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[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0031-02
材料力學是工科高等院校十分重要的專業基礎課，涉及機械工程、土木工程、石油工程等許多專業。該課程的本質是探尋不同類型材料對于各種外力的承受能力以及內部變化，從而進一步分析各種材料的強度、剛度和穩定性。因此，在課堂理論教學的基礎上，它非常強調與之對應的各種材料力學性能實驗。良好的實驗教學過程，不僅能夠提高學生對基本理論知識的掌握，而且能夠激發學生的學習興趣，培養其分析和創新能力。
一、材料力學實驗課程現狀分析
當前的材料力學實驗教學效果不盡如人意，總體而言存在以下幾個方面的問題。1.教學模式單一。目前，材料力學實驗教學均采用傳統的教學模式，即教師講解實驗原理及實驗過程，之后學生分組進行實驗，最后填寫統一的實驗報告，獲取實驗成績。2.學生參與度和積極性不高。由于缺乏對材料力學實驗教學的認識，學生普遍存在不重視實驗的問題。由于材料力學實驗均為分組實驗，每組成員2～8人不等，因此部分學生在實驗過程中完全依賴同組其他同學，有些對于實驗原理都不甚了解。3.缺乏質疑能力和創新意識。當前，高校學生的學習具有很強的惰性，一味地接受書本和教師傳授的知識。在實驗過程中，學生不會對實驗的原理或者方法展開自己獨立的思考或者提出疑問，更不會在現有實驗的基礎上進行更深層次的研究和創新。
二、材料力學實驗課程的改革方法
針對以上問題，本文就材料力學實驗課程提出以下改革思路。
（一）從被動“填鴨”式向學生主體式轉變
當前，課程教學改革大力倡導以學生為中心，培養學生的學習能力、質疑能力以及創新能力。同樣，對于材料實驗課程，也需要從傳統的以教師為主的教學模式，向以學生為主體的教學模式轉變。具體實施辦法為：充分發揮學生在材料力學實驗課程中的主體作用，由學生自行分析材料力學實驗原理、參照大綱制定實驗方案、分配實驗任務、操作儀器設備、獲取試驗結果、撰寫實驗報告等。在這一系列過程中，教師的身份要由從前的“講師”轉變為“導師”，即在學生遇到問題時以參與者的身份負責答疑解惑。同時，為督促和提高每一位學生對實驗的參與度和積極性，在實驗完成后，教師針對每一小組各隨機選取一名成員作為匯報人，對實驗原理、方法和結果等以前完全由教師講授的內容進行講解，該名成員匯報的得分，將成為本小組最終的實驗成績。這樣不僅能夠有效地促進小組成員之間的溝通和學習，而且能夠很好地避免部分學生的惰性和依賴性。
（二）從表格式的實驗報告向小論文的轉變
傳統的材料力學實驗報告形式單一，學生在完成實驗后，只需將實驗結果逐一填入設計好的表格中即可。這樣的實驗報告不僅會在很大程度上限制學生的分析思考能力，而且非常容易出現相互抄襲的現象。為此，若能將格式固定的表格式實驗報告轉變為小論文的形式，將會從根本上解決這一問題。在材料力學實驗小論文中，學生需要簡述該實驗的實驗原理、制定實驗方案的依據、人員組織、具體實施情況、實驗結果以及本次實驗所存在問題等。教師對小論文的評分也應從單純地重視實驗結果，變成對以上各方面內容的綜合評判。對于實驗結果不理想的學生，若能在小論文中正確地分析其原因，并且找出切實可行的解決方法，同樣能夠獲得較好的實驗成績。
（三）基礎實驗與開放實驗相結合
在當前高等院校大力倡導提高學生創新意識的大環境下，材料力學實驗教學應進一步向基礎實驗與開放實驗相結合的方向發展，為學生提供一個良好的實踐平臺，從而提高學生的思考、創新以及實際工程應用能力。開放實驗的題目，可通過三種渠道獲取。1.學生自擬。通常由3～5名學生形成實驗小組，根據材料力學課堂理論教學和基礎實驗內容，結合自己的學習興趣，擬定相應的開放實驗題目。實驗教師為學生提供所需的實驗條件和相關理論指導，使其實驗內容能夠順利實施。2.教師提供。以學生未來的職業和專業為導向，教師為學生提供2～3個開放實驗題目供學生進行選擇。例如，材料力學中的直梁彎曲正應力實驗，其原理是直梁彎曲時，其表面粘貼的應變片產生電阻變化，由應變儀將信號放大并顯示其應變情況。雖然學生在實驗儀器準備充分的情況下，大都能夠順利地完成實驗，但是很少有學生能夠親自動手粘貼應變片或者搭接電橋線路。因此，教師可以在此實驗的基礎上，提供相應的開放實驗題目，給學生提供深入學習和實踐的機會。3.研究生科研項目帶動。工科高校研究生在完成科研項目時，通常需要進行相關的實驗。例如，研究生利用力學實驗室材料試驗機進行PDC復合片壓縮實驗。在其實驗過程中，可帶領1～2名本科生開展相關實驗工作。這樣，不僅能夠提高本科生的學習興趣，培養其應用及創新的能力，而且能夠為他們今后的學習或者研究工作奠定基礎。
三、材料力學實驗課程改革的保障措施
為了保證以上材料力學實驗課程改革的順利實施，需要做好相應的保障工作，具體而言包括以下方面。
（一）實驗教師能力的提升
新的材料力學實驗課程組織方法，突破了傳統的教學模式，必然會為實驗教師帶來更多的挑戰。實驗教師自身的能力和素質，很大程度上決定了材料力學課程改革的效果。傳統的材料力學實驗教師只需根實驗大綱和指導書按部就班地指導學生進行相應實驗。然而改革后，實驗教師更多的是扮演“導師”的角色，參與學生的實驗，為其提供指導和幫助。這樣，勢必要求實驗教師具有更深更廣的專業基礎知識，以及輔導各類型實驗的綜合能力。為此，對于現有材料力學實驗教師而言，應當不斷充實自己。對于學校來說，應當吸引更多有能力的優秀人才從事材料力學實驗教學工作，并且提供有利的條件，加強其與其他開設相關課程的高校之間的交流和學習，讓實驗教師“走出去”，把好的思路和想法“引進來”。
（二）實驗設備條件的保障
加強現有設備的維護和保養，并在此基礎上，增加新的儀器、設備的投入。目前一些學校的材料力學實驗設備，如靜態應變儀、扭轉試驗機的年代都相對比較久遠，已無法完全滿足新的材料力學實驗課程的需要。因此，對于有條件的學校，可購置一批先進的實驗設備，以保證課程改革的需求。同時，在新的材料力學課程組織模式下，應把基礎實驗與開放實驗相結合，各類型實驗設備和實驗室之間需要進一步加強協調與配合，制定相應的管理制度，這樣才能保證材料力學實驗課程改革的順利開展。
（三）給予學生創新實踐學分激勵
在材料力學實驗課程改革中，學生的主體地位，學生的積極性、主動性和創造性直接影響著新的實驗課程的實施程度。只有充分調動學生的學習熱情和積極性，才能從真正意義上打破傳統教學模式，提高材料力學的實驗教學水平。然而，當前大學生學習具有很強的惰性，只要與學分無關的事情就不愿意去做。作為學校，恰好可以利用學生的這一特點，采用創新實踐學分激勵的辦法，對于材料力學基礎實驗后，成功完成相應開放實驗的學生，給予額外的學分獎勵，由此推動材料力學實驗課程改革的順利進行。
四、結語
打破常規實驗教學模式，充分發揮學生的主體作用，提高學生的學習興趣、培養學生的創新能力，是以學生為主導的啟發式材料力學實驗課程改革的關鍵。同時，需要從實驗教師、實驗O備等方面為改革的實施提供保障。本文所提出的材料力學實驗課程改革方法，也能為其他相關實驗課程的改革提供參考和思路。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 周沙溆.工程教育認證體制下《材料力學實驗》教學改革趨勢探討[J].時代教育，2015（3）：57-58.
