劉雯雯， 杜云海， 王 志， 劉冰雁

(鄭州大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院，河南鄭州450001)

0 引言

目前是一個(gè)國(guó)際化的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，社會(huì)對(duì)人才的需求也逐漸轉(zhuǎn)化為對(duì)高素質(zhì)、綜合性人才的需求。因此，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)成為高等教育的主要任務(wù)。與理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)教學(xué)或許更有利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)室可以讓學(xué)生從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題并將所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中去。高校要培養(yǎng)具有實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合能力的應(yīng)用型人才，以適應(yīng)21世紀(jì)社會(huì)對(duì)人才的需求［1］。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重理論輕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)多是以教師按照多年固定的模式向?qū)W生傳授實(shí)驗(yàn)知識(shí)和方法，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)形成一種被動(dòng)的接受，完全依賴于教師的講解完成實(shí)驗(yàn)全過(guò)程。從而扼殺了學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，使學(xué)生不能自主學(xué)習(xí)，其創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力都不能得到充分的發(fā)揮，實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的目的。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容均以理論驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)［2-4］。主要有金屬材料的拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)以及梁的彎曲正應(yīng)力和彎扭主應(yīng)力的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。內(nèi)容單一，形式固定，工程實(shí)驗(yàn)背景不強(qiáng)，使學(xué)生無(wú)法與工程實(shí)際相聯(lián)系，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情［5］。

隨著高校的擴(kuò)招，大學(xué)生在校人數(shù)不斷增多，以往的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及設(shè)備數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有學(xué)生人數(shù)的使用要求。從而形成了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中個(gè)別人操作，多數(shù)學(xué)生觀摩和記錄的現(xiàn)象。這就導(dǎo)致了許多學(xué)生抄襲以及對(duì)實(shí)驗(yàn)敷衍的心理。另外，實(shí)驗(yàn)室儀器及實(shí)驗(yàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)老化，也已經(jīng)不能滿足新時(shí)代、新規(guī)范的使用要求。這一切都直接影響了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

理論來(lái)源于實(shí)踐，由于教師很少有機(jī)會(huì)到工地參加實(shí)踐，難以對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題有全面的認(rèn)識(shí)和了解，這樣就無(wú)法更好地結(jié)合工程實(shí)際使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更豐富起來(lái)，從而不能激發(fā)起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)的考核，成績(jī)主要源于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容批改。由于設(shè)備數(shù)量的限制，形成了多人一組，這樣就出現(xiàn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告相互抄襲，直接導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不重視的態(tài)度。

很多學(xué)生實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，就認(rèn)為是任務(wù)完成了，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理不夠重視，經(jīng)常抄襲其他同學(xué)的結(jié)果，也不對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。其實(shí)，力學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理和分析是很重要的一部分內(nèi)容，這要求學(xué)生把繁瑣的數(shù)據(jù)處理完，并和實(shí)際目標(biāo)相比較，分析誤差出在哪里，學(xué)會(huì)用逐差法、最小二乘法等數(shù)據(jù)處理方法來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)中的不確定度，找到實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想的因素，以便改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

首先改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式。改變以往只注重知識(shí)的傳授，以灌輸為主的方式。新的教學(xué)方法，在教學(xué)過(guò)程中重視啟發(fā)教學(xué)，只交代問(wèn)題的背景、起因和解題思路，讓學(xué)生自己開(kāi)動(dòng)腦筋，親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)并在實(shí)驗(yàn)中發(fā)展。正確引導(dǎo)學(xué)生探求問(wèn)題，確定學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主體地位［6-10］。

材料力學(xué)與工程實(shí)際緊密聯(lián)系在一起，所以我們可以借用多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生更生動(dòng)、更全面直觀的了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的了解和應(yīng)用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。使學(xué)生真正認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)用性和重要性［11-13］。

材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革，除保留原有的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為4個(gè)層面:

(1)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。即金屬材料的拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切和沖擊實(shí)驗(yàn)。此類實(shí)驗(yàn)讓主要學(xué)生了解、認(rèn)識(shí)儀器設(shè)備的各種性能，能獨(dú)立操作完成實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鞏固深化理論知識(shí)。另外在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們還可以結(jié)合工程實(shí)際，拓展豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程材料的檢測(cè)試驗(yàn)(諸如金屬、非金屬材料力學(xué)性能的檢測(cè))引入實(shí)驗(yàn)室。讓學(xué)生親自動(dòng)手參加不同材料力學(xué)性能的檢測(cè)，從中體會(huì)實(shí)驗(yàn)的必要性和重要性，調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

