陳云信

（江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院 湖北武漢 430056）

基于開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究與實(shí)踐

陳云信

（江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院 湖北武漢 430056）

針對本校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問題，研究和探索了創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新模式。通過對實(shí)施開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式與內(nèi)容的研究，用開放式教學(xué)思想指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)整個(gè)過程，實(shí)行多種形式、相互銜接的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，營造一個(gè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)環(huán)境，由此探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的最佳模式。為創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提供一個(gè)參考思路。

開放式；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新人才

一、前言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是人才培養(yǎng)的需要，力學(xué)量的測試與分析技術(shù)是當(dāng)代科研與工程技術(shù)人員的基本素質(zhì)之一，基礎(chǔ)力學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的能力，可以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。然而我國大多數(shù)高等院校，特別是我省普通院校的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀是：實(shí)驗(yàn)課時(shí)分配嚴(yán)重不足，并且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多數(shù)都是驗(yàn)證性的，缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)課題。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的欠缺，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)課動(dòng)手機(jī)會(huì)很少，因此學(xué)生普遍不重視實(shí)驗(yàn)課[1]。這種“保姆式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，讓學(xué)生依賴心理大，學(xué)生的力學(xué)學(xué)習(xí)的興趣不大，探索積極性不高，這種教學(xué)模式已經(jīng)完全不能激發(fā)學(xué)生的求知欲以及創(chuàng)造性，更談不上培養(yǎng)出能適應(yīng)當(dāng)今時(shí)代需要的創(chuàng)新型人才。

開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的思路來源于國際上一些知名大學(xué)的人才培養(yǎng)模式。近年來，這種模式逐漸被國內(nèi)一些重點(diǎn)院校所重視。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要方向，是基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目的的，是基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種創(chuàng)新。目前國外發(fā)達(dá)國家實(shí)驗(yàn)室開放情況比較合理、完善。發(fā)展中國家實(shí)驗(yàn)室開放情況不是很理想。因此構(gòu)建以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力為目標(biāo)的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，是高等院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中亟待解決的課題和必須盡快達(dá)到的目標(biāo)[2]。

二、開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究意義

1.實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從內(nèi)容到方法與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，對于學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立工作能力及養(yǎng)成嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)等方面具有明顯的優(yōu)越性，有利于完成教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)出適應(yīng)于社會(huì)需求的具有創(chuàng)新素質(zhì)的綜合型人才。

2.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其在高年級(jí)學(xué)生的教學(xué)中，是一種更為科學(xué)、更為先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)給參加全國周培源力學(xué)競賽的同學(xué)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)或者其他對力學(xué)現(xiàn)象感興趣的同學(xué)提供了很好的實(shí)驗(yàn)研究條件。

3.由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開放性，實(shí)驗(yàn)安排非常靈活，彈性大，有利于因材施教，為學(xué)生的自由發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。

4.任課老師負(fù)責(zé)與自己課題相關(guān)的開放實(shí)驗(yàn)，在輔導(dǎo)學(xué)生的過程中也在不斷地反思和調(diào)整教育教學(xué)方法，從而能更好地服務(wù)于教學(xué)和科研。

三、開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具體研究內(nèi)容包括：

1.把加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享和開放作為目標(biāo)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行系統(tǒng)化、深層次的改革和建設(shè)。在儀器設(shè)備和環(huán)境設(shè)施上，以現(xiàn)有的先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境為基礎(chǔ)。根據(jù)新的教學(xué)體系及新的內(nèi)容配置實(shí)驗(yàn)儀器。盡可能地發(fā)揮現(xiàn)有儀器設(shè)備的潛在能力，適當(dāng)合理配置新的儀器設(shè)備，逐步建立起健全儀器設(shè)備的梯次配置，力爭能滿足各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。

2.進(jìn)一步完善以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)和改革力度。并適時(shí)對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作出調(diào)整，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排成“兩階段、多樣化”。

第一階段為基礎(chǔ)內(nèi)容訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)；第二階段為力學(xué)綜合性或課題設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

在第一階段中，學(xué)生必須結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)熟悉基本要求的實(shí)驗(yàn)儀器使用方法，掌握好必要的實(shí)驗(yàn)技能以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本程序和方法。

在第二階段中，要求學(xué)生完成教材或者生活中力學(xué)問題應(yīng)用所提出的一個(gè)綜合性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)題目可由學(xué)生自己選擇，由實(shí)驗(yàn)室提供需要的儀器設(shè)備，教師提供指導(dǎo)以及答疑，鼓勵(lì)部分具有創(chuàng)新能力的學(xué)生在安全的前提下進(jìn)行開拓性、創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計(jì)型和研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采取Project實(shí)驗(yàn)方式。學(xué)生自由以組合方式形成項(xiàng)目小組，每個(gè)項(xiàng)目小組從教師預(yù)先開發(fā)的Project項(xiàng)目庫中自主選擇一個(gè)項(xiàng)目，根據(jù)完成項(xiàng)目的要求，收集資料，結(jié)合力學(xué)專業(yè)知識(shí)，分析解決項(xiàng)目中涉及到的具體工程實(shí)際問題，撰寫實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告，答辯。即解決如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)驗(yàn)技能的問題。

例如，可以設(shè)計(jì)應(yīng)力電測法綜合實(shí)驗(yàn)；任何材料在受到外力作用時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力與應(yīng)變。外力不同，其應(yīng)力、應(yīng)變也不同；同時(shí)，不同形狀、結(jié)構(gòu)的零件在受到相同的外力時(shí)，不同的位置將產(chǎn)生不同的應(yīng)力與應(yīng)變。應(yīng)力電測法綜合實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容：“多用途梁”的純彎曲和橫力彎曲應(yīng)力測試實(shí)驗(yàn)、彈性模量E和泊松比μ測定實(shí)驗(yàn)、受壓元件的壓力測定實(shí)驗(yàn)、偏心拉伸工程構(gòu)件的應(yīng)力測試實(shí)驗(yàn)、等強(qiáng)度梁的應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)等?！岸嘤猛玖骸钡膶?shí)驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 “多用途梁”的實(shí)驗(yàn)裝置