[2] 裴立宅，劉翠娟，樊傳剛.材料力學性能課程的教改思路[J].中國輕工教育，2010（3）：64-66.
[3] 段軍，班宇鑫，譚金蘭，肖明葵.基于應用型人才培養的材料力學課程改革研究與探討[J].課程教育研究，2015（24）：195-196.
材料力學是高等工科院校多數專業的專業基礎課，它對于培養學生的科學素質，特別是工程素質及創新能力方面發揮著重要的作用，而材料力學的實驗教學是深化學生理解力及拓展學生思維的關鍵環節。地方高校的主要任務是為地方經濟和社會發展培養應用型人才，針對地方高校的培養目標和學生自身的特點，如何最大限度地提高實驗教學效率和教學質量，需要在教學實踐中不斷地探索和完善。
一、目前在實驗教學中存在的問題
(一)過于強調設計性、綜合性實驗的比例自從全面推進素質教育以來，實驗教學內容也在不斷地進行改革和創新，增加綜合性和設計性實驗以提高學生的思維方式和創新能力是實驗教學內容改革的方向。通過對實驗內容的調整和整合，綜合性、設計性實驗所占比例達到了規定的要求。然而，在實際執行中發現。這種改革和創新僅僅是對教師的創新，對學生的綜合能力和創新精神的培養收到了微乎其微的效果。為了顯示實驗內容的創新性，實驗教學改革趨向于追求綜合性、設計性實驗的規模、數量和速度，過于追求高深的理論與新型的內容，忽視了實驗內容與學生的認知結構的關系，從而忽略了學生的主體作用，也與應用型人才的培養不相適應。
(二)學生對實驗課在思想上的誤區
傳統的觀念認為，實驗只是對所學理論知識的驗證，實驗課中完成了實驗任務并會做該實驗就行了。室內實驗課多數都是分組實驗，有少部分學生甚至認為上不上實驗課無所謂，拿別人的實驗數據來校核理論知識還可節省時間，實驗報告也是抄別人應付了事，甚至有個別學生實驗報告只抄個實驗數據，實驗數據處理部分空白。另外，由于材料力學實驗是非獨立實驗，實驗成績所占該門課程的總成績比例較小，對期末成績影響不大，形成了重理論、輕實驗的思想。
(三)實驗考核辦法單一
實驗課程考核的目的是為了督促學生系統地學習、鞏固和提高所學的知識和技能，檢查學生對所學知識的理解、掌握程度和實驗技能的運用情況，培養和發展學生的智力和動手能力，同時檢查教學效果，總結教學經驗、改進教學方法，促進教學質量的提高。在以往的教學中，成績評定主要以實驗操作和實驗報告為基礎，教師很難在課堂上具體掌握每個學生的實際操作能力，因此，實驗報告就成為判斷學生知識掌握的重要依據。這顯然很難達到考核的目的，同時也不利于調動學生學習的積極性。
二、在實驗教學實踐中的探索
(一)教學內容――調整、完善
我國的地方大學由于舉辦者為地方政府，經費來源以地方投入為主，其生源就業大多面向當地。因此，實驗教學內容的改革應考慮到地方高校的特殊環境和地方的人才需求類型。另一方面，實驗內容的調整還要了解地方高校學生自身的特點。地方高校多數生源來自本地，就業面向本地，更注重專業技能的知識，習慣于從實際應用方面思考問題。應用型人才主要是掌握和應用知識，而非科學發現和創造新知。培養應用型人才重在使之擁有豐富的職業技能，擁有合理的知識、能力結構，擁有終身學習、不斷提高的潛力。這符合了地方高校學生的價值取向。因此，實驗內容的調整必須與學生的知識水平和功能定位相適應。
(二)教學方法――總結、創新
教學方法是實現教育目的、完成教學任務的基本手段，對于教學的成敗、學生學習積極性的發揮起著重大的作用。教學是由教師和學生組成的雙邊活動。必須堅持“學生為主體，教師為主導”的思想，特別是作為實踐性極強的《材料力學》實驗課程，更必須始終強調學生的主動地位。在實驗教學過程中，教師只有十幾分鐘的講解，大部分時間由學生進行實驗操作，老師所承擔的引導與啟發的作用尤為重要。結合材料力學實驗課程的特點，提煉出適合本課程的教學方法，靈活多變地運用這些方法是提高教學效率的關鍵。
在教學實踐過程中，綜合應用了以下教學方法：1)思路式教學方法：通過引導學生應用已學本課程的理論知識并結合相關實驗知識，分析問題和解決問題。注重引導學生在學習過程中，要抓住問題的核心，分析問題的性質；2)互動式教學方法：在講授過程中，根據本實驗課程自身的特點，結合所需學生掌握的背景知識和理論知識著手，通過課堂提問或討論交流，適時引導學生主動查閱和掌握本門課程所需基本計算方法和理論基礎。3)啟發式教學方法：為了激發學生的學習興趣，培養學生的觀測分析、動手操作和創新能力，啟發式教學是一種有效的教學方法。結合所需學生掌握的背景知識和理論知識著手，通過調整授課內容次序、欲擒故縱等方式，激發學生興趣，啟發學生通過現象發生分析實物本質規律。4)小結式教學方法：當學生完成實驗報告后，及時批改和總結。找出所存在的問題、分析問題存在的原因，以不斷地在實踐中總結經驗，逐步完善教學內容和教學思路。
此類實驗可以強化學員對理論知識的理解和應用，并了解、掌握電測法實驗的工作原理及各種電橋的組橋方式和使用方法。借助于多媒體實驗教學手段，使實驗內容結合工程實際，讓學員更生動具體的了解電測應力的測試方法和手段，加深學員對力學實驗的正確認識。
2.創新設計性實驗（桁架應力綜合分析實驗、疊梁實驗、復合梁實驗等）
以現場工程實際情況為背景，模擬現場實際問題，讓學員展開探索、開動腦筋。學員可以根據自己的學習興趣和能力設計不同深度的實驗，并親自動手完成各種實驗。例如，根據學校操場主席臺的桁架結構，做出相應的桁架模型。學員可以根據現場實際情況，模擬、設計現場各種工況。先進行理論計算，再進行ANSYS的仿真計算，最后進行試驗測試并采集數據，把理論數據、仿真數據和試驗數據進行對比，發現并分析數據出現異同的原因，結合所學知識開動腦筋解決問題。學員在實驗過程中可以鍛煉發現問題和解決問題的能力，掌握了電阻應變片的粘貼技術和測試原理以及更多地了解了電橋電路在實際工程中的應用。
二、改進實驗教學手段和方法，加強自主能力培養
加強實驗教學方法研究，采用多樣化實驗教學手段和方法。實驗教學方法應體現三個方面的轉移：
1.從單一的驗證性實驗轉變為綜合設計性實驗以及開放式實驗
如果說演示性實驗是理論知識的形象化和感性認識的增加，驗證性實驗是知識向能力的初步轉化，那么綜合性、設計性實驗則是對學員知識、能力、素質的全面檢驗和提高，是實驗教學“出彩”的地方。這樣才能把學員吸引到實驗室中來，充分發揮他們的聰明才智，真正在實踐中得到鍛煉，把實驗教學搞活，把所學的知識用活，使實驗教學具備不斷發展的內在驅動力，從而加強學員自主學習能力的培養。開放實驗室是實驗教學的一次升華，它不僅延長開放時間，更包括內容、手段、思想等的全面開放；不能孤立地看待實驗，應注意開放實驗與科技創新相結合，與科研活動相結合。
2.從講授實驗原理、實驗步驟轉變到傳授實驗思想和實驗方法
