地方应用型高校工程力学实验教学改革探索

顾国庆 佘斌

摘要：针对工程力学实验教学在培养应用型人才动手能力和创新能力方面的重要性，以工程力学实验教学实践为出发点，对工程力学实验教学中的教学方法、内容设置和考核形式进行了探索，寻找提高学生实验技能，改善工程力学实验教学质量的有效途径。

关键词：工程力学;实验教学;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）05-0217-02

一、引言

工程力学是目前地方应用型高校材料、金属、交通、能源、环境等工科专业普遍开设的一门专业基础课，是工程应用性较强的一门课程。一般而言，工程力学主要由静力学和材料力学大部分内容构成[1，2]。工程力学实验，即材料力学实验，是工程力学教学的重要组成部分。学生通过在力学实验过程中积极动脑动手操作，不仅可以加深理解工程力学课程中学到的基本理论和方法，还可以提高学生的动手能力，进一步培养学生分析问题，解决问题的能力和团队协作精神。

二、工程力学实验教学现状

（一）实验教学思想认识不足

首先从教师角度而言，部分教师往往将力学实验教学定位成力学理论知识教学的附属品，认为实验安排可有可无。即使安排实验，也存在对实验教学不重视，投入精力不足等问题;其次从学生角度而言，学生认为实验都是由教师事先准备好的验证性实验，且实验课的主要目的是验证、巩固和加深理论教学的内容，从而忽视了实验教学在培养动手能力和创新能力等方面的重要性。

（二）实验教学模式单一

目前，工程力学实验教学过分注重实验流程和实验步骤的讲解，而在培养学生动手操作能力方面却显得力不从心。另外，实验教学基本上采用灌输式教学方法，却极少采用启发式或研讨式的教学方法。整个实验过程中，学生通常处于一种被动接受的状态，完全按照教师设定的方式进行实验操作，致使学生只会动手不会动脑，参与实验的主动性和积极性差。

（三）实验教学内容更新不够

传统的工程力学实验教学内容都偏重于比较经典的验证性实验，缺乏具有工程应用背景和实用性强的实验内容。这显然不利于激起学生学习的兴趣和热情，致使实验教学形式化、程序化，也不利于学生将所学力学知识用于解决具体工程实际问题。

三、实验教学改革

（一）转变实验教学观念

要改变重理论而轻实验的观念。工程力学作为一门应用型专业基础课程，教师首先要转变理论教学高于实验教学的思想，扭转实验教学附属论的观念;其次，教师在强调工程力学理论知识教学的同时应当使学生明确工程力学实验教学在整个课程设置中的地位和作用。实践是理论的源泉，是检验真理的唯一标准。理论是实践的总结和升华，从理论到实践，从实践到理论，是掌握、探索和创新知识的基本规律和途径[3]。因此，工程力学理论教学和实验教学的关系并不是主从附属关系，而是相互独立、相互依存、相互促进的同一教学体系的两个方面。

（二）改革实验教学方法

传统的灌输式教学方式不利于学生主体性地位的体现，也不利于学习主动性的充分发挥。必须转变传统教育观念，建立以学生为中心的实验教学方法，激发学生实验操作的兴趣和激情，从而改变学生被动参与实验的状况。例如在“电测法测薄壁圆筒弯扭组合变形时主应力”实验中，实验指导教师可以根据实验课时的安排，有选择性地将某些内容通过翻转课堂的形式完全交由学生自己完成。教师可以让学生讲解实验目的、实验原理、实验步骤和实验设备等，对于其未提到的内容可作进一步补充和说明。学生尝试着按照自己对实验的理解进行讲解，不仅充分发挥了学生的主观能动性，还调动了学生参与实验的积极性。采用翻转课堂的教学方式，教师可以引导学生认真对待实验中的问题，运用已学知识分析、判断故障类型并进行诊断。通过在实验教学中采用翻转课堂的教学方式，培养了学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，也培养了学生的动手操作能力。[3]

