記錄等，實驗老師可以通過系統(tǒng)管理程序查看記錄，了解學(xué)生實驗情況及仿真系統(tǒng)使用情況。使用通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Sever的好處之一是可以支持網(wǎng)絡(luò)并行操作，學(xué)生可以在不同終點同時做不同實驗；另一個好處是保存大量的實驗記錄數(shù)據(jù)而不會導(dǎo)致系統(tǒng)明顯變慢。
2）材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)構(gòu)成
材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)主要分為兩大部分：超媒體的教學(xué)演示系統(tǒng)（表1 ）和仿真模擬實驗。超媒體的教學(xué)演示系統(tǒng)主要利用計算機將每一個實驗項目的實驗?zāi)康摹⒒驹砗筒僮鞑襟E以文字、動畫、聲音、視屏等方式組合展示出來，目的是使學(xué)生了解實驗的基本原理、實驗過程、實驗中的重點難點等。
仿真模擬實驗部分主要是材料力學(xué)的五個主要電測實驗：分別是 材料彈性常數(shù)測量實驗、材料切變模量的測量實驗、材料純彎正應(yīng)力測量實驗、材料彎扭組合主應(yīng)力測量實驗、材料彎扭組合內(nèi)力素測量實驗。每個實驗提供一個虛擬的三維實驗場景（如圖1為彎扭組合的實驗場景），實驗者可以通過鍵盤與鼠標(biāo)與程序交互，完成相應(yīng)的實驗。
3）仿真實驗過程
下面以材料彎扭組合內(nèi)力素測量為例來說明仿真實驗過程：
①試件參數(shù)確定：選擇主界面的材料彎扭組合內(nèi)力素測量實驗，進(jìn)入圖1的實驗場景，就可以選擇實驗的材質(zhì)、尺寸，確定材質(zhì)就相應(yīng)確定了材料的彈性常數(shù)，選定尺寸就是需要輸入梁的長度、內(nèi)外徑及加力臂的大小。
②貼片：如果2所示，可以在放大的工作區(qū)及溫度補償區(qū)進(jìn)行貼片，可以在應(yīng)變計面板選擇不同型號的應(yīng)變計，
③橋路設(shè)計：通過點擊鼠標(biāo)并拖動，可以在應(yīng)變計引腳與應(yīng)變儀A、B、C、D1、D、D2等引腳間連線，不同連線方式形成不同的橋路設(shè)計。
④加載測量：開啟應(yīng)變儀電源，應(yīng)變儀顯示屏顯示應(yīng)變輸出，如果橋路設(shè)計不準(zhǔn)確，應(yīng)變儀顯示屏將顯示錯誤“E”，這時需要回到上一步重新進(jìn)行連線操作。如果屏幕顯示隨機變動的值，點擊清零后就可以恢復(fù)為零，并可以開始加載實驗，加載過程點選記錄實驗數(shù)據(jù)，當(dāng)前外載荷及應(yīng)變輸出系統(tǒng)就會記錄。
⑤實驗結(jié)束，選擇打印實驗報告，將輸出帶全部實驗參數(shù)及實驗過程記錄的完整實驗記錄報告，需要手工完成的是實驗數(shù)據(jù)后處理。
4）材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)主要特色
①目前國內(nèi)有些高校在電測仿真系統(tǒng)有些探索，但主要還停留在實驗過程的輔導(dǎo)上，如應(yīng)變片選擇、貼片、橋路設(shè)計、加載、測量等，每個過程都是最優(yōu)的單一選擇，就像一個電子教案。材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)在此方面進(jìn)行重點突破，提供一個完整的實驗場景，試件的材質(zhì)、尺寸可以在許可范圍內(nèi)自由設(shè)定，應(yīng)變花可以隨意選擇，補償片的選擇，橋路選擇都有充分的自由度，系統(tǒng)內(nèi)依據(jù)選定的參數(shù)及橋路設(shè)計、加載情況計算出相應(yīng)的應(yīng)變儀輸出，并在輸出結(jié)果上加上白噪聲和時漂移，操作人員可以按照真實測量那樣進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理。
②材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)涵蓋了材料力學(xué)課程中的所有電測實驗，國內(nèi)涉及材料力學(xué)課程的所有專業(yè)因?qū)嶒瀸W(xué)時的原因最多只會實做兩個實驗，短學(xué)時的專業(yè)只會做最簡單的材料彈性常數(shù)測量實驗。由于貼片到可以測量一般需要數(shù)天時間，實做實驗都不會涉及貼片和接線。而仿真系統(tǒng)就可以由淺入深的包含全部5個電測實驗，并可仿真全部的實驗過程。
4 結(jié)語