在教學方法上應從灌輸式轉向啟發式，倡導以學員為主體的教學理念，改變以往以教員為中心的教學模式。在實驗教學中，教員主要講授實驗原理和實驗方法，實驗方案的選擇、實驗步驟的確定都由學員完成，這樣學員可以自主學習、獨立思考、自行設計、自主操作、自由發揮，極大地提高了他們的創新意識、創新思維能力。
3.從理想化的教學實驗轉變到真實環境的科學實驗，實現虛
擬實驗和實物實驗有機結合在校園網上建立了材料力學網絡虛擬實驗室，其建立完全改變了傳統材料力學實驗的教學模式。以前采用集中授課方法講授新理論、新知識，現在學員通過在網上登錄材料力學虛擬實驗室就可以完成實驗內容的預習；以前總是為繁瑣的實驗課預約而煩惱，現在學員通過網絡預約實驗，極大地提高了預約效率。學員可以在自主選擇的時間內完成實驗，再由教員進行必要的指導、講評和批復。
三、改革實驗教學質量評價體系，體現科學公正性
在實驗考核方面，過去評價的唯一標準是實驗報告，這樣的考核存在很大的弊端。對材料力學的考核方式做了一些大膽的嘗試：
1.材料力學實驗課可獨立設課，單獨考核
由于材料力學實驗沒有獨立設課，而是作為材料力學課程的一部分，導致部分學員不重視實驗課。為了約束不重視實驗課的學員，使實驗教學不再流于形式，必須足夠重視實驗課程。
2.改變過去以實驗報告作為實驗考核的唯一標準
實行出勤率、實驗態度、實驗預習、實驗操作、實驗報告及實驗理論考試相結合的綜合性考核方法。對于實驗考核成績的記入，考試成績（包括筆試和實際操作測試）占總成績的60%，平時成績（主要是出勤率、預習報告和實驗報告）占總成績的40%。這樣的實驗考核可以實現實驗教學質量的全過程監控。真正體現實驗成績的真實性和公正性，充分反映學員的綜合能力和創新能力，并同時具有可比性和可操作性。
3.針對不同類型的實驗提出不同的考核標準
目前材料力學實驗主要有三大類型：基礎性實驗、綜合設計性實驗和開放性實驗。因此根據課程特點，以及檢驗學員的實踐動手能力、綜合設計、創新開發能力的需要，針對不同類型的實驗提出了不同的考核標準。
4.在加強實驗課程考核的同時，還須加強學員實踐能力的階段性考核
針對具體專業學員的學習目標，可以在其四年學習過程中設置兩到三次實踐技能考核，分別考核學員的基本動手能力、綜合實踐能力與創新開發能力。動手能力考核可以采用實驗操作的形式；綜合實踐能力考核可以采用抽考具體的實驗項目的形式；創新開發能力考核可以采用綜合創新類實踐活動來實現。要求學員大學四年期間必須進行一次綜合創新類活動，如全國性的設計類競賽、科技創新活動等。總之，這些考核的目的是為了學員在實踐類課程教學環節中有明確的目的和任務，促使學員從實踐到理論、從感性到理性的轉變，提高實踐課的層次和實際效果，培養學員的力學素質、工程素質以及創新精神。
我是新疆大學的一名力學教師，在多年材料力學的教學中，我深刻地體驗到，材料力學實驗是材料力學課程重要的、不可缺少的組成部分，是實踐性教學和啟發性教學的重要環節，“而材料力學在工程技術人才培養中的重要性是不可動搖的”【1】。
在2010年年底，一次難得的機緣，我帶領學生去南京的東南大學，參加了由中國力學學會教育工作委員會、教育部高等學校力學教學指導委員會、力學基礎課程教學指導分委員會、高等學校國家級實驗教學示范中心工作委員會及力學學科組共同舉辦的“首屆全國大學生基礎力學實驗競賽”決賽，觀摩了內地一流大學材料力學實驗教學的規模與教學范式。那時我便感到，從諸多方面，我們新疆對材料力學實驗的重視程度及財力、人力的投入和內地一流大學存在著明顯的差距。同時，我也清楚地認識到，作為一名力學教師，自己付出的還遠遠不夠。
2011年5月，我申報了一項“新疆大學本科生科研實踐訓練項目”， 項目名稱為：《材料力學組合變形電測實驗研究》，主要創新任務是在已經開設的材料力學基本實驗（其中，“機測項目3個，為基本力學性能實驗，即拉伸、壓縮和扭轉；電測實驗項目1～3個，為材料彈性模量測定、梁純彎曲下的正應力測定”【2】和等強度梁電測實驗等。）的基礎上，帶領感興趣的三名大三學生開展兩項實驗，即：1.彎曲和扭轉組合變形實驗，2.偏心拉伸實驗。然而，在理論上看起來較為經典的實驗，具體做起來卻花費了我們很多的精力。但與此同時，大家卻對材料力學留下了深刻的印象，并對其產生了濃厚的興趣。
此后，我和同學們決定每周利用課余時間在力學實驗室聚會一到兩次，按照我們的計劃完成所申報的創新性實驗。首先，我們在一起將基本的拉、壓、彎、扭實驗重新再做一遍，包括了解和熟悉機器的基本操作和性能。在做的過程中盡量地讓學生自己動手完成，認真完成實驗報告。由于我們的設備是新買的幾臺液壓式萬能材料試驗機和電子萬能材料試驗機，整個操作全是靠電腦控制，因此，編程和調試機器也成為同學們必備的功課。同學們感覺到，以前上材料力學課做過的實驗就如同走馬觀花一樣，主要是老師帶著做，只是當作一項任務完成實驗而已。而現在，則需要自己動手了。在實驗中同學們感到，每一個細節及其先后都有其必然的道理和含義，這樣，大家既開動了腦筋，又增強了動手能力。由于對于所做實驗的目的和意義是站在強度理論的角度去理解的，這就使同學們有意識地注意實驗結果的對比，使他們加深了理論知識的鞏固與深化。
隨著暑假的來臨，我給同學們布置了假期回去后要復習的知識點和章節，包括：組合變形、強度理論、截面的幾何性質（尤其是慣性矩和慣性積的轉軸公式）和電測理論，這些任務是為開學后繼續做我們的創新實驗做準備的。開學后，我們小組總結了所要完成實驗的知識點，繼續完成接下的內容。實驗室有一臺舊的彎扭組合試驗器，由于材料力學課程的壓縮等原因，許多年已經沒有使用了。這次把它用于實驗中，先通過電測法得出了彈性模量和波松比，同學們自己小心翼翼地貼應變片和應變花，測出的結果和理論值相差最大為8%，“雖然超過了實際工程的容許誤差5%”， 【3】但8%的誤差中“還包括了實驗裝置本身、人為操作、以及應變片粘貼位置等方面的誤差，”【3】基本可以滿足實際工程精度的要求。貼應變片所用的各種材料都是同學們自己上街買的，這使我也體會到了集體的力量！
最后要完成的偏心拉伸實驗就有些復雜了，這也是一般學校很少做的實驗。實驗的難度正是當初‘首屆全國大學生基礎力學實驗競賽’決賽時的實驗題，我早在暑假時就已經將題目讓同學們帶回家思考了。試樣是我參加完比賽帶回來的，始終完好無損。為了制訂實驗方案，我們討論了幾個星期。其中，涉及到了許多知識點，包括：圣維南原理、形心主慣性矩、用積分法求慣性積、半橋法測多點應變、平面彎曲的概念、應變花測主應變及主應力等。同學們感覺到大賽的艱難和壓力，但也增強了自信心，對于用材料力學解決實際問題，有了進一步的認識和體會。
完成好實驗報告冊，然后，將實驗的內容以PPT的形式簡練地反映出來則是考驗同學們的耐心和細心的工作。為了準備較多的素材，我們在做實驗的過程中拍了一些相應的照片，將所比較的理論值與實驗值盡量地用表格的形式表現出來，減少文字、圖表和公式，盡力將所表達的內容清晰地展示出來。
