基于工程素质培养的材料力学实验教学改革与实践

摘要：材料力学实验是帮助学生理解理论知识，掌握实验操作技能，提高动手能力的重要手段。本文以提高学生工程素质和创新能力为目标，从教学方法和考核方式两方面对材料力学实验教学进行改革。实践研究表明，该方法能有效调动学生做实验的积极性，培养学生独立分析问题的能力、解决问题的能力和实践创新能力，提高实验教学效果。

关键词：材料力学实验；教学改革；工程素质

本文以江苏科技大学苏州理工学院为例，从学院现状出发，在现有实验设备和师资力量的基础上，以提高学生工程素质和创新实践能力为目标，从教学手段和考核方式两方面开展材料力学实验的教学改革，取得了一定成效。

一、改革的基本思路与方法

在实验教学手段方面，打破传统以教师讲授和演示为主的模式，摆脱学生在实验课上对教师的过分依赖。转变思路，采取以学生为主，教师为辅的实验教学模式，让学生由被动接受转变为主动探究，提高学生做实验的积极性，培养学生独立工作与思考的能力。做实验之前，教师提前布置任务，要求学生对实验内容进行预习，熟知实验原理、方法、步骤，并完成预习报告。做实验时，教师只对实验过程中需要注意的问题做简单介绍，如安全问题、大型仪器操作注意事项等，实验过程则交给学生独立完成。要顺利完成实验，学生需要在实验课前对实验内容进行详细了解，对实验用到的理论知识能够较好地理解并掌握，同时对实验设备的性能、操作方法、操作步骤熟记于心。通过实验，学生可以进一步复习和巩固所学的相关理论知识，熟悉一些基本实验仪器的操作，掌握材料力学实验研究的方法。在实验过程中，学生可以充分发挥自己的主观能动性，掌控实验进程，得到更多的动手实践机会。学生的独立工作能力、动手能力和工程素质都能得到培养。

为了提高学生的创新能力，在基本验证型实验的基础上，开设综合、提高型实验供学生选修。这部分实验以开放性实验的形式开设，主要面向少数优秀学生。与基本实验相比，综合、提高型实验对学生的理论知识、动手能力和创新思维都提出了更高的要求。实验前，教师首先对必要的理论知识进行培训，然后提出实验要求，学生根据实验设备和要求自行拟定实验方案。对于综合、提高型实验，实验方案往往不只一个，需要学生利用所学知识，确定合理的方案。实验结束后，需要学生进行数据处理与分析，撰写实验报告，并对实验过程中存在的问题进行讨论。通过开放性实验，学生的综合能力进一步得到了提高，创新实践能力也得到了锻炼。

在实验成绩评定方面，改变以往以实验报告作为实验成绩评定的唯一依据，采取多种评判手段，调动学生做实验的积极性，提高教学效果。在实验过程中，教师重点考察学生实验的操作过程，对学生实验操作是否规范、实验步骤是否正确、实验结果是否有效进行评判和考核，该成绩作为实验总评成绩的一部分。要取得好的成绩，学生需在实验前做好充分的准备工作，实验时要有积极主动的心态，把所有精力都集中在实验上。这样可以有效调动学生做实验的积极性，保证实验完成的质量，提高实验的教学效果。学生完成实验后，除了按要求完成实验报告，还要对实验过程进行小结，对实验中存在的问题以及实验完成后的收获和心得进行讨论，这部分内容作为实验总评成绩的另一部分。在实验过程中，或多或少都会遇到一些问题，甚至会出现实验失败，结果无效。在遇到问题时，如何寻找合适的方法解决问题；实验失败时，如何补救或者吸取经验教训，这是对学生实践能力的又一考验，也是培养学生工程素质一个重要方面。通过实验小结，学生可以进一步加深对实验的理解和感受，理清思路，提高认识。

二、改革的实践与成效

根据实验室现有设备，我院共开设了四个材料力学基础实验：

实验一：低碳钢和铸铁的拉伸实验，采取分组实验的方法，每组4～5人。由于实验涉及到使用大型设备电子万能试验机，因此实验前教师首先对试验机的操作规程以及需要注意的问题做了简单讲解。整个实验由学生独立完成，教师只负责监督与评判。为使学生详细了解实验步骤和方法，我们编写了与现有实验设备完全配套的实验指导书，学生只要按照实验指导书中的步骤进行操作，便可顺利完成实验。从实验结果来看，大部分学生都能按照要求完成实验，但也有部分学生预习工作没有到位，对实验要求不是很明确。在实验过程中也出现了一些问题，如学生操作失误导致试验机无法启动、试件安装不到位等，甚至有的学生因为直接把试件拉断而没有记录任何数据。这时，教师需进行必要的指导，指出存在的问题，让学生自己思考，寻找解决的方法。通过这样一个过程，既锻炼了学生独立思考、解决问题的能力，又培养了学生的工程素质。

实验二：低碳钢和铸铁的扭转实验，由于实验设备数量有限，主要以教师演示为主。

实验三：纯弯曲实验，采用电测法，要求学生2人一组进行实验。实验前教师主要对电测法原理进行讲解，实验过程仍然由学生独立完成，主要考察学生对电阻应变仪的操作以及实验数据的记录与处理。实验过程中也暴露出一些问题，如有的学生测量前没有对应变仪初始读数进行清零，有的学生读数时遗漏了应变的正负号，有的学生对应变仪的功能不熟悉，不会切换测点等。教师在监督检查时，需指出存在的问题，要求学生进行改正。如果问题较多或者错误比较严重，则需重新进行实验。

实验四：弯扭组合实验，同样采用电测法，2人一组进行实验。经过上个实验的训练，学生对应变仪的操作已比较熟悉，学生动手的积极性较高，实验过程一般比较顺利。

实验完成后，学生完成实验报告，并写出实验小结，对实验过程中遇到的问题以及实验完成后的心得进行讨论。由于实验小结的得分会计入实验总评成绩，因此大多数学生都能认真对待。在实验小结中，很多学生都表示通过实验增长了知识，锻炼了自己的动手能力。有些学生对实验过程中所犯的错误和存在的问题进行了分析，一些学生还提出了比较好的建议。总之，通过小结，学生进一步加深了对实验的理解和认识。

在基本实验的基础上，我院开设了叠合梁的纯弯曲实验作为开放选修实验，供少数优秀学生选修。叠合梁由铝和钢两种不同的材料粘结而成，需要学生测定纯弯曲时梁横截面上的正应力分布，并推导理论计算公式。与基本实验相比，该实验的完成有一定难度，在指导老师的帮助下，学生顺利完成了实验。通过实验增强了学生的综合实践能力和创新能力。