材料力學(xué)電測仿真實驗是一種全新的虛擬實驗環(huán)境，在這種環(huán)境下學(xué)生可以反復(fù)進(jìn)行“實驗”，并迅速獲得實驗結(jié)果其方便性是實物實驗所不可比擬的。仿真實驗作為一種全新的教學(xué)手段，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新意識，尤其是在實驗經(jīng)費和設(shè)備受到限制的條件下，能有效地緩解當(dāng)前材料力學(xué)實驗教學(xué)的困境，也是高等教育的大眾化發(fā)展的一種必然趨勢。
參考文獻(xiàn)
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《材料力學(xué)》課程在土木工程專業(yè)中是一門重要的基礎(chǔ)專業(yè)課,相對于其它專業(yè)課來說知識比較抽象,其理論性較強,其基本理論知識是往后課程學(xué)習(xí)和以后工程設(shè)計和工程實踐中最基本的理論根據(jù)之一,涉及眾多工程領(lǐng)域。學(xué)生通過學(xué)習(xí),了解和掌握材料力學(xué)研究方法,能運用材料力學(xué)理論和計算方法去分析、計算解決實際工作中遇到的一些工程問題。實際教學(xué)中,由于本門課程具有理論性強、概念知識多、內(nèi)容抽象、邏輯嚴(yán)密等特點,使教與學(xué)都頗具困難,因此,需要教學(xué)老師在教學(xué)實踐中不斷探索研究,提高教學(xué)質(zhì)量、改善教學(xué)方法。材料力學(xué)的實驗教學(xué)能使學(xué)生學(xué)到的抽象理論知識與實際情況結(jié)合起來,有助于建立完整的材料力學(xué)知識體系,另外實驗教學(xué)有利于學(xué)生自學(xué)學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),在教學(xué)改革中應(yīng)該重視實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。
一、材料力學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)狀
1.實驗課內(nèi)容陳舊、單一
一般來說,材料力學(xué)實驗課的實驗項目少且較為單一,主要有是對鑄鐵和低碳鋼兩種金屬材料進(jìn)行簡單的材料力學(xué)性能測試,包括拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎矩等主應(yīng)力的驗證性實驗,內(nèi)容形式固定,與工程實際情況聯(lián)系不強。在實驗中,學(xué)生都是按指定標(biāo)準(zhǔn)化程序?qū)嶒灢僮?實驗內(nèi)容設(shè)計上也沒有預(yù)留多少讓學(xué)生有自主創(chuàng)造的空間,這樣不但影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,還扼殺了學(xué)生的創(chuàng)造思維。
2.實驗條件不充足
隨著高校擴招政策實施,在校學(xué)生數(shù)量不斷增多,導(dǎo)致現(xiàn)有的儀器設(shè)備臺套數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有學(xué)生人數(shù)的使用需求,而學(xué)校短期內(nèi)又無法投入大量的人力物力不斷擴張實驗室面積、實驗儀器數(shù)量。這樣,迫于現(xiàn)狀許多院校作出無奈選擇,以前學(xué)生三兩人一組做實驗,現(xiàn)在要五六人一組做實驗。這樣形成了實驗過程中個別人操作,多數(shù)學(xué)生觀摩和記錄的現(xiàn)象,這樣就導(dǎo)致了許多學(xué)生抄襲以及對實驗敷衍的心理。
二、材料力學(xué)綜合設(shè)計型實驗教學(xué)方法
1.引入綜合設(shè)計型實驗內(nèi)容
結(jié)合經(jīng)典材料力學(xué)實驗方法的基礎(chǔ)上,調(diào)整實驗內(nèi)容增加設(shè)計綜合設(shè)計性實驗內(nèi)容,為學(xué)生提供寬松、開放的實驗環(huán)境,讓學(xué)生根據(jù)自己的意愿和能力靈活開展實驗。在實驗中,老師不設(shè)定具體實驗方法方式。開展實驗前,學(xué)生幾個人自由組成以實驗小組,分工合作,要閱讀實驗大綱要求、明確實驗?zāi)康摹⒘私鈱嶒炇椰F(xiàn)有條件、自主查閱資料等,然后設(shè)計實驗方案,跟老師討論實施實驗可行方案,最后獨立完成實驗,完成實驗研究報告或?qū)嶒炐≌撐摹?/p>
