材料力学实验教学改革研究

蔡瑜玮

(江苏师范大学　机电工程学院，江苏　徐州　221116)



材料力学实验教学改革研究

蔡瑜玮

(江苏师范大学机电工程学院，江苏徐州221116)

摘要该文结合材料力学实验教学方法和教学手段现代化的发展趋势，根据多年的材料力学实验教学经验，分析总结了现有材料力学实验教学中存在的一些问题，给出了改革力学实验教学方法和教学手段的一些举措。自主研制和开发了一批综合性、设计性和个性化的创新实验，用以提升学生对材料力学实验的兴趣，增强学生的实践操作能力、创新能力和综合素质，最终达到全面提升材料力学实验教学效果的目的。

关键词材料力学;实验教学;教学改革； 改革举措

对于高等教育，实验教学在培养学生的综合创新能力方面，有着理论教学无法替代的独特作用。实验教学可以开拓学生的思路，激发学生的探索精神，培养学生的分析问题与解决问题能力。因此在新的形势下，探索和改革力学实验教学方法以及教学手段，对于提高实验教学效果与人才综合素质至关重要[1]。

随着高校教育改革的深入开展，实验教学的重要性愈发显著[2]。为使材料力学实验教学内容和手段跟上现代科技发展的步伐，近几年来江苏师范大学在材料力学实验教学中进行实验教学内容、实验方法及实验手段的探索和改革，以培养和提高学生的实验能力、动手能力、创新能力与综合分析能力为目标，由基础实验、综合性实验、设计性实验和个性化创新实验组成的实验教学新体系，力求全面提升材料力学实验教学效果[3]。

1改革实验教学方法，提高学生创新思维能力

1.1改革验证性实验

材料力学实验大多是验证性实验，不能充分调动学生学习的积极性和主动性。根据这种情况，我们将单一的验证改为用不同种方法来验证，提高学生的实验兴趣并进一步掌握基本知识。例如，在做纯弯曲梁的正应力实验时，一般是在单梁上测纯弯曲横截面的正应力来验证纯弯曲梁横截面上点的正应力分布规律。我们采用自由叠合梁的纯弯曲实验。首先让学生推导叠合梁的应力计算公式；然后粘贴应变片，设计不同的贴片方案来测试叠合梁的应力分布，再与理论值比较。这样不仅可以加深学生对理论教学中所学公式的来源及基本假设的理解，而且培养了学生动手、动脑的能力。

1.2设置综合性、设计性实验

综合性、设计性实验是学生根据自己掌握的课程理论知识和实践过程的实验技能，在实验室现有的设备条件下，自己设计规划实验方案、步骤、记录表格，独立完成自己的设计。在纯弯曲正应力测定实验中，我们选择将“纯弯曲梁”改造为“不同材料的叠合梁”。 将陈旧的单一的验证理论公式的实验，改造成综合性、设计性实验。

学生利用纯弯曲梁的实验装置，设计出不同种材料的叠合梁与纯弯曲梁相比较，自己改变加载方式、位置以及应变片方位。同时叠合梁还设计成自由叠合梁及采用螺栓连接的约束叠合梁两种。通过实验，学生不仅牢记了矩形截面弯曲梁上正应力及剪应力的分布规律，还学会了应力状态理论和广义胡克定律叠合梁之间的设计方案。既熟练掌握了应力电测法的基本原理及操作技巧，又牢记了广义胡克定律在工程构件上的实践应用，提高了学生对材料力学课程的学习兴趣。

1.3采用案例实验教学方法

由于材料力学实验具有综合性和实践性的特点，通过实验可以让学生掌握一门进行材料力学性能测试的重要实验技术。因此，实验教师在讲授某些实验的基本原理及操作时，应注意引入一些生活和工程实例。例如，我们平时做的低碳钢的拉伸验证性实验，可以利用工程上的钢丝绳来做拉伸。不管是低碳钢还是钢丝绳这些材料的力学性能指标通常是靠材料力学实验得到。这样将实验内容和工程生产实际有机结合，提高了实验课的效果，使学生认识到所有的数据都是从实验室里出来的。实践证明，在实验教学中，采用案例实验教学方法可加深学生对实验知识的理解和掌握，锻炼了学生对实际问题的解决能力，也有利于提高学生实验兴趣[3]。

1.4设置操作性实验，提高学生的动手能力

大多数材料力学实验应变片都是预先粘贴好的，为了更好地培养学生的动手能力。我们首先让学生提前从网上看实验教学课件和视频课件(在我院的机械基础省级实验示范中心网站上有每一个材料力学实验的录像)[2]；然后让学生利用业余时间自己动手将试件表面打磨、清洗，粘贴应变片，焊接应变片引线，设计电桥桥路等。这样上课时就很容易动手操作，而且对所做的实验掌握得很扎实。这种教学方式更能激发学生对实验的热情和兴趣，更能加深对理论知识的理解。

2改革实验教学手段及考核机制，提高学生综合运用力学知识的能力

2.1广泛应用现代教学手段、网络技术，实现实验教学信息化管理

利用校内网，教师把自制的实验教学课件和视频课件放到学院网站，让学生可以提前预习更多的实验资料，包括实验设备介绍、实验试件、实验步骤及演示过程等。做到实验前有预习、实验操作有指导、实验步骤有演示、演示成果有讨论，作为供学生提前学习的辅助手段，还能成为教师和学生交流的学习论坛，帮助学生在实验预习环节得到更多的知识。另外实验时间的安排及调整也可以通过网络联系，方便学生利用网络合理安排实验时间，同时也提高了实验教师和学生的工作效率。

