浅析基础力学实验教学改革

裴钻 王刚

【摘要】高等学校实验室是培养学生动手能力、创新意识的基地，是提高学生综合素质能力的重要课堂。为了适应现代实验教学的要求，需正确认识和处理实验教学过程中各种因素相互影响和制约的关系，需从实验教学体系、方法、手段及管理等方面进行改革。基于此我校基础力学实验教学改革建立了三个层次、四个模块的综合性实验教学新体系，采取口试与笔试相结合、理论概念与实际操作相结合的综合性考试新方法，采用虚拟实验新技术及开放式的创新平台管理体系。

【关键词】基础力学实验 教学改革 教学体系 开放式管理

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0236-02

1.引言

高等教育正逐步向着更加注重素质与能力培养的方向发展，人才培养的目标也由过去的知识型向着创新型、复合型转变，这就要求高等学校主动、积极地适应这种新的要求和变化， 改革与现代教育思想不相适应的教学内容、教学思想、教学方法和教学手段。由于十余年高校的扩招，高校的实验教学面积人均数、器材、设备、经费等各方面的的保障均相对落后余扩招的速度，减少了学生创新实践能力培养机会。我校基础力学实验室虽在地方与中央共建、教学评估的基础上对硬、软件问题有所提高和规范，仍无法完全满足现代教学的需求，存在诸多问题，需从实验教学体系、方法、技术及管理等方面进行改革，创立试验教学新体系、新方法、新技术及开放式的管理体系，具体改革方法、内容通过以下几部分分别进行阐述。

2.创立实验教学新模式

为了增加学生的实践机会及培养具有创新能力的学生，基础力学实验室进行了教学改革，创立了基础力学实验教学新模式，针对不同专业把学生分为三个层次、针对不同要求分为四种不同难度的实验。

力学实验教学按照不同专业的要求，实行三层次教学。其中层次一面向土木工程、勘察技术与工程等工程类专业，强化验证、综合性实验教学，增设创新实验课，实验单独设课，提高教学要求；层次二面向工程管理、工业设计、石油工程类等专业，重点掌握基础力学实验基本原理和测试技术，使得他们能够初步学习力学实验分析方法；层次三面向全校工科各专业，开设“工程力学演示及认知实验”课。根据实验内容及实验要求不同，将实验分为认知性、创新性、验证性、综合性等五种的实验。具体分类如下：

（1）验证性实验：主要针对教学参考书已知的实验结论进行验证，看实验结果是否与书本描述一致，让学生掌握实验技能的同时也巩固了已学知识。比如做弯曲梁实验，对于弯曲的概念和应力分布讲解，首先我们就应想到生活生产过程中应用了弯曲原理的构件很多，例如预制板和弯曲梁同一个受力模式，从预制板的配筋情况我们就可以更深刻的理解纯弯构件应力分布情况，把理论知识和实践相结合开拓学生视野。

（2）综合性设计实验：由一系列扩展实验构成。主要教学目的是使学生在掌握基本实验技能的基础上，进一步了解、掌握工程实际以及科学研究中较为先进的实验技术及方法，加强学生的专业修养，并通过实践教学与科学研究相结合等方式，培养学生科研及创新能力。这类实验也可以改变试件的材料，把低碳钢和铸铁换成岩石进行试验，进行分析和对比，通过实验研究自然界中不易直接观察到的力学现象，进一步掌握力学概念与力学理论，使得学生可以在实验中学习，在实验中研究。

（3）创新性实验：这类实验是利用已有的知识不断突破常规，发现或产生某种新颖、独特的事物进行的实验。主要包括三种类型：一是结合学科竞赛的实验，二是大学生创新性实验计划项目，三是为完成科研项目进行的创新性实验。我校基础力学实验室一直对全校师生进行开放，方便学生完成科技立项实验及科研项目实验，教师只起到辅导和指导作用。学生自由组建自己的实验团队，完成实验相关的设计、材料的加工、实验的成果的分析。创新实验主要激发学生潜能，开阔学生视野，培养学生兴趣，让枯燥的理论学生更近形象化生动化，有利于力学基础教学的顺利开展。

（4）认知性实验：针对不同专业的学生，根据力学规律不同，选择与本专业相关的力学实验，形象生动的阐述力学问题，起到提高学生对力学知识的兴趣，提高运用力学知识分析与本专业相关问题。

3.改革教学方法，开创研究性教学

先进的实验教学理念，要求正确认识和处理实验教学过程中各种因素的（之间）相互影响和制约的关系，从“教学实验”转变为“实验教学”。通过实验教学，使得学生掌握实验研究的基本方法和技能，具有独立开展实验研究的能力，具备向相关领域拓展的基本素质。实验教学的重点应该从传授知识向培养学生发现问题和解决问题的能力上转移。实验教学主要为了活跃学生思维，激发兴趣，提升学习的动力。在实验过程中教师主要起到引导作用，让学生自己设计，自由探索实验进程和结果，让被动接受变为主动探索。在实验教学过程中，鼓励学生提出问题，对实验进行深入的讨论。比如做低碳钢和铸铁压缩实验，应激发学生分析为什么低碳钢压不开裂，铸铁为什么是破坏沿45°，如果改变实验条件后铸铁有无可能沿90°破坏，在综合性和创新性实验中，让学生们大胆构思，放手实践，充分施展自己的聪明才智，综合运用所学知识，积极探索实施途径。比如“弹性模量和泊松比的测试”是一个不太复杂的实验，但学生们通过自己的“琢磨”，在试样一面贴上应变片，在两面贴上应变片测试结果有何不同，善于发现问题，再从力学的理论和实验的基础上解决问题，提高分析问题解决问题的能力。

