以创新能力培养为导向的材料力学实验分层次设计

摘要：实验教学是强化理论知识，增强创新能力的一种重要的教学手段。基于目前高校材料力学实验教学的现状，在系统总结材料力学实验教学中存在问题的基础上，对材料力学实验进行了分层次的设计，既满足了课堂基本教学实验的要求，又提供了锻炼学生的动手能力和创新能力的机会。

关键词：材料力学实验；分层次；创新能力

一、 引言

材料力学是机械类专业重要的基础必修课程之一，也是机械原、机械理设计、结构力学、机械振动、机械制造等课程的基础，其特点是理论性强，又与工程实践联系紧密。材料力学实验作为材料力学课程中的重要环节，是锻炼学生动手能力、培养学生创造性的重要手段。因此，实验教学应不断创新，才能满足培养具有创新能力人才的需求。在实验教学中，学生通过实际动手操作和对实验数据进行整理分析，对材料力学理论课程中的基础理论和结论进行重现和验证，又可以培养学生独立思考、独立解决问题的能力和科学严谨的作风。

二、 材料力学实验课的现状

目前我校的材料力学及实验主要安排在第三学期，由于课程设置较多，材料力学及实验课程的课时被压缩为64学时，实验教学的课时仅有6学时。实验课程的设置为基本力学性能实验（拉伸、压缩和扭转）；材料弹性模量测定、梁纯弯曲下的正应力测定和弯扭组合变形下的正应力测定。材料力学的理论性较强，公式推导与受力分析较多，因此在实验中掌握实际动手操作的基本技能，把得到的实验结果上升到理论水平加以分析，才能更深入地理解工程实际应用。而目前的实验课程主要是教师进行讲解和演示实验内容，学生对实验过程进行重复并提交实验报告。在这种模式下，学生知识被动地照抄和接受；在成绩评定方面，材料力学实验的成绩仅为总成绩的10%，理论课的考试成绩占主要百分比，使得很多学生对实验持敷衍态度。因此，必须对实验模式进行探索和改革，设计有效的分层次实验方法，切实提高实验课的教学效果。

三、 材料力学实验的分层次设计

教学实验室根据特定的教学目标并配合教学内容而设置的，教学实验通常分为几类：基础性实验、演示性实验、验证性实验、综合性实验。这几类实验分别注重于培养学生的不同层次的能力。

基础性实验和验证性实验主要是针对课程中的基础知识，例如碳钢和铸铁的拉伸和压缩性能实验，低碳钢的硬度测量实验，低碳鋼试件的冲击韧性实验等，这些基础性实验对应着材料力学的基础理论知识，是对理论知识推导的验证，难度相对较低，只需要教师进行演示后，学生重复实验即可达到教学目的。

综合性实验的实验内容涉及本课程的综合知识，目的是培养学生的综合素质。综合性实验通过理论知识、能力、素质的综合训练与培养，达到掌握综合知识、培养学生创新能力，以及全方面思考问题的思维方式和运用综合的手段解决问题的能力。例如电测实验就是典型的综合性力学实验，这个实验需要材料力学简支梁纯弯曲和弯扭组合变形实验台，在这些实验台上可测定平面状态下的应力分布特性。常规的材料力学实验开设材料弹性模量测定和纯弯曲梁的正应力测定实验，实验台的利用率相对较低，学生的思维限制在这两个较为基础的实验上。分层次的实验教学模式可以让学生自选实验内容，首先让学生熟悉实验原理，在教师的指导下，根据搭建的不同类型梁，根据梁的应力状态布置应变片的位置，测试并记录数据，比较分析实验结果，对理论课程内容进行验证并加深理解。同时，在原有的电测实验基础上，可以增加悬臂梁和薄壁圆筒的扭转实验等，在这个层次的实验课程中，学生作为实验的组织者，可以自己设计实验方案和操作步骤，确定解决方案。

四、 问题与思考

虽然分层次的综合性实验对锻炼学生的创新能力有显著效果，但是也有其自身的局限性。一方面由于综合性实验耗时较长，需要很长的准备阶段和执行过程，材料力学实验课时有限，需要占用较多的课余时间。另一方面，实验条件有限，如果选择进行综合性实验的学生人数较多，实验室的空间和实验台资源有限，也会造成管理方面的压力。开设综合性实验的目的是引导学生主动思考，培养创新意识。因此，可以将小型实验进行改装，用综合的思维进行思考，也可以将综合性实验与各类创新创意比赛进行结合，缓和实验条件和课时限制的矛盾。

五、 总结

本文结合大多数高校材料力学实验的教学现状，总结分析了存在的问题，并提出了以培养学生创新能力为导向的分层次设计方法。材料力学实验需要任课教师和实验课教师共同配合，并且需要学校对实验教学的资金投入，改善实验条件。在各方面共同努力下，达到培养学生工程问题综合分析解决的能力和创新研究能力的目的。

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作者简介：刘婷婷，浙江省杭州市杭州电子科技大学。endprint