材料力学实验课程建设与教学改革实践

李 红，林雄萍

(集美大学诚毅学院，福建 厦门 361021)

材料力学实验课程建设与教学改革实践

李 红，林雄萍

(集美大学诚毅学院，福建 厦门 361021)

基于集美大学诚毅学院机械专业特色，提出了为适应就业市场需要，提高学生分析、解决实际问题能力的材料力学实验教学改革思路。借鉴国际CDIO工程教育先进教学理念和经验，构建了基础性——设计性——应用性三个层次模块化的材料力学实验教学新体系。

专业特色；实验课程；教学改革；CDIO

集美大学诚毅学院机械工程系依据学院“教学型学院”、“应用型本科”的办学定位，从2003年至今逐步探索出了具有专业特色的从校企联合入手的应用型人才的培养模式。材料力学实验作为机械工程系的一门主要的专业基础实验课程，也随之进行了一系列的教学改革。本文通过结合集美大学诚毅学院机械工程系基于校企联合培养及符合就业需要的专业特色，从优化学生知识结构，加强创新精神、实践能力和综合素质培养的高度，进行了构建材料力学实验教学新体系的实践与探索。

一、材料力学实验的教学现状

要培养具有创新精神和动手能力强的人才，就离不开实验教学这一关键环节。从现行的材料力学实验体系来看，问题主要表现在以下3个方面。

1.受实验学时限制，学生实验与理论相结合，消化吸收的时间不够，无法提升创新与研究的潜能，这样达不到实验课程根本的教学目的[1]。

2.实验多为验证性实验，局限于培养学生对常规仪器设备的使用维护和保养，局限于实验基本方法的学习和验证理论上。综合设计性、创新实用性的实验项目设置比较少。

3.实验课成绩考评方式单一。实验成绩往往主要根据实验报告给出，不纳入理论考试课程考试，这样造成部分学生不重视实验课，甚至抄袭他人实验报告的现象。

因此，实践教学运行体系的改革是非常重要的。我们应该转变传统的观点，以目前学校已有的实践教学为基础，突出专业特色，着重培养学生的现代先进的工程技术水平，提高学生各方面综合素质[2]，尤其是学生创新、创造、创业的三创能力。

二、教学现状改革及新体系实施的措施

1.材料力学实验课与理论课同堂开设的探索

为解决实验教学学时有限的难题，我们尝试采取了理论课与实验课同堂开设同时进行的教学改革。材料力学这门学科，特点就是从实验中发展而来，从实验中归纳规律，总结规律，最后还要从实验中验证规律，所以本身理论课的讲授都要建立在大量的实验结果基础上，并且也必须通过实验去验证[3]。因此集美大学诚毅学院材料力学课程进行了实验课与理论课同堂开设同时进行的改革，改变了实验课与理论课分开的传统模式。让实验课与理论课同堂开设同时进行，这样可以充分利用学时，对理论教学还有实验教学的课堂质量都有提高。并且实践证明，材料力学实验课和理论课同堂开展，不仅有利于培养学生，也有利于教师综合素质的提高，避免一些授课老师重理论轻实践的现象。

2.材料力学实验教学新体系的构建

CDIO代表的意思是构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)以及运行(Operate)，它以产品的研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式来进行专业知识的学习[4]。它是一种先进的教育理念，注重实践教育与理论教育的结合。CDIO培养大纲的目标是将工程毕业生的基础知识、自身能力素质、人际关系团队协作能力和工程系统能力等四个层面上达到既定的目标。此种模式要求学生把所学的理论与实际的产品研发在实践中结合起来。与此同时，CDIO模式对教师也提出了更高的要求，要求教师不但要精于理论知识的讲述，也要有更高的工程实践水平，教师需要具备不断更新自身追逐技术创新步伐的能力。本文基于CDIO工程教育大纲的材料力学实验教学新体系的构建，可以跟理论教学相辅相成，注重培养学生系统的工程技术能力，注意跟企业的密切联系，尤其要求注重实践等等。

本文借鉴CDIO先进教学理念和经验，结合用人单位对学生能力提出的基本要求，依托本系校企合作联合培养学生的人才培养模式开展教学改革，提出基于诚毅学院机械专业特色的实验课程体系内涵建设。本文在实践中将实验教学体系分为三个层次， 依次为基础性实验、设计性实验、应用性实验。如图1所示，基础性实验的设置分为掌握基本力学原理、基础设备使用和基本测量技术为目的的实验内容，培养目标是让学生掌握基本的理论知识。设计性实验的设置分为综合知识点设计、实验新目的设计和实验新方法的设计的设计性实验内容，培养目标是让学生综合能力有所加强。实用性实验的设置分为自创装置实验、企业项目实验以及工程背景实验，培养的目标是为了提高学生的创新素质。