同學們一致反映，通過近一年的創新實驗，大家收獲很大。“以材料拉伸壓縮試驗為例，課上只是對典型的塑性材料低碳鋼和脆性材料鑄鐵做測試，一般只提供標準試件，能夠測試出低碳鋼彈性模量E、屈服強度σs、抗拉強度σb、延伸率δ和斷后伸縮率ψ以及鑄鐵的抗拉壓強度即可，測試要求比較簡單，學生只是被動接受，很難有興趣”【4】。以前看似書本上的大段文字，現在已經活靈活現地變成了生動的知識和經驗，并且，大家也提高了解決實際問題的能力。我們小組也體會到了團隊精神：只有充分發揮各自的優點互補別人的不足，才能有和諧和力量。我們小組有漢族男生、女生，還有一名維吾爾族男生，作為指導老師，我是只說不做，只是提出問題，盡量少地回答問題，只有對最后較為正確的方法和結論給予肯定。同學們各自分工，完成自己力所能及的工作，有的在現場計算，有的貼應變片，有的測量數據，大家配合得很默契。有的同學說，除了做實驗以外，還學到了許多做人的道理，對自己將來的發展和規劃有了更為明確的目標和方向。
我覺得，我們的創新性實驗才邁出了第一步，我們和內地名牌大學的差距還很大，無論是在規模上還是水平上，還有與內地一流大學的交流機會等方面都較為落后，不是短短的幾年所能趕上的。但是，只要我們盡自己的力量，在人力、物力上多投入，一定會縮小之前的差距。材料力學創新實驗不僅增強了我的信心，也為同學們更好地學習材料力學課程起到了很好的示范作用。
參考文獻
【1】《“電測應力實驗”的實驗教學改革與實踐》邢世建 牛建豐，改革與探索，2010.No22；
【2】《材料力學實驗教學模式改革的探討》趙 冰 張 巖，中國現代教育裝備，第27卷第3期2010年3月；
【3】《薄壁圓筒彎扭組合實驗中彎曲切應力的測量》李鐘浩
一、引言
材料力學既是一門基礎科學,又是一門技術科學,是許多工程與科學的基礎。長期以來已經形成了相對穩定的課程體系,在幾十年的人才培養中發揮了重要作用。傳統的經典理論在現代工程和科學技術中仍廣泛被應用。這就決定了材料力學教學仍應以經典理論為主。但在科學技術日新月異的今天,在精簡學時的同時,必須改革材料力學課程體系、教學內容和方法,減少重復,增添與現代科技發展相適應的新內容,提高效率,保證質量,適應新時期的發展和要求。積極推進本課程的課程教學改革,對提高學生分析、研究、解決工程問題能力,提升專業素養十分重要。
多年來,材料力學教學大綱過分強調課程本身理論的系統性與完整性,注重公式的推導,與本專業相關課程的聯系較差,聯系工程實際問題不夠,尤其缺乏對學生將工程實際問題轉化為適當的力學模型的培養。
由于教學內容過多過繁,增加了學生接受和消化知識的困難,也不利于學生獨立思考和分析與解決問題能力的培養,更談不上培養學生分析解決工程實際問題的能力。
教學方法陳舊,課堂氣氛沉悶,力學知識本身的枯燥無味,再加上學生缺乏主動性與積極性,不能給學生留出充分的思維空間和討論空間,教學效果不理想,成績不佳,影響后續課程的學習。本文結合師范學院機械制造與自動化專業培養目標的特殊性,對材料力學課程的教學改革作如下的探討。
二、教學內容的重組
按原來的基本類型分章,把教材內容分為三大部分,第一部分為四種基本變形包括拉伸與壓縮、扭轉、剪切與擠壓、彎曲變形。第二部分為強度理論和組合變形。第三部分為壓桿穩定。四種基本變形用相同的研究方法重點介紹受力特征、變形特征、應力分布及強度校核理論,講授時注重工程實際問題的應用,著重培養學生熟練掌握用強度校核公式解決三類不同問題的方法。材料力學的研究對象也應從各向同性(單一的金屬材料)拓寬到復合材料上。在強度理論方面可以加入斷裂破壞準則。拉、壓、彎、扭及其組合變形是材料力學的基本內容,掌握這部分內容的關鍵就是準確進行各種變形的外力、內力、應力和變形的計算與分析,尋找危險點的極值應力。傳統的教學內容有它本身的整體性與系統性,重組后的內容要與傳統內容達成完美結合,還需要一個過程,這就需要在實際組織教學時進行大量的教學實踐和研究。
三、教學方法的改革
教學的目的,除了讓學生掌握材料力學的教學內容,還要讓學生掌握分析問題、解決問題的方法。不但教給學生知識,還應該教給學生獲取新知識、創造新成果的思維方式和思想方式,要使學生的思維活躍起來,求知欲強烈起來。所有這些都需要我們改變過去“填鴨式”的教學方法,針對機械專業學生的特點,以激發學生的求知欲、競爭欲和表現欲為目的,采取一定的措施來改革教學方法。
突出學生主體地位,培養學生的學習與應用能力。教學過程是教與學,教師是主導,學生是主體。教師不可能傳授給學生終生享受的知識和技能,但卻可以通過對學生能力的培養,傳授給他們學習與應用的能力。為了培養學生的學習能力,每章內容講授前,首先要讓學生預習,通過預習提出每章內容的重點、難點,并引導他們自己查資料解決問題,不僅培養學生的學習能力,還要培養學生的自學能力,突出學生學習的主體地位,充分調動學生學習的主動性、積極性。為了培養學生的應用能力,即分析解決問題的能力,材料力學教學除了按教材教學外,還將國內外新材料、新工藝、新技術等方面的知識滲透到教學中,擴大學生知識面,強化學生分析問題、解決問題的能力,使他們在走向工作崗位后對所學知識有較強的應用能力。
四、采用現代化教學手段,提高教學的效率與效果
充分利用材料力學課程的工程背景,利用多媒體技術,將工程實例生動地展現在學生面前,用動畫將抽象難懂的內容形象地表達出來,化解教學難點、縮短學生的認知過程;吸引學生的注意力,激發學生的學習興趣,學生基本上能當堂消化該節課的內容,大大地提高了課堂教學效率和效果。
五、加強實驗環節,提高學生實驗能力
實驗是材料力學教學的一個重要環節,是理論聯系實際的重要手段。目前的實驗指導書并沒有對實驗的全過程進行系統闡述,實驗報告多是填空式,對學生認知能力及動手能力的培養極為不利。為此,結合拉壓、扭轉、彎曲三大實驗,實驗前指導學生進行認真的準備,自己動手設計實驗方案;實驗過程中,讓學生認真觀察實驗現象,分析總結實驗結果,重點培養學生科學的工作方法,嚴謹的工作態度及踏實的工作作風;實驗完成后,由學生通過思考,按實驗規范自行設計、完成一份科學合理的實驗報告。通過實驗全過程的實施,讓學生清楚地知道實驗是科學研究的重要手段,使學生對材料力學知識有更加深入地了解。由此可見,實驗課可起到理論課起不到的作用,對于提高學生的綜合素質有很重要的意義。
六、結束語
材料力學的課程改革,是一項長期而又艱巨的任務。改革既要符合專業的培養目標,保證學生具有寬厚、扎實的基礎和基本的應用能力,又要積極穩妥,循序漸進。由于力學課程教學涉及面廣,各專業對力學課程教學的要求又不盡相同,所以改革應該分層次、分階段、有針對性地進行,要在探索中不斷總結經驗,逐步完善。所有的改革都應以發展學生智能,提高學生素質,培養高質量的應用型本科人才為出發點。
參考文獻:
[1]劉鴻文.材料力學第四版[M].北京:高等教育出版社.
