材料力学实验教学方法的研究与创新

姚胜卫 倪维宇

摘要：本文主要对材料力学实验课程的教学方法进行研究，以该实验课程的目的为依据，分析了当前部分实验教学方法中存在的问题与不足。根据材料力学实验课程的特点，从实验时间、课堂形式、授课方式以及授课内容等方面，给出了创新性的教学方法，以提高实验教学质量。

关键词：材料力学；实验教学；教学方法；研究创新

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）15-0279-02

材料力学实验[1，2]作为一门工科教育的基础实验课程[3]，对课堂教学有着重要的补充作用，有助于学生掌握理论应用，锻炼学生动手创新的能力，是培养高素质优秀人才的关键因素。

材料力学实验课程既然在课程中扮演着重要的角色，那么如何让学生在实验课程中获得知识，培养能力，就成为实验教学方法的一个难点。《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》提出，以信息化引领教育理念和教育模式的创新，充分发挥教育信息化在教育改革和发展中的支撑与引领作用。[4]本文正是基于此，对材料力学实验课程授课方法进行分析，在教学方法中提出几种创新，以更好地发挥实验课程的作用。

一、材料力学实验课程授课方法分析

目前，材料力学实验教学多数院校是按照一些固定的教学模式，主要包括“灌输式”、“包办式”、“讲演式”等。对于大学课堂而言，“灌输式”教育只能适得其反，学生会产生一定的厌学情绪，不利于实验效果。包办式课堂教学是实验课程采用最多的方法，一切都是老师来，学生就只是一个看客，完全没有发挥学生是实验课堂主角的作用。讲演式课堂对于部分理论课程有一定的实用性，但对于实验课程不可取，该方法不利于学生实践能力的锻炼，不能够发挥学生的创造性思维能力。

在实验课程中，这些方法会使学生对实验课程产生一种被动的接受，抑或是养成一种依赖的习惯，对实验课程不够重视，实验过程主要依靠老师来完成。这些授课方法从本质上限制了学生对于实验学习的兴趣，扼杀了学生的创新动手能力。实验课程的目的是为了锻炼学生的动手实践能力，了解学生应用理论知识的情况，培养学生发现问题与解决问题的能力，因此新颖有效的实验授课方法就成为提高实验课程效果的一个关键部分。

二、材料力学实验教学的创新

多年来材料力学实验课程教学方法一直没有太多改进，对于实验课程的效果往往也是不理想，本文主要从以下几个方面对材料力学实验课程教学提出一些改进方法，主要包括：实验课程时间自由、课堂形式多变、授课方法灵活、课程内容新颖。

（一）实验课程时间自由

实验课程与理论课程的一个主要区别就在于其课程在时间上的灵活性，因而对于实验课程的安排可利用这一优点，充分发挥实验课程优势。

实验课往往是分批分组进行的，故该分组分批的选择权利可适当放手给学生自己，学生根据自己的时间来安排实验课程的时间。同时，利用实验课程网站的实验预约功能，在网站公开实验开放时间段，该时间段中实验循环滚动，学生根据实验的开放时间结合自己的时间合理安排，让学生减少实验课程时间的约束，同时在脑中对实验有个良好的初步印象。

（二）实验课堂形式多变

实验课程相对理论课程的另一特点就是课堂形式的灵活，不是简单的讲台加黑板的形式，而是开放、多变的。

对于实验课堂一个常用形式——圆桌课堂，学生与老师同坐一个圆桌（或者坐成一圈），以轻松聊天的形式授课。圆桌课堂的气氛往往相对轻松，课堂互动效果较好，学生敢于发言与讨论。课堂中，学生之间、师生之间都可相互交流实验中的问题与新的体会，有助于提高实验教学的成果。

（三）实验课程授课方法灵活

实验课程效果的一个关键过程就是实验预习，这一问题在实验课堂教学中有新的解决方法。翻转课堂，或称颠倒课堂（Flipped Class/Inverted Classroom），是将传统的课堂教学结构翻转过来，让学生在课前完成相关知识的预习，而课堂上完成知识的理解与应用的一种新型教学模式。[5]翻转课堂前期需要将材料力学实验相关的视频资料公开到课程网站，学生根据自己需要点击下载学习。材料力学实验对翻转课堂的应用，主要解决了学生在实验过程中遇到问题能够及时解答，学生在实验前自主安排学习实验内容，在实验课程中有效完成实验，提高实验授课质量。