綜合設(shè)計型實驗要求老師始終以輔助的角色從旁指導(dǎo)學(xué)生實驗,在確定大致的實驗內(nèi)容、提供相應(yīng)實驗環(huán)境和保證學(xué)生實驗安全的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性。實驗對象不限于單一的金屬材料,學(xué)生可根據(jù)自己的興趣設(shè)計自己的實驗方案。實驗的工具也不限于實驗室里的儀器設(shè)備,學(xué)生充分發(fā)揮所長,可以自主設(shè)計簡易儀器設(shè)備,可以采用計算機編程、數(shù)值模擬試驗等。實驗的時間也不限于正常上課時間,一個實驗項目可以在幾天至兩個星期內(nèi)完成,讓學(xué)生有充分時間調(diào)研、討論和實驗,同時也可以達(dá)到分流學(xué)生充分利用實驗室資源的效果。
比如,學(xué)生要測量某種材料的力學(xué)性能,在完成資料調(diào)研和設(shè)計好實驗計劃書后,給老師檢查,經(jīng)過討論交流,確定方案可行。然后老師就組織學(xué)生講解和教會學(xué)生各種儀器設(shè)備的實驗原理、操作方法和注意事項,學(xué)習(xí)電子萬能試驗機、壓力試驗機、扭轉(zhuǎn)試驗機、材料力學(xué)試驗臺、各種傳感器、百分表等儀器設(shè)備的使用,掌握應(yīng)變儀的操作、電阻應(yīng)變片的粘貼方法,了解電測法基本原理等,在學(xué)生熟悉整個過程后就可以開始獨立自主開始實驗了。實驗完成后按照要求編寫實驗報告或小論文。這樣的實驗教學(xué)方式,老師不再是主要的角色,學(xué)生自己掌握了實驗過程中的主動性,自己動手、自己動腦、自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。學(xué)生可以現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用,及時掌握鞏固所學(xué),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。
2.加大開放實驗、開放基金課題項目與課程實驗結(jié)合的程度
開放性實驗室包括時間的開放、資源的開放、實驗內(nèi)容的開放、管理方式的開放,學(xué)生可利用課余時間來實驗室開展實驗,有利于學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng),能充分利用實驗室資源。開放性實驗室的開放程度應(yīng)結(jié)合院校自身條件,以學(xué)生為本,立足于培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力、和實際操作能力的,充分利用實驗室教學(xué)資源。我校為促進(jìn)開放性實驗室建設(shè),培養(yǎng)高素質(zhì)人才,設(shè)立了多種開放基金,鼓勵本科生進(jìn)行課外科研活動,比如:“實驗室室開放基金項目”,“創(chuàng)新性實驗計劃”,其面向全校教學(xué)、科研實驗室,基金項目支持各實驗室提供的開放實驗教學(xué)課題和學(xué)生自擬的實驗課題,項目內(nèi)容要有一定的新意,對培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力要有推動作用。由于學(xué)校對實驗室建設(shè)的大力支持,使得學(xué)院在設(shè)計實驗項目、學(xué)生進(jìn)行實驗在操作上變得可以更加靈活。學(xué)生可以根據(jù)自己的時間安排、結(jié)合自己的興趣來實驗室開展自己的實驗項目,優(yōu)秀的實驗項目還可以向?qū)W校實驗室開放基金管理處申請立項,獲得經(jīng)費支持。學(xué)生也可以參與教師的科研實驗,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的思想,提高自身能力和素質(zhì)。這些制度和政策,極大的推動我校創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制的建設(shè)。
三、總結(jié)
在教學(xué)中院校應(yīng)加強實驗環(huán)節(jié)的,為學(xué)生實驗搭建一個良好的服務(wù)平臺,讓學(xué)生在這個平臺上充分發(fā)揮自主能動性和創(chuàng)造性思維,讓學(xué)生通過材料力學(xué)的自主實驗,為專業(yè)基礎(chǔ)課打下堅實基礎(chǔ),有利于學(xué)生實踐能力提高,培養(yǎng)了獨立思考能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。
參考文獻(xiàn):
[1]牟萍,謝曉梅,文寧.材料力學(xué)設(shè)計性實驗的設(shè)計與實現(xiàn)[J].實驗技術(shù)與管理, 2007,24(4).