另外，教师还可采用启发式教学方式，积极引导学生对某些实验现象进行解释和分析。这既让学生初步尝到了科学实验研究和探索的乐趣，又增强了学生对实验课的兴趣。例如在“低碳钢轴向拉伸”实验中，低碳钢试件在经历屈服阶段时会在试件表面出现45°滑移线的实验现象。实验教师可以采用启发式教学方式引导学生对这一实验现象进行解释，而不是简单地告知学生产生滑移线的原因。学生在利用斜截面上应力分布的有关知识进行实验现象解释的同时进一步贯彻了“学以致用，理论联系实际”的教学思维。实验过程中，教师强调实践作用，让学生自己动手进行实验，培养其动手操作能力，强调需要观察的实验现象和需要记录的原始数据，这样做学生充分发挥学习的主动性，兴趣浓厚，实验效果极佳。

（三）更新实验教学内容

实验是科学理论的源泉，也是工程技术的基础[4]。当前在我校向地方应用型高校转型的过程中，现行采用的经典实验内容显然已不能满足应用型综合素质人才的培养目标。只有通过课程改革，增设具有工程应用背景和实用性强的实验内容，才能使学生充分掌握主要的教学内容，激发学生的学习兴趣。因此，为了既能发挥学生的主观能动性，又能使学生将主要的实验教学内容掌握好，满足工程实践的要求，我们根据工程力学实验内容的特点，对实验内容作了适当的更新和分类。实验内容主要划分为三个层次，对不同的实验内容采用不同的实验方式进行教学。第一层次实验：拉伸、压缩、扭转和弯曲等验证性实验。如金属材料的拉压实验中，学生从比较直观的拉压曲线说明来了解和掌握实验的主要内容，结合实验具体过程，逐步掌握实验。第二层次实验：弹性模量测量、泊松比测量等设计性实验。要求学生根据实验目的独立设计实验方案，自选装置，自选测点，自选应变片，设计电桥，测取实验数据，完成实验。目前工程力学实验内容都是采用电阻应变片测量，但考虑到某些情况下试件表面是无法精确布置应变片的。因此为了更好地开阔学生的视野，激发学生的兴趣，我们增设了第三层次实验，即光测力学实验。光测力學测量方法是另一种重要的力学实验测量方法，主要包括光弹法、全息干涉法、激光散斑干涉法和数字图像相关法等[5]。教师结合科研课题对学生增设基于激光散斑干涉法的小孔应力集中分布测量实验和基于数字图像相关法的三点弯曲梁正应变和弹性模量测量实验，并与电测法测量结果进行比较，使学生充分体会到光测方法全场测量的优势。

（四）改革实验考核方式

以往，工程力学实验成绩主要是以实验报告为主，实验现场动手操作为辅相结合的考核方式给予评定的，这造成了学生当中普遍存在着“重报告，轻过程”的不良作风，使得实验报告抄袭现象日益加重。对学生的实验考核，不仅需要关注实验成绩，更要重视发掘学生的潜能。因此，有必要对工程力学实验考核方式进行改革。学生实验成绩由出勤、实验过程、动手操作和实验报告等内容构成，将其分为平时成绩和考核成绩。我们对三个层次实验的难度和综合性设置加权系数，进行平时成绩的考核，占实验总成绩的60%;考核成绩根据实验的出勤、实验报告、翻转课堂表现等内容进行加权求和得到，占实验总成绩的40%。最终，工程力学实验成绩按一定比例计入工程力学期末总成绩。对不做实验的学生，取消其期末考试资格。实验成绩不合格的学生，必须重新做实验。

四、结语

工程力学实验教学改革的目的是为了监控实验教学过程，改善实验教学质量，提高学生的实验能力，培养学生的创新意识。通过改变实验教学观念、改革实验教学方式，更新实验教学内容以及改革实验考核方式等各个环节，发挥教师的引导作用，激发学生的实验兴趣，体现学生的主体地位，培养学生的科学思维和科学态度，锻炼学生的工程实践能力，培养全面发展的应用型高素质人才。

参考文献：

[1]范钦珊.工程力学[M].第2版.北京：清华大学出版社，2012.

[2]佘斌.工程力学[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]王建祥，苏枋，葛倚汀.工程力学实验教学的改革与探索[J].实验技术与管理，2010，27（1）：130-133.

[4]彭雅轩，王建国.以工程力学课程为平台培养应用型人才的科学思维能力[J].教育教学论坛，2015，（3）：133-134.

[5]王开福，高明慧，周克印.现代光测力学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009.