[2]單輝祖.材料力學(Ⅰ、Ⅱ)[M].北京:高等教育出版社.
中圖分類號：G642.477文獻標識碼：A文章編號：1671―1580（2015）06―0077―02
為提高材料力學實驗的教學效果，培養學生工程素質和創新能力，國內很多高校從多個方面對材料力學實驗教學進行了改革和探索，主要包括以下幾個方面：（1）加大經費投入，完善實驗室硬件建設。（2）增加綜合、提高型實驗，提高學生思考能力和創新意識。（3）改革實驗教學方法，采用多種手段進行實驗教學，開放實驗室。（4）改革實驗成績評定方法，如采用筆試和實際操作相結合等方式綜合評定學生的實驗成績。上述改革方案主要對實驗室硬件、軟件、教學方式、考核方法等方面進行了改革，在一定程度上提高了實驗教學效果和人才培養質量。但由于不同學校在硬件、軟件、師資力量、培養對象方面都不盡相同，特別是對于大部分獨立學院，實驗設備和師資力量都相對缺乏，因此需要因地制宜，考慮多種因素，結合人才培養目標，找到適合自身發展的改革方向。
本文以江蘇科技大學蘇州理工學院為例，從學院現狀出發，在現有實驗設備和師資力量的基礎上，以提高學生工程素質和創新實踐能力為目標，從教學手段和考核方式兩方面開展材料力學實驗的教學改革，取得了一定成效。
一、改革的基本思路與方法
在實驗教學手段方面，打破傳統以教師講授和演示為主的模式，擺脫學生在實驗課上對教師的過分依賴。轉變思路，采取以學生為主，教師為輔的實驗教學模式，讓學生由被動接受轉變為主動探究，提高學生做實驗的積極性，培養學生獨立工作與思考的能力。做實驗之前，教師提前布置任務，要求學生對實驗內容進行預習，熟知實驗原理、方法、步驟，并完成預習報告。做實驗時，教師只對實驗過程中需要注意的問題做簡單介紹，如安全問題、大型儀器操作注意事項等，實驗過程則交給學生獨立完成。要順利完成實驗，學生需要在實驗課前對實驗內容進行詳細了解，對實驗用到的理論知識能夠較好地理解并掌握，同時對實驗設備的性能、操作方法、操作步驟熟記于心。通過實驗，學生可以進一步復習和鞏固所學的相關理論知識，熟悉一些基本實驗儀器的操作，掌握材料力學實驗研究的方法。在實驗過程中，學生可以充分發揮自己的主觀能動性，掌控實驗進程，得到更多的動手實踐機會。學生的獨立工作能力、動手能力和工程素質都能得到培養。
為了提高學生的創新能力，在基本驗證型實驗的基礎上，開設綜合、提高型實驗供學生選修。這部分實驗以開放性實驗的形式開設，主要面向少數優秀學生。與基本實驗相比，綜合、提高型實驗對學生的理論知識、動手能力和創新思維都提出了更高的要求。實驗前，教師首先對必要的理論知識進行培訓，然后提出實驗要求，學生根據實驗設備和要求自行擬定實驗方案。對于綜合、提高型實驗，實驗方案往往不只一個，需要學生利用所學知識，確定合理的方案。實驗結束后，需要學生進行數據處理與分析，撰寫實驗報告，并對實驗過程中存在的問題進行討論。通過開放性實驗，學生的綜合能力進一步得到了提高，創新實踐能力也得到了鍛煉。
在實驗成績評定方面，改變以往以實驗報告作為實驗成績評定的唯一依據，采取多種評判手段，調動學生做實驗的積極性，提高教學效果。在實驗過程中，教師重點考察學生實驗的操作過程，對學生實驗操作是否規范、實驗步驟是否正確、實驗結果是否有效進行評判和考核，該成績作為實驗總評成績的一部分。要取得好的成績，學生需在實驗前做好充分的準備工作，實驗時要有積極主動的心態，把所有精力都集中在實驗上。這樣可以有效調動學生做實驗的積極性，保證實驗完成的質量，提高實驗的教學效果。學生完成實驗后，除了按要求完成實驗報告，還要對實驗過程進行小結，對實驗中存在的問題以及實驗完成后的收獲和心得進行討論，這部分內容作為實驗總評成績的另一部分。在實驗過程中，或多或少都會遇到一些問題，甚至會出現實驗失敗，結果無效。在遇到問題時，如何尋找合適的方法解決問題；實驗失敗時，如何補救或者吸取經驗教訓，這是對學生實踐能力的又一考驗，也是培養學生工程素質一個重要方面。通過實驗小結，學生可以進一步加深對實驗的理解和感受，理清思路，提高認識。
二、改革的實踐與成效
根據實驗室現有設備，我院共開設了四個材料力學基礎實驗：
實驗一：低碳鋼和鑄鐵的拉伸實驗，采取分組實驗的方法，每組4～5人。由于實驗涉及到使用大型設備電子萬能試驗機，因此實驗前教師首先對試驗機的操作規程以及需要注意的問題做了簡單講解。整個實驗由學生獨立完成，教師只負責監督與評判。為使學生詳細了解實驗步驟和方法，我們編寫了與現有實驗設備完全配套的實驗指導書，學生只要按照實驗指導書中的步驟進行操作，便可順利完成實驗。從實驗結果來看，大部分學生都能按照要求完成實驗，但也有部分學生預習工作沒有到位，對實驗要求不是很明確。在實驗過程中也出現了一些問題，如學生操作失誤導致試驗機無法啟動、試件安裝不到位等，甚至有的學生因為直接把試件拉斷而沒有記錄任何數據。這時，教師需進行必要的指導，指出存在的問題，讓學生自己思考，尋找解決的方法。通過這樣一個過程，既鍛煉了學生獨立思考、解決問題的能力，又培養了學生的工程素質。
實驗二：低碳鋼和鑄鐵的扭轉實驗，由于實驗設備數量有限，主要以教師演示為主。
實驗三：純彎曲實驗，采用電測法，要求學生2人一組進行實驗。實驗前教師主要對電測法原理進行講解，實驗過程仍然由學生獨立完成，主要考察學生對電阻應變儀的操作以及實驗數據的記錄與處理。實驗過程中也暴露出一些問題，如有的學生測量前沒有對應變儀初始讀數進行清零，有的學生讀數時遺漏了應變的正負號，有的學生對應變儀的功能不熟悉，不會切換測點等。教師在監督檢查時，需指出存在的問題，要求學生進行改正。如果問題較多或者錯誤比較嚴重，則需重新進行實驗。
實驗四：彎扭組合實驗，同樣采用電測法，2人一組進行實驗。經過上個實驗的訓練，學生對應變儀的操作已比較熟悉，學生動手的積極性較高，實驗過程一般比較順利。
實驗完成后，學生完成實驗報告，并寫出實驗小結，對實驗過程中遇到的問題以及實驗完成后的心得進行討論。由于實驗小結的得分會計入實驗總評成績，因此大多數學生都能認真對待。在實驗小結中，很多學生都表示通過實驗增長了知識，鍛煉了自己的動手能力。有些學生對實驗過程中所犯的錯誤和存在的問題進行了分析，一些學生還提出了比較好的建議。總之，通過小結，學生進一步加深了對實驗的理解和認識。
在基本實驗的基礎上，我院開設了疊合梁的純彎曲實驗作為開放選修實驗，供少數優秀學生選修。疊合梁由鋁和鋼兩種不同的材料粘結而成，需要學生測定純彎曲時梁橫截面上的正應力分布，并推導理論計算公式。與基本實驗相比，該實驗的完成有一定難度，在指導老師的幫助下，學生順利完成了實驗。通過實驗增強了學生的綜合實踐能力和創新能力。
[參考文獻]
[1]溫利紅，高金良，沈曉梅.材料力學實驗教學的改革與創新[J].嘉興學院學報，2006（06）.