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）43-0085-02
一、緒論
2010年6月，教育部聯(lián)合有關(guān)部門和行業(yè)協(xié)（學(xué)）會共同啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”），這對促進(jìn)高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才、全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要的示范和引導(dǎo)作用。該項目計劃通過10年時間培養(yǎng)出百萬高素質(zhì)的工程技術(shù)人才，為我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、經(jīng)濟繼續(xù)發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。在正式公布的第二批“卓越計劃”試點高校學(xué)科專業(yè)名單中，江蘇科技大學(xué)機械類專業(yè)名列其中。工程材料力學(xué)性能是機械類專業(yè)的重要專業(yè)課，也是構(gòu)成學(xué)生專業(yè)知識平臺的基礎(chǔ)性課程，對學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和專業(yè)知識結(jié)構(gòu)的完善起著重要作用，為他們走向工作崗位后的生產(chǎn)實踐提供強有力的理論、技術(shù)基礎(chǔ)材料[1]。隨著我校對“卓越計劃”的實施，現(xiàn)行課程教學(xué)中暴露出各種問題，顯然已不能滿足培養(yǎng)計劃中提出的增加學(xué)生工程實踐、創(chuàng)新能力的要求，鑒于此，課程改革勢在必行。
二、目前課堂教學(xué)中存在的問題
首先，工程材料力學(xué)性能課程原是金屬材料專業(yè)繼金屬學(xué)、固態(tài)相變等的專業(yè)課，教材側(cè)重點一直都是金屬材料力學(xué)性能部分。隨著學(xué)科的發(fā)展，目前江蘇科技大學(xué)材料學(xué)院除設(shè)置金屬工程外，還設(shè)置了焊接技術(shù)與工程、材料成型及控制工程、高分子材料與工程、材料腐蝕與防護(hù)和電子封裝技術(shù)5個本科專業(yè)（方向），但目前各專業(yè)所使用的依然是合肥工業(yè)大學(xué)主編的教材，內(nèi)容設(shè)置對其他專業(yè)學(xué)生來說并不合適。
其次，課程中的抽象概念較多，講授中要求嚴(yán)格把握理論系統(tǒng)的完整性，這容易造成教師照本宣科，也會使學(xué)生感到枯燥乏味，學(xué)習(xí)效果不佳。這一講授與學(xué)習(xí)方式往往導(dǎo)致學(xué)生知識結(jié)構(gòu)單一，偏離應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。
再次，教學(xué)手段仍以知識灌輸為主，對提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、解決實際問題幫助不大，不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。而且，實踐性教學(xué)多為驗證性，設(shè)計性及綜合性實驗偏少，往往流于形式。
三、教學(xué)內(nèi)容改革
第一，提煉要點。教師在工程材料力學(xué)性能課程的教學(xué)實踐中，可以對教材進(jìn)行整合，依據(jù)專業(yè)特色提煉出一般性了解和必須掌握的知識點，使學(xué)生能夠在有限的學(xué)時中高效掌握基本理論知識，保質(zhì)保量地完成本課程的教學(xué)任務(wù)。第二，重視應(yīng)用。工程材料力學(xué)性能課講述材料設(shè)計、研發(fā)、測試中的基礎(chǔ)概念和相關(guān)測試規(guī)范，教師可以對測量手段和過程進(jìn)行分析講解，這往往能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，在備課過程中，應(yīng)注意收集科技文獻(xiàn)中的實驗方法，結(jié)合相關(guān)理論介紹給學(xué)生。第三，追蹤科技。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來材料種類越來越多，其服務(wù)環(huán)境呈現(xiàn)多樣化，使得力學(xué)性能測試手段也相應(yīng)地發(fā)生較快發(fā)展。新的材料測試方法及標(biāo)準(zhǔn)不斷出現(xiàn)，這要求教師必須掌握科技發(fā)展前沿，并及時地將研究動態(tài)傳遞給學(xué)生。例如，在講授硬度時，教師可以為學(xué)生介紹顯微維氏硬度測量陶瓷材料斷裂韌度的方法。