(2)綜合性實(shí)驗(yàn)。即梁的純彎曲實(shí)驗(yàn)以及彎扭組合梁的主應(yīng)力測(cè)試。這是一種理論驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。此類實(shí)驗(yàn)可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，并了解、掌握電測(cè)法實(shí)驗(yàn)的工作原理及各種組橋的方式和使用方法?？山柚诙嗝襟w試驗(yàn)教學(xué)，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合工程實(shí)際，讓學(xué)生更生動(dòng)具體了解現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的測(cè)試方法和手段，加深學(xué)生對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的正確認(rèn)識(shí)。

(3)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。以現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際情況為背景，模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生展開(kāi)探索、開(kāi)動(dòng)腦筋。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣和能力設(shè)計(jì)不同深度的實(shí)驗(yàn)，并親自動(dòng)手完成各種實(shí)驗(yàn)。例如可以根據(jù)實(shí)際的桁架橋，縮小比例，作出相應(yīng)的桁架模型。學(xué)生可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，模擬、設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)各種工況。先進(jìn)行理論計(jì)算，再進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試并采集數(shù)據(jù)，把理論數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)并分析數(shù)據(jù)出現(xiàn)異同的原因，結(jié)合所學(xué)知識(shí)開(kāi)動(dòng)腦筋解決問(wèn)題。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以鍛煉發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。學(xué)習(xí)位移傳感器、壓力傳感器、百分表及位移計(jì)的使用，掌握電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)和測(cè)試原理以及更多了解電橋電路在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

(4)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)?；谌珖?guó)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，由指導(dǎo)教師帶領(lǐng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)小組學(xué)生深入實(shí)驗(yàn)室，對(duì)感興趣的材料，比如蘆葦纖維、微注塑制品、設(shè)備零部件表面超硬涂層等的力學(xué)性能作出研究和初探。從實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)材料的購(gòu)買和加工，從實(shí)驗(yàn)夾頭的CAD圖紙繪制到實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的加載、記錄、分析、數(shù)據(jù)處理等等，都由學(xué)生們逐項(xiàng)親自完成。這樣一方面增加了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生們的創(chuàng)新能力，另一方面還培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的能力。歷時(shí)一年到兩年之后，很多同學(xué)都發(fā)現(xiàn)自己學(xué)到了很多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并在期刊上發(fā)表文章，也鍛煉了同學(xué)們的科研水平，為今后的進(jìn)一步讀書(shū)深造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

增加、更新設(shè)備，做到實(shí)驗(yàn)儀器自動(dòng)化和現(xiàn)代化。增加實(shí)驗(yàn)組數(shù)，減少每組人數(shù)，盡量給學(xué)生創(chuàng)造親自動(dòng)手獨(dú)立操作的機(jī)會(huì)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生充分的時(shí)間和空間［14-15］。

鼓勵(lì)高水平的教師下實(shí)驗(yàn)室，并參與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。形成教學(xué)和實(shí)驗(yàn)互相促進(jìn)的形式，使教學(xué)、科研、實(shí)驗(yàn)及工程實(shí)踐相互結(jié)合相互促進(jìn)，提高教師的水平，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

改革實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容和考核制度。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是衡量學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容掌握情況的依據(jù)，它反應(yīng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。報(bào)告內(nèi)容應(yīng)該是更側(cè)重于對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析。評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)以兩部分為主:一是根據(jù)每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獨(dú)立完成的情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析情況評(píng)定成績(jī)。二是對(duì)積極參加創(chuàng)新和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的同學(xué)進(jìn)行加分。采用理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核成績(jī)相結(jié)合，其中實(shí)驗(yàn)成績(jī)占材料力學(xué)總成績(jī)的10%。從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度。

3 結(jié)語(yǔ)

材料力學(xué)是土木工程、機(jī)械工程專業(yè)的基礎(chǔ)，它起著承上啟下的作用，為結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。材料力學(xué)與工程實(shí)際緊密的聯(lián)系在一起，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工科院校教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，它不僅僅是對(duì)理論教學(xué)知識(shí)的鞏固和補(bǔ)充，也為拓寬學(xué)生知識(shí)面和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)搭建了一個(gè)服務(wù)平臺(tái)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革使我們認(rèn)識(shí)到:只有搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，才能為人才培養(yǎng)目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，才能培養(yǎng)出具有高素質(zhì)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合能力的應(yīng)用型人才。

［1］ 彭宜紅，曹 杰，朱永紅，等.抓住實(shí)驗(yàn)教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的綜合培養(yǎng)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2003，20(2):108-111.

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［4］ 杜云海.材料力學(xué)(I)［M］.鄭州:鄭州大學(xué)出版社，2012.

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［15］ 吳新如，王習(xí)術(shù).激發(fā)大學(xué)生材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手與分析的能動(dòng)性［J］.力學(xué)與實(shí)踐，2006，28(6):81-83.