递进探究式材料力学实验教学模式的设计

李 梅

（湖北文理学院机械与汽车工程学院，湖北 襄阳 441053）

0 引 言

加强实践教学,提高创新能力,是高校人才培养模式改革的重点和难点。材料力学实验教学是涉及面较大的理工科专业的重要基础实践教学环节,本人经过多年的教学实践总结出一种递进探究式实验教学模式，对加强和改进材料力学实验教学取得了很好的效果。

1 递进型的“三层次”实验教学方法介绍

在实验内容方面，我们采取了递进型的“三层次”实验教学项目。第一层次：基本技能训练（如拉伸试验中的σs，σb，δ的测定，用电测法测材料的弹性模量E、剪切弹性模量G、弯曲正应力）此部分是基础，要严格进行规范化训练，最终要进行实际考核。第二层次：要求学生掌握实验原理，实验技能和实验方法，了解实验设计的思想方法，使实验教学和理论教学更好地结合，为以后的研究工作打好基础。实验教学可以稍微超前于理论教学的相关内容，它能起到预习理论课的作用，能培养学生的自学能力，另外这种超前于理论课的做法还可以使实验教师产生紧迫感，这对提高实验教师和实验技术人员的理论知识和教学素养都是有益的。第三层次：开设综合型、设计型的实验，此部分是对学生进行独立思考，培养创造能力的过程，鼓励学生独立设计实验方案，如动态应变的测定、材料屈服强度σ0.2的测定等。查阅资料、创新并独立完成实验，对实验中出现的问题进行分析，提出解决方法。成绩的最终评定可以由平日成绩和实际操作进行综合评价。通过以上的实验教学内容的改革，材料力学实验过程由“被动验证”向“主动研究”转变。学生在试验中的角色和地位自然而然地从“被动”变为“主动”，这有利于提高学生的创新意识和创新能力[1]。

2 “探究型”实验教学模式的三个阶段

在材料力学实验教学的步骤方面，我们也形成了“探究型”实验教学模式。操作过程大体分为以下三个阶段。

2.1 第一阶段：称为“教师拉着学生走”

在此阶段中，教师要做到4点：1）教师根据教材和课标及学生兴趣的要求，选择合适的实验。2）教师讲解、分析实验设计的思路和方法。3）教师根据设计思路和方法进行演示实验。4）教师选择并布置学生要模仿的实验主题。学生要做到2点：（1）理解和揣摩教师的实验设计的思路和方法。（2）根据教师的要求，学生模仿设计并进行实验。本阶段的特点是：教师强化示范为主，学生领悟模仿为辅。

案例1．测材料的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和面积收缩率ψ的实验。首先老师讲解该实验的目的，分析实验设计思路和实验设备的操作方法，然后进行操作演示。最后可以提出问题：比如不同的材料它们的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和面积收缩率ψ有什么不同？让学生自己选择不同的材料进行实验，然后得出结论进行对比，从而明白选材的重要性。

2.2 第二阶段：称为“教师引着学生走”

在此阶段中，教师要做到3点：1）教师根据教材和课标及学生兴趣的要求，选择合适的实验主题。2）教师提供理论帮助，适时指导学生的实验设计思路和方法。3）教师对学生的实验进行评价。学生要做到3点：（1）学生小组讨论和协商实验设计的思路和方法。（2）学生根据教师的建议，初步进行实验。（3）学生根据教师的实验评价进行反思和评价。本阶段的特点是：学生设计和实验为主，教师引导和帮助为辅。

案例2．用电测法测量构件的应力和应变。教师首先讲解应变片和电阻应变仪的使用方法，然后准备多种试件（不同材料和结构）让学生自己分析按何种方向贴应变片，如何贴，都让学生小组讨论，然后定出方案。中间出现的现象也让学生自己分析、讨论，然后写实验分析报告。

2.3 第三阶段：称为“学生摸着石头走”

在此阶段中，教师要做到两点：1）教师根据教材和课标及学生兴趣的要求设置不同的实验主题。2）教师对学生的实验进行评价。学生要做到5点：（1）学生选择自己小组感兴趣的实验主题。（2）学生小组讨论和协商实验设计的思路和方法。（3）学生独立完成实验的设计和操作。（4）学生根据教师的实验评价进行反思和评价。（5）学生对教材中的实验探究活动素材进行改进和创新。本阶段的特点是：学生独立设计和实验为主，教师鼓励和评价为辅。

案例3．关于材料的力学性能的测试这部分内容里提到材料屈服强度σ0.2的大小测定问题。工程实际中有些材料，如锰钢、镍钢、青铜等，没有明显的屈服阶段，这时就要测定屈服强度σ0.2来代替σs。可以让学生独立设计实验步骤和操作方法，鼓励学生进行创新[2]。

3 总 结

本课题研究的效果：在课题研究中，本人发现当用这种教学模式上课时，师生的状况都发生了很大的改变，具体表现在3个方面：1）和传统教学相比，学生对材料力学的学习表现出了极大的兴趣。在课堂上，他们的思维活跃，讨论热烈。有些学生提出的假设及验证方案出乎本人的意料之外，但又非常合理。笔者感到，实施这种教学模式，确实对培养学生的创新思维能力及培养学生分析问题、探讨问题、解决问题的严谨求实的科学态度都起了很大的作用，提高了学生的综合素质。更为重要的是，学生在探究过程中，也获得了成就感，更加激发了学生们学习材料力学的热情[2]。2）大大改善了师生关系。在前几年的材料力学教学中，教师是主角，是权威，学生被迫跟着老师学，学生怕老师，师生关系时常僵持。而现在，教师把机会留给了学生，学生是主角，学生自主学习并从学习中感受到老师的鼓励和分享成功的快乐。学生喜欢老师，老师喜欢学生。师生关系非常和谐，融洽。3）学生的学习能力不断提高，学习成绩不断提高。自开展课题研究以来，通过创新学生的学习方式，充分体现了学生的主体地位，让学生积极参与教学活动，学生的学习积极性大大提高，学习兴趣越来趣浓，经过几年的教学实验，收效很好。

[1] 蒋永平.工程专业课实验教学新模式的探索与实验[J].实验室研究与探索，2001(1)：9-11．

[2] 仇润鹤，方建安，唐明浩，等.建立综合实验平台培养学生创新能力[J].实验室研究与探索,2006(2)：141-144.