四、優(yōu)化教學(xué)方法與手段
教學(xué)方法是教學(xué)過程中教師與學(xué)生為實現(xiàn)教學(xué)目的和教學(xué)任務(wù)要求，在教學(xué)活動中所采取的行為方式的總稱。這可以看出，教師與學(xué)生在教學(xué)過程中的地位是平等的，兩者均為教學(xué)的主導(dǎo)者，都應(yīng)對教學(xué)質(zhì)量負(fù)責(zé)。然而，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，主要是教師講授，學(xué)生的主動性并沒有被有效發(fā)掘。教學(xué)方法的改革應(yīng)倡導(dǎo)以學(xué)生為主，激發(fā)學(xué)生是學(xué)習(xí)主體的意識，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、查閱資料、團(tuán)隊合作、解決問題的自我學(xué)習(xí)能力[2]。在這一教學(xué)過程中，教師應(yīng)發(fā)揮引導(dǎo)作用，調(diào)動學(xué)生討論問題的積極性。教師在課程講授中可采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)這一教學(xué)方法，可取得良好效果。例如，以“材料硬度”這一授課內(nèi)容為例。首先，教師可以提供“材料硬度”課程的一些講授任務(wù)讓學(xué)生代表完成，要求每班派出一名學(xué)生，分別講解。其次，各班代表預(yù)習(xí)、收集資料備課，準(zhǔn)備PPT，并與教師保持溝通。再次，學(xué)生代表依次對“材料硬度”內(nèi)容進(jìn)行講解。最后，教師對學(xué)生講解進(jìn)行點評、比較和總結(jié)，對知識點進(jìn)行梳理與補充。這一學(xué)生自主四步式教學(xué)方法可以最大程度地調(diào)動他們的積極性，更加牢固地掌握知識，拓展知識面，增強集體感。
教學(xué)手段在保證教學(xué)質(zhì)量中發(fā)揮著不容忽視的作用。工程材料力學(xué)性能課程的學(xué)時有限，但內(nèi)容繁雜，涉及面較廣，表、圖、公式較多，金屬組織、斷口、形變過程的特點和各類實驗現(xiàn)象也十分復(fù)雜，難以用語言進(jìn)行準(zhǔn)確直觀描述。因此，應(yīng)采用現(xiàn)代化教學(xué)手段輔助教學(xué)[3]。利用多媒體技術(shù)和ADAMS等仿真建模軟件制作出與課程配套的多媒體課件，在增加教學(xué)信息量的同時可以豐富和活躍教學(xué)過程，明顯提高教學(xué)效果。
五、優(yōu)化實驗教學(xué)
材料學(xué)是一門實驗科學(xué)。實驗教學(xué)是工程材料力學(xué)性能教學(xué)體系中的重要一環(huán)，是強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力的重要手段，可視為學(xué)生由書本到操作的過渡[4]。針對目前實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，可以運用以下改革方案。首先，優(yōu)化集中實驗。減少小組人數(shù)，加強質(zhì)量管理，提高拉伸、沖擊等集中實驗中學(xué)生的參與度，使得學(xué)生熟悉和掌握各個實驗環(huán)節(jié)。例如，對各組試樣進(jìn)行編號，依照編號對計算機采集到的曲線進(jìn)行命名，杜絕重復(fù)使用數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，避免蒙混過關(guān)。其次，鼓勵開設(shè)選修實驗。江蘇科技大學(xué)會為本科生開設(shè)“開放選修實驗”，每學(xué)期期初由教師提出實驗課程申請，院校兩級評審后，學(xué)生可在教務(wù)系統(tǒng)中自愿選課。實驗課題均來自教師的科研項目，設(shè)置32學(xué)時，2個學(xué)分。一位指導(dǎo)教師最多接納6名學(xué)生，由學(xué)生利用課余時間自主完成?！伴_放選修實驗”以實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為目標(biāo)，讓學(xué)生通過動手查找資料、設(shè)計實驗、驗證結(jié)果實踐課堂上所學(xué)理論。對學(xué)生而言，好奇心是學(xué)習(xí)的動力，自己動手解開科學(xué)謎團(tuán)是一個快樂的學(xué)習(xí)過程，而“開放選修實驗”在多年的實施過程中也取得顯著的效果。
六、優(yōu)化考核方法