2.2以学生为主体，实验教师为主导

传统的实验教学方式，实验教师花大量时间讲授，学生只需按部就班地做，这种方式在一定程度上抑制了学生的创造性，同时不能较好地锻炼学生的动手能力，不利于学生思考。现在的实验教学要求学生在实验前必须熟悉整个实验各个环节，鼓励学生自行选择或构建出不同的实验方案进行实验。实验过程中，指导教师引导学生观察、思考及总结，对原始数据结果进行互动式的分析讨论，激发学生兴趣和求知欲。这样使学生在实验中发挥主观能动性，由“被动做实验”变为“主动做实验”，有助于培养学生的自学能力。

2.3加大实验成绩在课程总成绩中的比重

2.4改革实验教材，增加实验材料

根据实验教学改革目标，结合实验室新购进的实验机及仪器设备，介绍最新实验技术、仪器设备和国家相关实验标准，重新编写新的实验教材及实验报告，教材应便于学生根据必修及自选性实验的要求进行自学。

原有实验材料太单一，与工程应用中的各种现代材料联系不密切，不能激发学生的兴趣[5]。目前开出的“金属拉压实验”，只是对低碳钢、灰铸铁进行常温下静载的拉伸和压缩试验，而对生产工程实际中不断出现的新型材料如复合材料、聚合物等在高低温动载下的力学性能实验却无法涉及[2]。因此，增加了尼龙材料的拉伸实验。

2.5提高设备的利用率，实现产学研结合

为了充分发挥实验设备的作用，通过实验室的对外开放，为全院教学和科研服务，鼓励全院师生尤其是研究生利用实验室开展科研，本科生开展科研创新项目研究，这不仅可以提高实验室的仪器使用率，有利于全院教学、科研的开展及水平的提高，还可以对一些较为落后的设备进行改造，有利于培养学生动手、动脑的能力。同时还能开展以力学实践为基础的科技活动，如开展工程实习地参观，力学竞赛、观摩、讲座，力学综合训练、科研训练等开放式活动，使力学实验教学成果扩展到力学课程体系之外，有效提升力学实验对学生实践能力技术素质的辐射作用[4-9]。

2.6发挥实验在学生毕业设计中的作用

向全院研究生、本科生开放实验室。为本科生开设创新设计课程及毕业设计，研究生开展科研提供实验条件。动员学生做实验方面的毕业设计，这几年收效明显，实验选题日益增多，依托实验室，学生获得了国家级大学生创新项目，掌握了试验设备的实际操作及使用，发表了高水平科研论文，获得了省级优秀毕业设计荣誉。同时我们可以将这些好的项目转化为教学实验，作为提高性的选修实验提供给学生，从而使实验教学整体水平得到提高。

3结束语

实验教学方法的灵活使用和教学手段的先进性是一堂好的实验课的重要标志。为提高材料力学实验的教学质量，培养出高素质、强能力的新型人才，就必须对实验教学方法及教学手段等进行改革与创新。这就要把握学科发展动态，更新实验教学内容，采取灵活多样的实验教学手段，积极采取一些案例式和动手式等实验教学方法，激发学生实验兴趣，培养学生创新实践能力，训练学生从事科学研究的能力。

参 考 文 献

[1]肖耀峰，何源.浅谈高校实验技术人员队伍建设[J].实验室研究与探索2012，31(8)：417-418

[2]李顺才，蔡瑜玮.材料力学实验教学若干思考[J].实验技术与管理，2010，27(12)：158-160

[3]王新荣，张霞，李小海，等.高等理工科课程教学方法及教学手段改革研究[J].中国电力教育，2013(2):110-111.

[4]沈火明，戴振羽，高芳清.基础力学实验教学改革的研究与实践[J].实验技术与管理，2007，24(10)；344-346.

[5]李琳，材料力学实验教学改革的思考及探索[C].力学与工程应用，2012(10)：414-415.

[6]李洪升，张小鹏，刘增利．加强实验教学以培养学生的工程素质[J].力学与实践，2004，26(6)：74-75.

[7]袁驰.提高材料力学实验教学效果的探索[J].潍坊学院学报，2003，3(2):85-87.

[8]李艳辉，谢占魁，关学锋.材料力学实验教学改革的探索与实践[J].中北大学学报(社会科学版)，2004，20(3):92-93.

[9]欧阳思洁，钱灿荣.材料力学实验教学改革实践与思考[J].实验科学与技术，2012，10(4):79-81.

收稿日期:2015-04-22；修改日期: 2015-06-23

基金项目：江苏师范大学教研课题：力学实验教学方法与手段改革的研究资助项目(L2014Y08)。

作者简介：蔡瑜玮(1969-)，女，实验师，主要从事材料力学实验教学方面的研究工作。

中图分类号G642.423；O341

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.050

Innovation Study on Experimental Teaching of Materials Mechanics

CAI Yuwei

(School of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangsu Normal University，Xuzhou 221116，China)

AbstractAccording to the modernization development trend of the experiment teaching method of materials mechanics and the experimental teaching experience of materials mechanics in many years，some problems existing in experimental teaching of materials mechanics are analyzed and summarized.Moreover，some measures about innovating mechanics experimental teaching methods and teaching hands are also given in order to comprehensively enhance the interest in the mechanics experimental and innovative ability of the students.A number of comprehensive，design and personalized innovative experiment were independent researched to stimulate students’ interest in the experiment of material mechanics.At the same time，the students’ practical ability，innovation ability and comprehensive quality were cultivated.Finally，the experiment teaching effect of material mechanics has a comprehensive promotion.

Key wordsmaterials mechanics;experimental teaching;teaching reform;reform measures