材料力学实验课程的研究与改革

张博利

(中国民航大学　基础实验中心，天津　300300)



材料力学实验课程的研究与改革

张博利

(中国民航大学基础实验中心，天津300300)

摘要论述了材料力学课程作为工科学生的专业基础课，实验课程在材料力学课程中的重要性。针对材料力学实验课程中的实验教材、实验内容和成绩考核存在的问题进行了一系列的研究和改革。实践证明，实验课程的改革提高了教学质量，调动了学生的学习积极性，激发了学生的潜能，对培养学生的创造性思维和动手能力，解决实际问题的能力以及学生各方面素质的提高有一定的作用。

关键词实验课程；实验教材；实验内容；成绩考核

材料力学课程作为工科学生的专业基础课[1-2]，分为理论课和实验课，实验课是材料力学课程的重要环节。通过实验课程的学习，学生利用教学中学到的理论知识，对现实工程中存在的问题进行分析和探讨[3-4]，这对于学生今后在工作中所需要的职业素养的培养，实际工作中分析问题、解决问题能力的培养有不可替代的作用。材料力学实验课程不仅仅能让学生对学过的理论知识有进一步的理解，而且实验方法的学习和实验设备的使用，对于培养学生科学严谨的态度，培养学生理论联系实际、分析和解决实际工程中遇到的问题[5]，对于学生的动手能力的提高起着非常重要的作用。

1材料力学实验课程存在的问题

很长时间以来，材料力学课程存在教学设备落后，实验教材陈旧的问题[6]。材料力学实验教学的发展较慢，主要体现在实验内容简单、实验环节与工程实际问题脱节、缺乏创新等问题。实验教材都是按照本校的实验设备进行编写的，实验内容、实验过程都过于详细，学生按照教材内容即可完成实验，不利于发展学生的实践能力和创造性思维的培养。实验内容大都是验证性实验[7]，相关的综合性和设计性实验课题较少。由于现有设备和实验手段都比较落后，并与现实中的工程背景联系不明显，导致学生在走上工作岗位后，不能迅速投入到生产技术和科研工作中[8]。

2材料力学实验课程的改革实践

2.1实验教材的改革

中国民航大学基础实验中心通过走访和学习其他院校的改革经验，对本校的材料力学实验课程进行了改革，结合本校的专业特点和现有实验设备资源，编写并出版了能真实反映实验教材改革成果的材料力学实验指导书。

在教材的主体内容上，突出以学生自学为主，教师为辅的原则[9]。在通常的理论教学中，不会提及实验内容和方法，并且在实验课前，实验教师也不会花费大量的时间去讲述实验目的、实验原理、实验内容、操作过程和注意事项等问题。这就要求学生在实验前，针对实验内容，认真预习并完成书面预习报告。

每学期在开放实验前提下，增加了许多扩展内容，丰富了实验内容，学生可选择做一些扩展的实验内容，并且在实验教材中，还增加了许多工程实例，例如桁架、超静定结构、机翼模型等。

在实验教材的编写过程中做到以下两点。

1)实验指导书中应包含与实验相关的实验设备的介绍、使用方法和实验原理，使学生在实验前对实验设备有一定了解。

2)实验内容中对实验过程不应描述得太详细，避免学生按部就班地操作，禁锢了学生的思维方式，不利于培养学生的创造性思维。

实验教材重新编订后，在近2年的使用过程中，实验效果有了明显改善。

2.2材料力学实验课程教学内容的改革

材料力学实验项目包含验证性实验、综合性实验和设计性实验。

1)材料力学实验项目中，材料力学性能的破坏性实验，例如拉伸、扭转和压缩实验，都是验证性实验。根据材料力学理论课中学到的材料的基本力学性能，利用现有的万能试验机和扭转试验机，对试验试件进行破坏性实验。随着科学技术的不断发展，现有试验机均为微机控制型，所得的力学指标可通过电脑显示屏显现出来，更加直观化。验证性实验的目的是让学生了解材料的力学性能，培养学生使用实验设备，掌握基本的实验技能。验证性实验一般为必修实验，学生结合自身的专业特点，有针对性地进行实验选择。实验过程均采用分组实验，使每人都有使用试验机的机会，大大提高了学生对于实验的兴趣，对学生实验技能的提高有一定的帮助。

2)综合性实验，例如悬臂梁电测实验、偏心拉伸实验和弯扭组合实验等，是对验证性实验的补充和延续。综合性实验从单纯的验证性理论转移出来[10]，利用学生学到的理论知识，结合现有的实验设备、实验元件，进行电测应力分析，实验数据的处理。在综合性试验过程中，改变了学生被动接受的实验方式，学生主动进行桥路的设计、连线、调试、测量、结果分析，培养了学生的主动性，提高了学生的实验能力，锻炼了学生解决问题的能力。综合性实验往往与工程实践应用紧密相连，新颖的实验手段和实用性激发了学生的学习兴趣，对于学生的创造性思维和实际动手能力有较大的推动作用。

3)设计性实验突出学生的自主性，例如超静定结构、压杆临界压力测定等。实验以工程实际为背景，学生自拟实验题目、实验方案，自行检测和进行数据结果分析，完成实验报告。这类实验要求学生结合自身学到的理论知识与工程实际问题融会贯通，着重培养对工程问题的认知，分析和解决工程问题的能力，对学生的创造性思维的开发和创新能力有一定的提高。