考試是衡量教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生學(xué)習(xí)水平的重要手段。為了把考試變成調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和提高學(xué)生綜合素質(zhì)的一個重要環(huán)節(jié)，必須對現(xiàn)行課程成績評定方法進(jìn)行改革。鑒于此，單純通過期末考試確定課程成績已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代教育的要求，教師在對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行最終考核時必須實現(xiàn)從終結(jié)性向形成性教學(xué)評價方式的轉(zhuǎn)變[5]。將單一的期末考試成績變?yōu)榫C合成績，即將平時表現(xiàn)、期中考試成績和期末考試成績相結(jié)合，將理論考試與實驗考核相結(jié)合，增加平時成績的比重。例如，在實際操作中，工程材料力學(xué)性能一課的成績構(gòu)成結(jié)構(gòu)為：期末成績占70%，實驗成績占20%，平時成績占10%。對于實驗成績，改變過去以實驗報告為準(zhǔn)的做法，變成現(xiàn)場成績和實驗報告成績兩部分，各占50%?，F(xiàn)場成績由教師根據(jù)學(xué)生上課時預(yù)習(xí)、紀(jì)律、過程等的表現(xiàn)綜合打分。新的考核機制可以改變學(xué)生為考試而學(xué)習(xí)的心理，有利于他們在平時進(jìn)行創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，在期末考試集中期能從容地進(jìn)行知識梳理和總結(jié)。
七、結(jié)語
為了培養(yǎng)具有工程實踐和創(chuàng)新能力的學(xué)生，工程材料力學(xué)性能任課教師需要不斷地進(jìn)行課程改革，上述的研究與探索，期望能使學(xué)生高效地掌握本門課程的知識，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的理論基礎(chǔ)，讓其在實際工程中正確地選擇、使用、改善材料，分析材料失效行為等，更好地滿足“卓越計劃”的教學(xué)要求。
參考文獻(xiàn)：
[1]宋浩杰.力學(xué)性能課程教學(xué)改革探討[J].考試周刊，2010，（21）：20-21.
[2]胡慶芳.優(yōu)化課堂教學(xué)：方法與實踐[M].中國人民大學(xué)出版社，2014.
受“應(yīng)試教育”和傳統(tǒng)教學(xué)體系等多方面因素的影響，我國的高等工程教育中普遍存在“重書本理論知識傳授而輕工程應(yīng)用能力培養(yǎng)”的課程教學(xué)模式，抑制了學(xué)生的創(chuàng)造和想象能力，學(xué)生的知識和能力結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)代工程問題的需要，在相當(dāng)程度上影響了大學(xué)生良好工程素質(zhì)的形成。隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷進(jìn)步、工程科學(xué)的發(fā)展完善，工程知識體系變得越來越龐大。與此同時，現(xiàn)代工程實踐對工程師的工程實踐能力、團(tuán)隊工作與交流能力和對企業(yè)與社會環(huán)境的理解與適應(yīng)能力都提出了更高的要求。因此，工程教育必須在有限的時間內(nèi)，給學(xué)生進(jìn)行更多更深的理論知識和更高的工程應(yīng)用能力與工程素質(zhì)的培養(yǎng)。這不僅是中國工程教育，也是世界工程教育所面臨的共同挑戰(zhàn)?！恫牧狭W(xué)》課程是工科類學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是學(xué)習(xí)后續(xù)課程的重要基礎(chǔ)，是解決工程實際問題的重要方法和手段；所以我們需要對《材料力學(xué)》的課程體系、教學(xué)理念和學(xué)習(xí)方法等作出重大變革以應(yīng)對這樣的挑戰(zhàn)。
本文的思路是： 作為高校教師，應(yīng)該突破“應(yīng)試教育”和傳統(tǒng)教學(xué)體系，樹立基于“卓越工程師”培養(yǎng)的全新的教學(xué)理念，進(jìn)行以培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力為主要內(nèi)容的材料力學(xué)課程教學(xué)改革，從以下六方面：三大特色的理論教學(xué)方式、實驗教學(xué)環(huán)節(jié)、多項考核制度、天空教室、學(xué)生小論文、師資隊伍建設(shè)等方面提出了一系列的教學(xué)改革方案；將實踐教學(xué)與理論教學(xué)有機結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容注重傳統(tǒng)經(jīng)典與現(xiàn)代前沿工程的結(jié)合，與科研、工廠生產(chǎn)實際相聯(lián)系，真正按工程人才要求培養(yǎng)出不僅理論知識扎實，具備一定工程素質(zhì)的工程應(yīng)用人才。