[2]劉萍華.20年來我國材料力學實驗課程教學改革文獻綜述[J].力學與實踐，2009（06）.
材料力學是一門專業基礎課[1]，是基礎課和專業課之間的橋梁，一方面它以高等數學、物理學和理論力學等課程為基礎，另一方面，它又是其它專業基礎課（如結構力學、彈性力學等）和專業課（鋼結構、鋼筋混凝土結構、土力學與地基基礎等）的基礎。材料力學這門課程，不但為后續的專業設計課程（如鋼結構設計、鋼筋混凝土結構設計等）提供必需的基礎知識和計算方法，而且其研究方法對工科學生在校和離校后的學習和工作，也有著重要的意義。
作者在材料力學教學中，結合本科學生的特點，對如何在教學中加強素質教育和培養創新能力進行了一些探索，取得了一定效果。
1.改進教學方法和手段
傳統的材料力學教學方法一般都是“黑板+ 粉筆”，講得過多、過全、過細，耗費學時較多[2]。在目前高等教育體制和課程設置改革的大背景下，材料力學的授課學時被大量削減，此時若還是按照傳統教學方法進行授課，勢必滿足不了新的教學大綱要求，教學方法和手段必須改進。
在教學中，作者采取少而精的原則，將一些最重要、最基本的概念、理論和分析方法教給學生，始終堅持理論聯系實際，將工程實際問題貫穿于理論知識的講解中，并舉一反三使學生盡快掌握這些內容，為以后節省學時奠定基礎。
比如，在土木工程中常用到受壓和受彎構件（如柱、梁、板），受扭構件則較少用到，所以對于土木專業來說，構件基本變形部分應以軸向拉（壓）和彎曲變形為教學重點，對這部分內容的教學也比較詳細。又如，土木工程中的結構大都是超靜定結構，這類結構的求解也應作為一個教學重點，需要反復舉例演練，所選擇的例題和作業最好也與專業相關。這樣不僅能夠達到良好的教學效果，而且能夠培養學生解決本專業工程實際問題的能力，為學生以后的工程實踐打下基礎。
在教學中，將實際工程的一些現象與材料力學理論結合起來，通過理論聯系實際更好的理解知識，引發學生的學習興趣。例如：上課時可以讓同學們抬頭觀察教室房屋的混凝土大梁，思考為什么矩形截面的大梁是豎放而不是平放的；利用梁橫截面正應力分布規律解釋為什么鑄鐵梁截面關于中性軸非對稱；可以在課堂上用粉筆的拉伸破壞和扭轉破壞，自然引導學生理解和掌握兩種破壞形式特點。通過這些生活實例，使同學們感覺這些力學知識離自己這么近，覺得材料力學并不深奧，而是與生活和工程實際密切聯系在一起。
2.加強材料力學實驗
材料力學實驗課是材料力學課程的重要組成部分，是理工科專業技術基礎課的基本實踐教學環節。材料力學實驗課程的設置[3]，一方面要滿足課程教學要求，另一方面要更注重學生的綜合素質和創新性能力的培養。修訂原來的材料力學實驗教學計劃和大綱，減少演示性實驗，提高綜合性、設計性實驗的比例。側重三個階段的培養，即實驗觀察能力的培養、實驗基本技能的培養、獨立實驗能力的培養。
強化學生的主體地位，強調實驗前預習的重要性。可布置學生在實驗前事先看實驗指導書以及與此相關的其他課程資料，事先利用多媒體技術將仿真實驗以錄像的形式放映給學生觀看，讓學生從中發現問題，帶著問題來上實驗課。鼓勵學生積極參與課堂討論，嘗試用自己的方法去獨立解決問題，再與老師規定的方法相比較，討論每種方法的優缺點，提高學生動手的信心，從實驗中尋求答案。這樣能夠促進學生去分析、解決問題，無形中培養了學生的創新能力。
通過該實踐教學環節，鞏固所學知識，加深對材料力學基本理論的認識，掌握材料的力學性能、測試方法與應力測量的基本方法，培養學生的動手能力，培養學生綜合應用理論與實驗手段解決工程問題的能力。
3.改進考核方式
材料力學一直以來大都采取單一的閉卷筆試方法，這樣雖然在一定程度上能反映學生知識掌握的程度，但具有一定的片面性，沒辦法反映學生對材料力學這門課程綜合理解的能力，識別不出學生的創造力和實際操作能力。因此，在考核方式上，分別采用了閉卷筆試、課后作業、課堂提問、實驗操作、實驗報告等多種方法相結合，符合課程內容特點的考試方法。不僅減少了學生作弊現象的發生，還起到了促進學生學習的作用。
參考文獻：
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.02.055
2011年教育部下達了實施“關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見”的通知，主要目的是針對當前我國工程教育培養過程中，理論教學環節薄弱、學生動手能力差的現狀；要求改變現有的灌輸式教學，形成創新教育的氛圍，進一步推動工程教育教學改革，提高工程教育的教學質量。①
材料力學實驗是土木、材料和機械等工科類專業的必修基礎課，是進一步加深學生對材料力學的認知、鞏固材料力學的基本概念、樹立嚴謹科學態度、培養學生創新精神、增強工程實踐能力、提高學生綜合素質的重要環節。②近幾年隨著高校學生人數的不斷增加，相應配套的實驗教學儀器設備不足、新的儀器設備購置時間漫長等一系列問題的出現，導致高校實驗教師往往要投入大量時間來應付，因此嚴重影響了實驗教學過程，從而很難實現優質高效的實驗教學效果，更談不上通過實驗教學提升學生的綜合能力。
目前，大多數高校的材料力學實驗教學遵循這樣的步驟：首先由教師講解本次實驗的內容、儀器操作流程以及注意事項，隨后向學生演示實驗過程；然后學生按照演示的步驟完成實驗過程；最后記錄并整理數據，提交實驗報告。在整個實驗教學過程中，學生只是按照教師或教材的指導機械地完成操作儀器，對于實驗目的、實驗現象所反映的問題缺乏深入的思考，實驗做完后很多學生只知其然不知其所以然。尤其是在材料力學實驗中對金屬材料彈性模量和泊松比測定需要用到電測法，然而初學者對力學實驗中出現的電學原理和方法一下子很難接受，并且很難跟其所掌握的理論知識相結合。整個材料力學實驗完成以后，由于學生對實驗原理的理解不夠透徹，無法提高和加深對理論知識的掌握與運用。
