基于工程素质培养材料力学实验教学改革的探索

基于工程素质培养材料力学实验教学改革的探索
孙家国;谷艳玲
【摘要】通过材料力学精品课的建设,针对实验教学存在的问题,结合该课程的特点和近年来武夷学院在土木工程专业实验教学中的改革与实践,对材料力学实验教学进行了改革,设定了基础性、综合性和研究性三种实验类型.同时,从实验内容、实验方法、实验条件和考核方式四个方面提出了该课程实验教学改革的措施,提高了学生解决问题的能力,激发了学生实验的积极性,培养了学生的工程素质.
【期刊名称】《宜春学院学报》
【年(卷),期】2013(035)003
【总页数】3页(P151-153)
【关键词】土木工程;材料力学;实验;考核
【作者】孙家国;谷艳玲
【作者单位】武夷学院土木工程与建筑系,福建武夷山354300
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0
材料力学是土木工程专业的一门重要基础课程，其实验是对学生进行工程素质教育和培养学生创新能力的重要环节，理应成为我们培养创新人才的重要平台。

然而，一直以来，学生在进行材料力学实验时，基本上只要按实验指导书上的步骤去做，就能测到数据，顺利地完成实验。

这种单一的实验教学方式在一定程度上束缚了学
生的思维，限制了学生主观能动性的发挥，不利于学生的个性发展，影响了学生创新能力的培养。

为此，在材料力学精品课建设中，针对存在的问题，在实验内容、实验方法、考核制度等方面我们进行了一些探索性的改革。

1 材料力学实验的基本情况
武夷学院是一所地方性普通本科院校，其定位是培养应用型高级技术人才。

材料力学作为土木工程专业的基础课，2010年被评为校级精品课程，该课程开设64学时，其中理论讲授52学时，实验12学时。

结合该课程的特点和近年来在土木工
程专业实验教学中的探索，把材料力学实验分成基础性实验、综合性实验和研究性实验三种类型［1］。

同时，改革了实验方法和评价体系，提高了实验教学效果，强化了学生工程素质的培养。

2 材料力学实验改革措施
2.1 实验内容的改革
为了保证土建工程中使用建筑材料的安全性，按照国家规定所有材料都应该通过力学性能的检测，只有符合各种技术指标的材料才能应用于工程实际［2］，这就要求学生必须掌握一定的力学实验检测技能，从而满足就业岗位的需要。

我们根据工程实践要求，按照国家颁布的新试验标准来更新实验教学内容，结合我校培养应用型人才的目标，将材料力学实验分为基础性、综合性和研究性三种类型。

2.1.1 基础性实验
基础性实验以课程基本知识为载体，重点培养实验基本技能，是必做实验项目，具体包括拉伸实验、压缩实验、扭转实验、纯弯曲梁正应力实验四个，详见表1。

该类型主要是原理性、验证性实验，通过基础性实验，达到理论知识与实践有机结合，能增强学生的分析能力和动手操作能力。

表1 基础性实验情况一览表
2.1.2 综合性实验
综合性实验涉及本课程综合知识的应用，考核学生自主开发实验的能力，拓展学生实验的思维模式，是必选实验项目，要求在低碳钢及铸铁扭转实验、材料常数E、μ测定实验、压杆稳定实验、应变电测基础和应变片粘贴实验四个实验项目中必须选作二个，详见表2。

在该类型的实验教学中，学生是实验的组织者和实施者，他们独立制定实验方案、实验方法和具体操作步骤，经实验指导教师审核后，就可进行实验操作。

通过综合性实验，不仅提高了学生解决问题的能力，而且开阔了学生的工程实践视野，能更好的适应土木工程专业的社会需求。

表2 综合性实验情况一览表
2.1.3 研究性实验
研究性实验是通过为学生提供宽松、开放的实验环境，让学生根据自己的兴趣和能力开展实验，在实验中，要求老师始终以旁站的角色指导学生实验。

开展实验前，学生可以自由组成实验小组，根据实验目的和实验条件，制定实验方案，然后跟老师讨论实验方案的可行性，最后独立完成实验。

实验时间也不限于正常上课时间，一个实验项目可以在几天甚至更长时间内完成。

设置了弯扭组合变形主应力测定综合实验、应变电测法测定压杆的临界载荷、平面应力状态下主应力的测试实验等三个实验项目，要求学生选做一个，详见表3。

研究性实验能使学生充分发挥主观能动性，培养了学生的创新精神和初步研究的能力。

表3 研究性实验情况一览表
2.2 改进实验教学方法，注重学生综合素质的培养
2.2.1 采用实验视频教学，提高学生实验的效果
教学视频可以帮助老师把实验过程更加生动、形象地展现给学生，同时又真实的记录了实验内容，不仅方便学生直接掌握实验的核心，提高了学生实验的兴趣，更能开阔学生的思维方式［3］。

如钢筋拉伸试验前，通过视频介绍万能材料实验机，同学们可直观地了解设备的工作原理及各部分的作用，学会操作的基本方法和步骤，
增强了实验的信心，为做好实验奠定了良好的基础。

2.2.2 加强网络资源建设，提高学生自主学习的能力
利用学校提供的《材料力学》精品课程建设平台，将实验设备信息、实验教学资料、实验教学课件以及实验视频等各种实验资源共享。