实验课程授课方法借助现代网络，实现了实验课程的在线预约，运用翻转课堂的形式，完成了实验课程的预习和预演，课程网站的另一个功能就是解决实验后报告的提交，这样就能有效解决报告忘交、晚交等问题。实验课程网站对实验教学有着重要的作用，学生根据自己在网站的信息，了解自己完成的实验步骤。

实验教学的最终目的是培养学生在工程实际中发现问题与解决问题的能力。因此，在实验教学过程中，应尽量采用“启发式教育”的方法，引导学生发散思维，培养其创新能力。实验课程中，对于学生提出的问题，采取引导式的回答方式，而不是简单的给出一个答案。让学生在实验过程中仔细观察，与相关的理论知识点联系，发散思维思考，寻求问题的答案。

（四）实验课程内容新颖

材料力学实验是一门专业性较强的基础实验课程，有着较深的工程应用背景。因此，实验课程内容可尽量与工程实际相结合，既可实现教学目的，又可增加实验课程的实用性与趣味性，而不是简单枯燥的课本内容。教师应将实际工程问题与材料力学实验相结合，在课堂上引导学生分析问题，最后通过实验来验证。例如，材料力学实验中的金属材料压缩实验，在工程中设备的底座，建筑结构的墙面通常都是承受压缩，可引导学生思考一些现象——墙面的裂纹为何经常是斜向45°左右？带着这些问题与铸铁的压缩实验现象相比较，就会知道这是由于脆性材料在压缩过程中，承受的抗剪切能力较弱，故而沿着约45度方向压裂。

材料力学实验面向的对象往往是工科不同专业的学生，由于专业的特殊性，因此实验课程内容可以适当的有所区别。材料专业的学生，可以针对不同材料进行实验分析，得出不同材料的力学性能；机械专业学生可针对试样的结构有所改变，选取机器中的零件结构进行实验，与标准结构试样的实验比较，不仅可以知道材料的力学性能，还可以了解该材料的零件失效形式与原因；土木建筑专业的学生可针对桁架结构进行实验等。

根據材料力学实验课程的特点，对于实验的内容可进行分类开设，满足不同层次的需求。拉伸、压缩、弯曲、扭转的单载荷实验归纳为基础实验，这些实验是必修实验课程，所有学生均需参加；组合变形的综合性实验，以及光测实验、疲劳实验等创新型实验属于提高性质实验，学生可以选修，根据兴趣的不同，因人而异。

由于材料力学实验的工程实用性较强，在课程设置中，可组织力学实验竞赛。从工程实际中出发，以某些实际问题为主旨，引导学生运用材料力学实验的相关知识解决问题，并通过实验结构来验证方案的可行性，激发学生对课程的兴趣，培养学生的创新能力。

三、总结

综上所述，材料力学实验课程作为一门重要的专业基础实践课，随着实验教学方法的不断改革与创新，从根本上改变了实验教学的方式，既锻炼了学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，又提高了实验教学的质量，为培养全面发展的综合性人才做好准备。

参考文献：

[1]许玲，黄志来.启发式教学在材料力学实验教学中的运用[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2014，31（02）：124-125.

[2]华珍.提高“材料力学实验”教学质量的对策分析[J].科教文汇（下旬刊），2012，（02）：42-43.

[3]柴维斯，谢灵.高等院校材料力学实验教学新模式[J].力学与实践，2008，（05）：101-102.

[4]教育部.教育信息化十年发展规划2011—2020[EB/OL].http：//www.edu.cn/zong_he_870/20120330/t20120330_760603_3.shtml，2012-05-06

[5]史瑞英.基于CDIO的翻转课堂在建筑设计专业教学模式的应用研究[J].教育教学论坛，2018，（26）：237-238.