4.改革考试考核方法

对于目前基础力学实验室的考核办法主要集中在实验课上动手能力和课后实验报告完成情况综合考评，从目前来看效果不佳，主要因为有指导书后，大家厌恶实验报告没有新意，八股文形式。通过参加首届全国基础力学实验大赛来看，我室应改变目前考核办法，针对不同的课设采取不同的考试办法，独立设课的采取独立考核，实行口试与笔试相结合、理论概念与实际操作相结合的综合性考试方法。依附理论课程的实行口试和平时动手能力考试考核办法。学生先有一段时间的闭卷笔试，接着进行口试，必要时还要进行实际操作。口试题目主要考试学生综合能力和临场应变能力，让学生不读“死书”不“死读书”，需要学生独立思考、探索，得到高效、便捷解决办法。笔试和口试的考题，主要结合专业背景，提炼简化的问题。这类考试主要为了检查学生对力学的基本概念和解决问题的基本方法的理解，又考察学生相关专业的基本技能及其综合几门相关专业的综合能力，让学生对力学、工程更深理解能让学生增加其自身的创新能力。不仅要考教材上的内容，更要给学生创造性思维的空间。使学生在考试中不是被动思维，而是积极思考。

5.运用现代化教学技术，改善硬件条件

提高实验教学水平，硬件建设是基础，这包括实验场地和设备。我校基础力学实验室在原校级岩石（材料）力学试验室的基础上，通过“2004～2006年中央与地方共建高校基础实验室项目”的大力支持下，新建的基础力学实验室。通过近几年的新实验室的运行情况来看我校基础力学实验室，大型精密仪器存在明显的几点问题：（1）仪器自动化程度高，学生动手机会较少。（2）仪器精密程度高，购买单台套费用高。（3）精密程度高，易损坏，维修费用高。

针对以上问题，我室采取的办法是对验证性实验和综合性实验进行虚拟实验技术，本室虚拟现实实验室教学系统是通过计算机图形CG（Computer Graphic）技术、仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术，将实验室环境与器材操作模拟出来，用于学生身临其境地浏览、互动操作学习。

6.建立健全开放性管理体制，建设良好的创新平台

所谓实验室开放是指学生不拘泥于课堂实验时空限制，利用课余时间在教师的辅导下进实验室做自己喜爱的实验、实践活动。我们的做法是：（1）教学独立化。在同一个实验条件下，让学生独立思考、自行设计，充分发挥想象力，得到同样实验结果。教师主要起“引导”而非“指导”作用，使得实验教学活动不再是千篇一律，凸显独立性特点。（2）管理网络化。实验室网络化管理主要由滚动公告栏、实验室简介、新设备介绍、实验室相关制度、实验预约、试验方案的设计、虚拟试验等模块进行组成。除综合性实验安排在正常实验课学时内进行，另外对具有创新性实验都安排在课外进行，让感兴趣学生有更多实践机会，实验安排主要通过国家级地质工程示范中心网络平台进行发放，学生自由选择实验。

实验室开放管理不仅是制度上的开放，更重要的是实现创新平台开放。让学生充分利用基础力学实验室仪器设备，根据本校地学优势，将地学知识和力学实验知识和结合起来，运用到科技立项、纵向课题、实验大赛等相关课题，让学生充分发挥自己的主观能动性。让学生自主提出实验目的，编写实验内容，测试方式的组建，教师对其方案和方法进行指导，帮助学生提高自己综合能力和创新精神。

7.结论

通过基础力学实验教学改革， 学生找到了心理的平衡点，端正了自己的心态， 消除了一些畏难情绪，能够较全面地掌握所学知识。实验教学过程就是学生把从书本上获得的理论知识运用于实验中，从实验中能提高对理论的认识，实验过程应符合科学发展观的要求。适当的教学方法对提高教学效果和教学质量起着十分重要的作用， 我们在教学中要不断摸索， 在教学中应注重实践性、启发性和科学性，有针对性地培养学生。

参考文献：

[1]谢占魁，李艳辉，谢锐.浅议基础力学实验教学网络平台建设[J].中北大学学报，2008，（24）：57-61.

[2]邓宗白，周克印，陈建平.基础力学实验教学改革[J].中国大学教学，2005，（5）：33-35.

[3]梁宇涛.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2006.5.

[4]徐大敏等.虚拟现实技术及其应用与展望[J].机床与液压，2006.7.

作者简介：

裴钻（1980-），男，四川达州人，成都理工大学，讲师，主要从事工程地质勘察与地质灾害方面研究。