学生在实验前可以对实验内容、方法进行预习，增强了学生自主学习的能力，使他们能够顺利完成实验。

此外，师生还可通过精品课程网站上提供的网上答疑平台进行交流，解决同学们在实验中遇到的问题。

2.2.3 开展启发式教学，培养学生解决问题的能力
材料力学实验教学的主要目标是培养学生分析问题和解决问题的能力，其次才是获得相关实验知识。

为达到这一目标，改变传统的“演示实验”教学方法，采用启发式的实验教学模式，即以拓展学生思维为核心，以动手能力培养为本位。

具体做法是把实验内容分为一般介绍和重点讲授两部分，其中将仪器设备、方法步骤等一般介绍知识作为课前预习内容，而将实验原理、实验结果讨论作为讲授的重点。

通过提出相关实验问题，启发学生思索问题，集中思维分析问题，探索方法解决问题。

以纯弯曲梁正应力实验为例:通过提问实验目的，启发学生找出应力计算公式
σ=My/Iz，并思考所需量测的物理量;引导学生找出量测的方法步骤。

这样，学生
经过思考讨论后，教师再指点本实验的原理和方法，他们很自然地掌握了该实验的操作步骤［3］。

采用启发式教学方法，核心是把传授实验知识转变为引导学生去思考问题，使学生由被动单向接受知识转为主动探索知识，达到激发学生的实验兴趣，培养其分析问题和解决问题的能力，提高实验的综合效果。

2.3 改善实验条件，提供良好的实验教学平台
2.3.1 实验设备要及时更新
材料力学实验对仪器设备要求的较高，随着现代科学技术的快速发展，对实验设备的要求也发生了很大的变化［4］。

为确保实验教学质量，我校从2007年开始，
陆续购置了先进的实验设备，特别是那些综合性的力学实验教学设备。

与此同时，对原有的设备进行改进，实现了实验数据由计算机采集，这样在实验中通过计算机的动态数据显示，学生可直接观测到实验结果的变化，激发了同学们的学习兴趣。

此外，我们结合教师科研项目，购置了一些研究型的实验设备，使其发挥教学和科研双重功能，为增强学生的初步科研能力提供实验条件。

2.3.2 实行开放实验室管理
开放实验室能最大化利用实验室资源，有利于学生工程素质培养［5］。

为促进开放性实验室管理，培养高素质应用型人才，学校设立了多种开放项目，鼓励学生参与科研实验活动，主要包括“大学生创新性实验项目”、“研究性实验项目”、“毕业设计实验项目”等［6］。

学生可以根据自己的时间安排，结合自己的项目到实验室进行实验，在实验操作上变得更加灵活，优秀的实验项目还可以向学校申请立项，获得经费支持。

学生也可以参与教师的科研项目实验，培养学生科学研究的初步能力。

2.4 改革考核方式，激发学生实验的主动性和创造性
传统实验考核方式主要依据学生参加实验和实验报告完成的情况来评定，很少考虑实验原理及实验过程等环节，造成实验操作能力得不到应有的锻炼，难以调动学生实验的主动性和创新性［7］。

为了改变这种重结果、轻过程的考核方式，从实验准备、实验过程、实验成果和实验报告四个方面评定实验成绩，培养了学生的应用能力和创新能力。

2.4.1 实验准备
实验课一般为2学时，教师不可能对实验进行详细的讲解，就要求学生在实验前
必须预习实验设备、实验原理、实验步骤等内容，此环节既培养了学生的自学能力，又为完成实验奠定了基础。

该环节占实验总成绩的20%。

2.4.2 实验过程
学生按照自己设计的实验方案完成实验测试和数据记录，并对实验所测得结果进行初步分析［8］。

实验过程中，教师主要做好启发和指导工作，重点引导学生对实验中出现的问题认真分析、独立解决。

此环节是整个实验的重点，既锻炼了学生的动手能力，又提高了解决问题的能力，该环节占总成绩的40%。

2.4.3 实验成果
由于受到实验课时的限制，师生之间课上对实验成果交流的时间较少，通过实验后讨论环节来完成对实验成果的评定。

即实验结束后，每位同学都得出了相应实验测试数据，要求学生必须对数据进行分析和讨论，教师根据学生的数据和分析情况评定成绩，该环节占总成绩的20%。

2.4.4 实验报告
实验报告反映了学生的实验信息，是实验结果的具体体现，它既是实验环节的客观记录，又锻炼了学生的文字表达能力。

我们要求每人提交一份实验报告，此环节占总成绩的20%。

3 结束语
综上所述，经过两年多的材料力学精品课建设，尤其是对实验教学的改革和探索，强化了学生独立思考、科学思维和分析问题能力的培养，激发了学生实验的积极性，增强了学生的学习兴趣，培养了学生的工程素质，提高了他们解决问题的能力，基本实现了课程的建设目标。

在今后的材料力学实验教学中，要在总结经验的基础上，加大改革与实践的力度，深入研究理论与实际的有机结合，提高实验课综合效果，只有这样才能实现材料力学实验教学改革的最终目标。

参考文献:
［1］孙家国，谷艳玲.土木工程专业“三性实验”教学体系的研究［J］.凯里学院
学报，2012，30(3):154－157
［2］刘长文.材料力学教学方法探讨［J］.长沙铁道学院学报(社会科学版)，2004，
(4):147 －149
［3］袁振霞，常利武，许君风.提高材料力学实验课教学效果的探索与实践［J］.中国电力教育，2011，(8):121－122
［4］谢灵，阮彩群.材料力学实验教学改革探讨［J］.实验科学与技术，2009，(4):96 －100
［5］孙文彬.开放性实验若干问题的思考［J］.高等建筑教育，2008，17(6):116 －119
［6］赵勇.新建本科院校开放实验体系的构建与实践［J］.宜春学院学报，2012，34(8):102 －104
［7］常利武.少学时材料力学中的实验教学方法初探［J］.中国电力教育，2004，(4):147－149
［8］郭传杰.坚持教学与科研结合，培育创新型人才［J］.中国高等教育，2010，(6):32－35。