1 課堂理論教學(xué)的改革
理論教學(xué)中通過“史海鉤沉”“力學(xué)趣聞”“最新力學(xué)成果”三個特色模塊，使學(xué)生在步入材料力學(xué)科學(xué)的殿堂時，生動、活潑、前沿，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、想象力和充分了解前沿力學(xué)科研成果。“史海鉤沉”是通過材料力學(xué)史上的一些著名的慘痛事故的前因后果使學(xué)生以史為鑒，深刻認(rèn)識到研究材料力學(xué)的重要性；“力學(xué)趣聞”則通過優(yōu)美而有趣的文學(xué)語言剖析工程和生活中的材料力學(xué)問題，使課堂理論教學(xué)少幾分枯燥，多幾分欣賞，得到美得享受?！白钚铝W(xué)成果”將最新最前沿的力學(xué)科研成果通過與所講授的內(nèi)容聯(lián)系，變?yōu)榫哂锌茖W(xué)研究意義的最鮮活的教學(xué)內(nèi)容，這種內(nèi)容既可以把學(xué)生帶到科技前沿，又能充分體現(xiàn)科研活動的規(guī)律和過程
2 教學(xué)模式的改革
使用“天空教室”，開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛，材料力學(xué)的教學(xué)過程中要最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)資源，將我們的“天空教室”在課程的教學(xué)過程中不斷豐富和完善起來。每個同學(xué)都可以在“天空教室”討論，上傳有關(guān)材料力學(xué)方面的最新進(jìn)展、科研成果、歷史典故等方方面面的知識、資料；可以進(jìn)行師生交流、提交作業(yè)和小論文等活動。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段教學(xué)、研究性學(xué)習(xí)、學(xué)生參與課堂授課活動等多種授課方式相結(jié)合，實現(xiàn)互動式與主動式的教與學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神和工程應(yīng)用能力。
3 實驗教學(xué)的改革
實踐是培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的必要環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才這個目標(biāo)，加強實踐能力的培養(yǎng)尤為重要?；诒拘５膫鹘y(tǒng)力學(xué)課程實踐教學(xué)的缺陷，本課題將進(jìn)行增設(shè)實驗課時、實驗項目的改革嘗試，努力提高學(xué)生材料力學(xué)的工程素質(zhì)。
4 改革考核方式
我們在材料力學(xué)課程的教學(xué)過程中探索新的考核模式，采用理論知識期末測試、實驗報告和學(xué)生小論文評價有機結(jié)合起來的多向考核。避免“一卷定分”，改為適應(yīng)工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的素質(zhì)教育的要求多向考核。
5 學(xué)生小論文環(huán)節(jié)
本課題設(shè)想學(xué)生在課外分階段分組進(jìn)行材料力學(xué)知識總結(jié)的小論文撰寫和匯報。通過這個小論文環(huán)節(jié)訓(xùn)練科研能力，培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神，提高工程素質(zhì)。
6 加強本專業(yè)師資隊伍建設(shè)
要培養(yǎng)工程應(yīng)用能力的具有團(tuán)隊合作精神的、創(chuàng)新能力高素質(zhì)的人才，教師首先要提高自身的素質(zhì)。因此，工程素質(zhì)教育對教師的總體素質(zhì)提出了新的更高的要求。
樹立基于“卓越工程師”培養(yǎng)的全新的教學(xué)理念，基于工程應(yīng)用能力人才培養(yǎng)為主線，改革材料力學(xué)課程的教與學(xué)模式；培養(yǎng)不僅理論扎實、工程應(yīng)用能力強且具備創(chuàng)新思維和能力的高素質(zhì)人才；探索一條基于工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的適應(yīng)未來社會發(fā)展需求的工程人才培養(yǎng)的途徑是高校教師應(yīng)有的責(zé)任和義務(wù)。
[參考文獻(xiàn)]