1 電測法的基本原理
電阻應變測量簡稱電測法，其原理是在被測物體表面的力學量、物理量等非電量變化通過傳感元件轉換成電量變化的一種實驗方法（如圖1所示）。電測法作為應變測試方法中的一種在材料力學實驗教學中經常用到，根據電學原理金屬絲在受到拉伸或壓縮時，其截面面積會發生微小變形從而使電阻發生變化，通過信號采集器將電量轉變為變形量。進行實驗前，首先將電阻應變片，用特殊的膠合劑粘貼在被測物體上，當試件受到載荷作用發生變形時，電阻應變片中的電阻絲隨之一起變形，導致電阻絲長度及截面積的改變，從而引起其電阻值的變化。可見，電阻的變化與應變有一定的對應關系。通過電阻應變儀，就可測得相應的變化。利用胡克定律就可求得應力值。③
2 金屬材料彈性模量和泊松比測定實驗中運用電測法出現的問題
彈性模量和泊松比是反映材料性能的重要參數，是材料本身固有的兩個常數，是衡量材料產生彈性變形難易程度的兩個重要物理量，也是設計各種工程結構時選用材料的主要依據之一，因此對材料的彈性模量和泊松比這兩個參數的準確測量顯得非常重要。④一般構件受載，表面上的點處于平面應力或平面應變狀態。通常采用拉伸實驗來測定材料的彈性模量，在材料的彈性范圍內，應力與應變成正比關系，即 = ，從而可以得到彈性模量 = /。大多數的材料在受到拉力作用時，不但沿著材料的長度方向發生變形，同時橫向發生短縮的橫向變形。由材料力學可知，在彈性變形范圍內，橫向變形 和縱向變形 成正比關系，這一比值稱為材料的泊松比，一般以表示，即 = | / |。⑤
筆者一直以來承擔著全校14個工科專業的材料力學實驗教學，絕大部分學生通過材料力學實驗，以及材料力學、工程力學等專業理論課的學習，學生對彈性模量和泊松比的概念有一個初步的理解，但是在實驗測量過程中為何要用到電測法，以及如何實現力學實驗與電測法相結合，并不能完全理解，對如何把力學的量（應力、應變）用電學的方法表達這個原理還一知半解，無法很快接受并做到融會貫通。為了讓學生盡快地理解并掌握電測法原理，并與材料力學實驗充分地相結合，筆者在教學過程中經過不斷嘗試，取得了一些教學體會。
3 運用電測法在材料力學實驗教學中的體會
3.1 從理論到實驗的切入
為了讓學生對電測法這一原理有更清楚、更直觀的認識，筆者在進行材料力學實驗課教學時，先從所要測定的材料兩個基本物理量入手，先引入彈性模量的概念，再結合學生已學的理論知識 = ，得出 = /。以圖2為例， = /， = / 。若能求得應力、應變，則彈性模量很容易就得出。荷載是在實驗過程中施加的外力，可由壓力傳感器測得，橫截面面積可以用 = 椎貿觶渲形約嶠孛嬋磯齲嶠孛婧穸取J約腦た梢圓飭康貿觶衷詰奈侍饈塹越錐蔚摹∫蛭芐。苣延媚殼暗牟飭渴侄尾飭砍隼矗雜？= / 這個公式無法求得。從而引入了電測法求解。
3.2 電測法如何與實驗相結合
講解電測法，先從應變片的構造介紹，當粘貼在試件表面的應變片跟隨試件一起變形時，應變片的電阻絲會因其變形而發生電阻的變化 / = ?，而值是應變片敏感系數，出廠時廠家會標定。因此應變與電阻的變化率之間存在一個比例關系，通過電阻應變儀就可以根據電阻的變化率和靈敏系數直接把應變值采集出來，由于應變片與試件緊密粘貼在一起，此時應變片的應變就代表應變片粘貼部位試件的應變值。這樣，學生就可以明白為何引入電測法，以及電測法的工作原理，等他們自己動手實驗的時候思路就可以非常清晰，對數據的處理也可以比較準確。
4 結束語
筆者在近幾年的材料力學實驗教學過程中，不斷探索教學方法，經過一些嘗試，發現在材料力學實驗中，首先介紹學生的理論知識，讓學生有一個回顧，然后再啟發學生在實驗中如何用理論公式求解相應的參數，再慢慢引入電測法，讓學生一步步理解了實驗的原理，后期學生自己動手實驗時思路比較清晰，處理數據比較準確，整個實驗過程中師生互動較好，達到材料力學實驗教學的目的，提高了學生分析問題、動手解決問題的能力。
注釋
① 徐國強，胡玉林.材料力學實驗教學模式改革的探索和實踐[J].高校實驗室工作研究，2011（4）：36-37.
② 鄭艷，莫時旭.PBL教學法在材料力學實驗教學中的應用[J].中國電力教育，2013（11）：139-140.
（College of Pipeline and Civil Engineering of China University of Petroleum，Dongying 257061，China）
摘要： 提出了目前材料力學實驗教學中存在的幾個問題，結合實際情況提出了幾點創新，提出要更新傳統材料力學實驗教學模式，重視基礎實驗的延伸，按專業類單獨設課，實行開放性實驗和網上選課等創新方法。
Abstract: The thesis advanced the questions of the experiments of mechanics of materials at present, advanced a few new theories combining the reality of school, such as renewing the traditional methods of the the experiments of mechanics of materials, attaching importantce to the extend of the basic experiments and arranging the curriculum according to the subjects, opening the laboratories to the students and selecting the curriculum by internet.