3种不同类型的实验，难易程度不一样，对学生的能力要求不一样，预期的培养目标也不一样。我校的材料力学实验教学，不再是验证性实验过多的局面，增加了综合性和设计性实验，贯穿到了实际教学中，收到了很好的教学效果。经过综合性和设计性试验训练后，学生的动手能力、创造性思维、运用知识解决实际问题的能力明显提高。

2.3实验成绩的考核

实验成绩的考核是实验教学的关键，建立科学合理的考核方法，才能充分体现实验教学的重要作用[11]。

目前，许多高校的材料力学课程中的理论课和实验课没有分开考核，实验所占的权重较小，即使没有实验成绩，也能拿到这门学科的学分，导致学生不重视实验课程，不利于学生主动学习。一旦对实验进行单独考核，没有实验成绩不予考试，并且所占权重加大，会增加学生的学习主动性，激发学习潜能。

实验成绩的考核不仅要反映学生的实验能力、实验教学效果，还要包括实验态度、实验准备工作情况、实验能力，在验证性试验中能否熟练使用设备，在综合性、设计性试验中能否独立分析、解决问题，实验结论正确与否，实验报告的完整性等方面，对其中的每一项都应有相应的要求和分值，各分值的累加才能得到最后的实验成绩。

2.4实验经费的投入

为取得材料力学实验教学改革的理想效果，需加大实验经费的投入[12]。材料力学实验教学中设备的数量和先进性，直接影响实验效果。我校早期对液压万能试验机、扭转试验机进行了置换，现在这些试验机全由微机控制，操作更加简便，实验效果更好；并增加了很多静态电阻应变仪和多功能实验台。新设备的引进，使实验结果的准确性增加，误差减小；实验效果好，更能带动学生的积极性。

设备数量的增多，就会避免“一人做，多人看”的现象。

材料力学实验需要的耗材较大，在材料力学性能验证性试验中，所有试件都是一次性的，为完成拉伸、压缩、扭转试验，每组耗材费用70～80元。可通过现代教育技术：多媒体课件、实验录像或模拟仿真完成演示实验，再以多名一组的方式，完成材料力学性能实验，这样既可降低实验成本，又能达到较好的实验效果[13]。

3结束语

实验教学改革的最终目标是提高实验教学质量，提高学生的各项综合素质，为学生能更好地适应社会工作的需求提供更好的平台。我校通过实验教材、实验内容、实验成绩考核方面的不断改进，调动了学生学习积极性，学生的动手能力和创造性思维得到提高。在实验过程中，学生利用所学的知识分析，解决工程问题的能力得到提高，彰显了实验教学的重要性。

参 考 文 献

[1]张海军，葛桥.材料力学实验教学体系改革的设想[J].天中学刊，2008，23(2)：111-112.

[2]万鸣，古滨.材料力学实验独立设课教学改革实践[J].实验科学技术，2009.7(2)：98-100.

[3]方志华，朱云，李革.材料力学实验教材的研究与探索[J].实验技术与管理，2008，25(4)：144-145.

[4]莫晓东，钟根全.浅谈材料力学实验教学的改革与发展[J].学理论，2009(18)：217-218.

[5]王方，高行山，张光，等.力学实验教学改革初探[J].实验技术与管理，2007，5(10)：331-333.

[6]曾美琴，陈灵，邹敢峰，等.《机械工程材料综合实验课》的教学改革及实践[J].北京大学学报：哲学社会科学版，2007(5)：101-103.

[7]吴晓峰，曹丽云，岳秀东，等.机械工程材料科学实验教学改革[J].实验科学与技术，2009，7(8)：102-104.

[8]黄海燕，沈超明，汪雅棋.基础力学实验教学改革的实践与探索[J].实验技术与管理，2008，25(1)：119-122.

[9]林文松，何亮，刘延辉.基于“卓越工程师培养计划”的工程材料课程实验教学改革[J].实验技术与管理，2012，29(12)：20-25.

[10]叶荣昌，强文江，李成华，等.材料力学性能实验课教学改革探索[J].实验室研究与探索，2011，30(9)：136-138.

[11]楚随英，周旭东.高校实验教材改革的研究[J].郑州航空工业管理学院学报(社会科学版)，2005(2):99-101.

[12]卢航，陆文琴.提高实验教学质量应从实验教材改革做起[J].实验技术与管理，2002，19(3):112-113.

[13]张文彬.开放性创新实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2006，25(2):940-944.

Research and Reform of Experiment Course in Material Mechanics

ZHANG Boli

(BasicExperimentCenter，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)

AbstractThis paper discusses the material mechanics course as a professional basic course for engineering students and analyes the importance of experimental courses in mechanics of materials course.According to the experiment teaching materials of material mechanics，experiment content and performance appraisal etc.，a series of research and reform have been carried out.The practical experience shows that reform of experimental courses to improve the quality of teaching，arouse the learning enthusiasm of students，stimulate students’ potential，on the cultivation of students’ creative thinking and practical ability，have certain effect to solve the actual problem ability and improving students’ qualities.

Key wordsexperiment course；experimental teaching materials；experiment content；performance appraisal

收稿日期:2015-01-07

作者简介：张博利(1980-)，男，硕士，实验师，主要从事机械电子工程方面的教学。

中图分类号G642.423；O341；TB301

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.043