图1 材力实验新体系构建示意图

三、材料力学实验教学新体系建设与实施

1.重新编写实验教材

教材内容主要分为三部分。第一部分介绍了实验仪器和设备的工作原理、使用操作及注意事项等，包括YDD-1型多功能材料力学试验机等先进实验设备。第二部分为基础性实验项目，较详细的介绍各实验的目的、原理、使用设备仪器、试件、结果分析及讨论问题等。第三部分为设计性实验项目，主要提出各个实验的要求和相关实验背景，该部分将由学生自己进行实验设计，教师进行辅导和测评。

2.利用网络的开放式教学系统应用

高校实验课一般都是采取首先把学生分成几组，然后各组分别做试验的方式。但是该种方式显然会由于学生人数多，而使同样的实验教学内容在短期内多次重复，造成人力物力的浪费，效率极其低下。再者由于设备是有限的，有可能无法满足每名学生都能亲自动手实际操作的机会。显然这样会严重影响实验教学的效果，达不到大纲预期的教学目的，无法支撑材料力学实验新体系的构建。

为了改善此种状况，集美大学诚毅学院材料力学实验室建立起开放式实验系统，系统框架和功能结构设计示意图如图2所示。该实验系统包括实验原理介绍，设备操作方法及注意事项，实验设备厂商技术支持人员录制的专业的实验过程录像等模块，让学生可以通过网络课前独立进行实验课的预习，通过网络就可以事先自行掌握实验原理、内容和具体操作方法。并且课程结束后，仍可通过网络访问该开放式教学系统复习所做内容，对实验过程中产生的问题进一步进行思考求证和验证。这样可以大量节约学生和教师的课堂时间，减少重复做无用功，让学生在有限的实验过程时间中进行更专注更活跃的思考，充分利用和发挥设备资源等。

图2 材力实验开放式系统框架和结构示意图

3.基于专业特色的实验教学改革

材料力学实验课程过去只会开展教学大纲所要求的基本演示性及验证性实验，功能十分单调，不利于人才的培养。而近三年实验室基于诚毅学院机械系校企合作“三结合”的专业特色，即高校教育与社会需求的结合、学术研究与实践运用的结合、专业技能与通用能力的结合，以此为目标来提高学生的层次和质量。实验室通过充分利用企业赞助的实验设备以及邀请企业参与实验课程指导等形式，积极开展了很多综合性及设计性实验，帮助学生增强了思维能力及动手实践能力。同时，实验室支持鼓励学生积极参与各项专业竞赛，设备仪器测量器具等都可对竞赛需要的同学开放使用。几年来，机械系学子在多项需要受力测试强度校核等力学实验相关竞赛中取得诸多佳绩。这些都证明了实验教学的改革为学生增强了就业竞争力。

4．考核方式改革

为了全面提高材料力学实验教学质量，避免学生重理论、轻实验的现象，实验成绩将计入材料力学考试的总评分，实验不及格者不得参加理论考试。实验成绩也改变了过去以实验报告为主的单一考核方式，杜绝了不用认真做实验而只需抄袭实验报告就能得到较好成绩的现象。现在实验成绩由三部分组成，即预习报告成绩、课堂操作成绩、实验报告成绩三部分，其中每一个环节都需要学生认真对待。考核中操作评价并不仅仅考察指其操作是否符合规范，而且还要考核学生是否会合理安排实验程序，是否能合理使用实验设备等方面来衡量。除了要注重学生的操作，还要更注重学生的思路，在思路这一方面包括在实验过程中能否发现问题、提出问题、解决问题，是否有创新型思维，结果表达是否有自己独到见解在里面等方面。

四、结 语

实践证明，材料力学实验课程建设与教学体系的一系列改革措施，充分重视了借鉴CDIO对于培养创新型人才的重要性，充分体现了学院“三结合”的教育理念，充分发挥了机械系校企合作的专业特色，大大激发和增强了师生对材料力学实验课程的兴趣与热情。提高了学生的实践能力、思维能力、设计能力、创新能力，切实增强了学生的就业竞争力。

[1]吴秀娥，崔青竹.理论力学实验课教学改革实践[J].辽宁科技大学学报，2011,34(3)：330～332.

[2]赵树恩，李玉玲，张慧玲.车辆工程专业模块课实验教学整合与优化[J].实验科学与技术，2012，1(4)：114～116.

[3]李建楠,张彦均.实验引导下的材料力学教学改革[J].实验室科学，2006，(1)：23～25.

[4]涂振宇,曾瑄.CDIO工程教育理论与实践探析——以南昌工程学院为例[J].江西教育学院学报，2014，35(1)：89～91.

2095-4654(2015)01-0018-03

2014-10-13

集美大学诚毅学院重点教改项目：基于YDD-1多功能试验机的各相关专业关于弯扭组合材料力学实验教学模式的探讨

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