學(xué)生通過對理論公式的分析，設(shè)計(jì)出不同截面或不同點(diǎn)的測試方案，再進(jìn)行電橋的測試方案設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)完成后，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行強(qiáng)度問題分析與討論。通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對“應(yīng)力電測法”有了較為感性的認(rèn)識(shí)，極大地提高了學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新意識(shí)。

又例如2010年全國高等學(xué)?；A(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽的題：如圖2所示壁厚為0.9mm的薄壁不等邊角鋼，為了方便加載，在其兩端焊接兩塊對稱的連接板，板上分布4個(gè)螺孔可以作為加載點(diǎn)，如圖3所示。假設(shè)C點(diǎn)為該角鋼的形心位置(實(shí)際加工中有微小位置偏差)。要求：測量該角鋼材料的彈性模量和泊松比、若B點(diǎn)在該角鋼的形心主慣性軸上，試確定B點(diǎn)到C點(diǎn)的距離、假設(shè)A-A點(diǎn)加載時(shí)所產(chǎn)生的彎曲符合平面彎曲條件，請實(shí)驗(yàn)確定該角鋼的形心主軸方位、兩端沿D點(diǎn)拉伸力F=1000N時(shí)，比較角鋼長邊內(nèi)、外表面E處主應(yīng)力[3]。這些都是非常典型的綜合實(shí)驗(yàn)，可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的能力

圖2 不等邊角鋼

圖3 加載連接板

四、開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

1.建設(shè)以開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)、以學(xué)科優(yōu)勢為依托、以工程實(shí)踐命題為內(nèi)容、以能力培養(yǎng)為特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。用開放性教學(xué)思想指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程，實(shí)行多種形式、相互銜接的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，營造創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)環(huán)境，由此探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)的最佳模式。為創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提供一個(gè)參考思路。

2.通過自制設(shè)備開發(fā)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所掌握的知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)技能，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成測試分析，從而提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。沖破了傳統(tǒng)的力學(xué)教學(xué)模式，建立了全新的力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，豐富了力學(xué)教學(xué)內(nèi)容。以學(xué)生為本，以應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為核心，實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。增設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生個(gè)性能力。通過研究性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生初步科學(xué)研究能力?？梢员”趫A筒的彎扭組合作用下電測實(shí)驗(yàn)、T型和工字型方框拉壓實(shí)驗(yàn)等；又例如，單杠彎曲正應(yīng)力測定，測定單杠在純彎曲時(shí)橫截面上的正應(yīng)力分布，單杠示意圖見圖4，驗(yàn)證平面假設(shè)理論和彎曲正應(yīng)力公式。了解生活中的彎矩現(xiàn)象，讓實(shí)驗(yàn)走進(jìn)生活。思考：分析試驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因、實(shí)驗(yàn)中彎曲正應(yīng)力大小是否受材料彈性模量E的影響、單杠的彎矩試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室橫梁彎矩實(shí)驗(yàn)方法有何不同。

圖4 單杠示意圖

3.建成網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上輔助教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理的目標(biāo)。

五、總結(jié)

實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從內(nèi)容到方法與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較，在鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力以及養(yǎng)成嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)等方面具有相當(dāng)明顯的優(yōu)越性，這種教學(xué)有利于完成教學(xué)目標(biāo)，能培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)需求的并且具有創(chuàng)新素質(zhì)的綜合型人才。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其在高年級(jí)學(xué)生的教學(xué)中，是一種更為科學(xué)、更為先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)給參加全國周培源力學(xué)競賽的同學(xué)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)或者其他對力學(xué)現(xiàn)象感興趣的同學(xué)提供了很好的實(shí)驗(yàn)研究條件。

實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以很好的為實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主式、合作式、探究式為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提供平臺(tái)，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)真正的經(jīng)歷科學(xué)研究的實(shí)踐過程。為創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的研究場所和一個(gè)適宜的培養(yǎng)模式，使學(xué)生具備基本科研能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，切實(shí)提高本校學(xué)生的綜合能力。

[1]張波.《材料力學(xué)》課程教學(xué)改革探索[J].甘肅科技,2010(12).

[2]關(guān)琛,李志江,左鋒.本科生研究型開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與探索[J].農(nóng)產(chǎn)品加工(學(xué)刊),2011(03).

[3]2010年全國大學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)試驗(yàn)競賽思路.網(wǎng)上資料.

Research and practice of innovative talents training mode based on open experiment teaching

Chen Yun-xin

(School of Electromechanical &Architectural Engineering,Jianghan University,Wuhan Hubei,430056, China)

Aiming at some problems of material mechanics experiment teaching of our school, study and explore the new mode of cultivation of innovative talents. Through the research of the implementation of open experimental teaching method and content, by the open teaching idea of experimental teaching of the whole process, carrying out the open experimental teaching between the various forms, create a culture environment, an innovative talents, thus to explore the best mode of innovative personnel training. Training innovative talents, provide a reference. For cultivating the students' ability of learning theory knowledge, practical engineering and applied mechanics knowledge has positive significance for solving real life problems and engineering.

Open; experimental teaching; innovative talents

C961

A

1000-9795（2014）03-0176-02

［責(zé)任編輯：劉麗杰］

2014-01-17

陳云信（1972-），女，湖北天門人，副教授，從事理論力學(xué)、材料力學(xué)等方面的教學(xué)與研究。