關鍵詞： 材料力學實驗 創新
Key words: the experiments of mechanics of materials；innovotion
中圖分類號：G42文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）27-0140-01
0引言
在《材料力學》科學發展史中，實驗促進了材料力學理論的發展，同時由于材料力學的理論是建立在將真實材料理想化、實際構件典型化、公式推導假設化基礎上的，他的結論是否正確以及能否在工程中應用，都只有通過實驗驗證才能確定。
1材料力學實驗教學現狀
1.1 材料力學實驗教學水平落后實驗教學一直處于理論教學的從屬地位，試驗方法單一，只注重拉伸、壓縮、電測等幾個基礎實驗教學。教學設備、內容方法陳舊，測試技術和手段落后，學生所學材料力學知識與工程實際不能同步，學習興趣不大。材料力學實驗大部分為基礎實驗。以材料拉伸壓縮試驗為例，課上只是對典型的塑性材料低碳鋼和脆性材料鑄鐵做測試，一般只提供標準試件，能夠測試出低碳鋼彈性模量E、屈服強度?滓s、抗拉強度?滓b、延伸率?啄和斷后伸縮率?鬃以及鑄鐵的抗拉壓強度即可，測試要求比較簡單，學生只是被動接受，很難有興趣。
1.2 現有的材料力學實驗教學指導書不能與新進的實驗設備同步材料力學實驗設備――特別是電測設備更新是比較快的，這樣就要求實驗教材必須與設備的更新同步。
1.3 學生對實驗課的認識存在誤區由于材料力學實驗是非獨立實驗，實驗成績所占該門課程的總成績比例較小，對期末成績影響不大，形成了重理論、輕實驗的思想。
材料力學實驗大部分為分組驗證試驗，許多同學認為只要會做實驗就可以了，甚至有些學生認為實驗課上不上無所謂，實驗報告的處理也是拿別人的數據照抄應付。
1.4 各學校的實驗教學水平參差不齊一些學校由于投入等原因，可能連基本實驗還難以保證。一些學校則開發了設計性、綜合性、開放性的實驗，以及相應的實驗裝置等。有些學校還開發了新的實驗設備，并獲得了具有自主知識產權的實驗設備專利。這些都是近年來我國高等學校教育教學改革所取得的成果。
2實驗教學的幾點創新
2.1 授課中穿插力學史，激發學生興趣比如在講述電測實驗時，可介紹電阻應變計測試技術起源于19世紀。1856年，W?湯姆遜（W?Thomson）對金屬絲進行了拉伸試驗，發現金屬絲的應變與電阻的變化有一定的函數關系；惠斯登電橋可用來精確地測量這些電阻的變化。1938年，E?西門斯（E?Simmons）和A?魯奇（A?Ruge）制出了第一批實用的紙基絲繞式電阻應變計。
2.2 重視基礎實驗的延伸以材料力學性能測試為例，可以使測試材料多樣化，除碳鋼、鑄鐵兩種材料以外再提供塑料、鋁合金、木材、玻璃等多種材料，有條件話，還可以使用各種新型材料。要求學生分別測試不同材料的性能指標，通過比較，自己得出結論。同種材料不同截面（圓截面、矩形截面等）、不同尺寸，讓學生結合理論課知識自己測算標距，求出所有參數。通過這種脫離只提供標準試件的模式，使簡單、枯燥的材料性能試驗多樣化，活潑化，可以讓更多的學生動起手來，從而提高學生的實驗興趣。
彈性模量E和泊松比?滋分別在材料的拉伸試驗和電測實驗中測得。這兩個參數的測試方法很簡單，學生一般在老師講授完后很容易就能測定出來，由于操作簡單，學生做完實驗后很容易忘記他們是如何測得的，也很少有學生去研究實驗原理。在學完了電測實驗后，可鼓勵學生自己動手粘貼應變計，研究如何接橋，利用電阻應變儀把彈性模量E和泊松比?滋在拉伸試驗機上測試出來。
2.3 更新傳統材料力學實驗教學模式，探索新的高效直觀的教育方法實行傳統教學與多媒體教學相結合的教育模式。該校工程力學實驗中心從2007年開始在幾位老師的精心努力下，開發了一套直觀、形象的材料力學實驗多媒體教學課件，在實驗課板書教學中通過穿插多媒體課件，大大激發了學生對材料力學實驗的興趣。為了改變以往材料力學實驗設備陳舊和測試手段落后的現狀，從2002年開始在原有液壓萬能試驗機的基礎上，陸續引進了新型的電子萬能試驗機若干臺；陸續淘汰了舊的、低效的電阻應變儀和配套組合裝置，開始使用操作簡單、自動化程度高、數據處理方便的電測儀器。
2.4 實行開放性實驗和網上選課系統給學生充足的時間和空間，突破材料力學實驗教學的傳統方式，實現全面開放實驗室，建立相對獨立的實驗教學體系，打破班級授課制，開發網上選課系統，讓學生自己在網上選課，按分散式教學模式組織實驗教學。全面開放實驗室，調動學生的主觀能動性，使每個學生都有動手操作機器的機會，提高儀器設備的使用率。同時實驗室開放能最大限度地利用實驗室資源，實驗室開放后，學生自己選擇實驗項目，實驗的頻率和實驗循環的節奏由學生自己調節，這使得實驗室的容量大幅度提高，實驗用房得到充分的利用。
2.5 加強實驗室建設要更新觀念、提高效率，拋棄固有、陳舊的管理模式，選拔一批愛崗敬業，有高度責任心和事業心的優秀青年來充實實驗室隊伍。重視實驗教師的培訓，多與國內外知名高校交流，提高實驗教師的業務素質。
3總結
材料力學實驗實驗課是一門技術基礎課，在工科院校中占有相當重要的位置。但是，受多種因素的影響，力學實驗教學設備陳舊，內容枯燥乏味，學生難有興趣。傳統的材料力學實驗內容遠遠達不到培養學生實驗技能的目的，也跟不上科技發展的步伐。因此，對實驗內容必須進行大膽的改革和創新。
參考文獻：
1 研究現狀
材料力學的拉伸破壞實驗是一個非常經典的傳統實驗，主要內容是讓學生自己動手作低碳鋼和鑄鐵的拉伸破壞實驗，觀察這兩種材料在拉伸時受力過程中的各種形變以及破壞現象，測量這兩種材料的相關力學指標。通過這個實驗，主要是為了增加學生對金屬材料在拉伸時其力學性質的感性認識，但該實驗課存在一個主要問題，就是學生學到的新知識少。因為在課堂教學和教材里對低碳鋼和鑄鐵拉伸實驗都有詳細的介紹，拉伸過程中的各種現象和其機械性能在課堂上也都已講解，所以實驗基本上是重復教材上的內容，是驗證性實驗。學生通過這個實驗除了熟悉萬能試驗機的使用外，沒有更多的新東西學，知識點少，需要思考的問題也少。實驗過程中也只是指導老師介紹實驗目的和原理以及試驗機的操作方法，強調需要觀測的現象和需記錄的實驗數據，再讓學生動手實驗，試件一破壞，結果一算，就算完成實驗，這樣做，學生是在被動完成實驗過程，興趣不高，獨立動手的能力也差，理論和實踐也不能聯系，所涉及的材料力學原理及定律也不熟悉。還有就是平時講述的相關內容也往往也不能引起學生的重視，應付實驗課，交完實驗報告了事，對金屬材料拉伸在工程實際運用當中的作用也認識不深，實驗效果不佳。之所以存在這類現象，主要是實驗課的內容設置不太合理，與工程實際聯系不夠深、不夠廣，實驗可用性不強；實驗課時偏少；實驗指導書編得過于詳細，不利于學生發揮、創造。還有就是教學中有重課堂，輕實驗；重理論，輕實踐的思想。我們對材料力學的拉伸實驗教學進行了教改嘗試，是為了讓該實驗由學生被動的學習變為主動學習的課堂，給學生留出更多的創造性思維空間，鍛煉學生動手能力，訓練學生的觀察力以及思考問題和總結的方法，并從中學到課本以外的知識，提高學生的綜合素質。
2 拉伸實驗教學改革方案
為了激發學生的好奇心與學習興趣，提高學生實際動手能力，使學生主動地參與到實驗中，開拓視野、提高創新思維。結合我院的實際情況，一方面，我們利用多媒體技術制作了這兩種材料逼真的拉伸實驗演示動畫，在課堂上介紹材料機械性質時，通過動畫的演示可以很形象地展現低碳鋼和鑄鐵拉伸過程中的各種現象及各參數的測定，使學生在做實際的拉伸實驗之前對實驗方法和測試內容有了更深的了解和直觀的印象，大大增強了后續的實驗課程的實際教學效果，提高了實驗教學質量。另一方面，在進行的新拉伸實驗方法中，我們的拉伸實驗材料不再是常用的低碳鋼和鑄鐵這兩種材料，而是改為鋁合金、黃銅、PVC、環氧樹脂、有機玻璃等現代工程上常用的且在機械性質上有很大特點的材料，改變實驗教學內容，把驗證性實驗變為學習新知識、研究新問題的一個重要環節。
