材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性探究范文

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摘要：為了探討遼寧工業(yè)大學(xué)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的開(kāi)放性研究，充分利用材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室已承擔(dān)的土建學(xué)院研究生實(shí)驗(yàn)和教師科研實(shí)驗(yàn)任務(wù)，從中提煉出適合土建專(zhuān)業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將其充實(shí)到材料力學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)中去，這既豐富了開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容又提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率。在完成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，達(dá)到了豐富本科生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提高本科生科研能力的目的。

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)；開(kāi)放性研究；開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

一、材料力學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)改革的意義

材料力學(xué)是土建，機(jī)械，材料等工科專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)理論形成的基礎(chǔ)，也是檢驗(yàn)理論和解決實(shí)際問(wèn)題的依據(jù)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是理論課程的重要補(bǔ)充，是后續(xù)各門(mén)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)知程度和專(zhuān)業(yè)興趣的培養(yǎng)[1]。傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課處于理論課的附屬地位,由于實(shí)驗(yàn)條件、師資力量和經(jīng)費(fèi)等方面的限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為演示、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),而設(shè)計(jì)、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)較少。通常表現(xiàn)為一個(gè)班級(jí)在同一時(shí)間完成相同的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)課上教師進(jìn)行詳細(xì)的講解與指導(dǎo),實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)內(nèi)容很詳細(xì),學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)完全是“照本宣科”,屬于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)。這種教學(xué)方式的不足之處是,在很大程度上抑制了學(xué)生主觀積極性，不利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2-3]。學(xué)校各個(gè)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本相同，多為經(jīng)典的力學(xué)理論的驗(yàn)證。使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)與各個(gè)專(zhuān)業(yè)的工程實(shí)際偏離甚遠(yuǎn)，無(wú)法跟上行業(yè)發(fā)展和技術(shù)革新的腳步。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法比較單一，缺乏創(chuàng)意，與后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課程脫節(jié)。以班級(jí)為單位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，因?yàn)槭茉O(shè)備臺(tái)套數(shù)和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，對(duì)于部分實(shí)踐探索能力強(qiáng)的學(xué)生，無(wú)法在課堂充分鍛煉其實(shí)際動(dòng)手能力，很難做到因材施教?；谏鲜鲈?，本實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性改革，采用增加本科生開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，研究生實(shí)驗(yàn)對(duì)外開(kāi)放和增加本科生對(duì)一線(xiàn)教師科研項(xiàng)目參與度等實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，輔以微課、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，解決傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性、科研創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)不足的問(wèn)題，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際和專(zhuān)業(yè)發(fā)展結(jié)合得更加緊密。這不僅能調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性，而且能較為全面地培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的工程技術(shù)能力和素養(yǎng)，有利于實(shí)踐型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

二、材料力學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)改革的內(nèi)容

（1）指導(dǎo)學(xué)生完成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。在課余時(shí)間，學(xué)生在教師的講解和引導(dǎo)下,自己有目的地閱讀學(xué)習(xí)本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),然后自己去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目，完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和程序，獨(dú)立完成一個(gè)項(xiàng)目或任務(wù)。這樣做的結(jié)果可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的能力。通過(guò)共同完成實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。（2）本科生與研究生共享部分研究生實(shí)驗(yàn)資源。利用各個(gè)專(zhuān)業(yè)的研究生實(shí)驗(yàn)中涉及到新材料力學(xué)性能的檢測(cè)內(nèi)容，作為本科生材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充。在研究生進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的研究時(shí)，選擇優(yōu)秀的本科生以“實(shí)驗(yàn)助手”的形式充實(shí)到研究生實(shí)驗(yàn)中去。這樣既解決了傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)脫節(jié)的弊端，使實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合工程實(shí)際和先進(jìn)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，又解決了研究生實(shí)驗(yàn)力量不足的問(wèn)題。（3）結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)制作力學(xué)研究使用的傳感器及動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)，加深學(xué)生對(duì)電測(cè)原理的理解，提高實(shí)踐創(chuàng)新能力。（4）組織部分優(yōu)秀本科生參與到一線(xiàn)教師所主持科研項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)研究部分，既充實(shí)了實(shí)驗(yàn)力量，又可以使學(xué)生對(duì)科研有初步的認(rèn)識(shí)，開(kāi)闊了眼界，增強(qiáng)了實(shí)踐能力。（5）通過(guò)微課、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等資源的使用，提高學(xué)生對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)所使用大型設(shè)備的操作技能。

三、材料力學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)改革實(shí)施方案

（1）在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)進(jìn)程初期，給學(xué)生做開(kāi)放性、設(shè)計(jì)性材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的介紹，激發(fā)學(xué)生興趣，統(tǒng)計(jì)有參與意向的學(xué)生名單。（2）統(tǒng)計(jì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目情況，了解本學(xué)年利用材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的教師與研究生信息，選取合適的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。（3）組織土木專(zhuān)業(yè)本科生參與到開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、研究生實(shí)驗(yàn)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和教師科研項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中去。學(xué)生獨(dú)自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,安排實(shí)驗(yàn)程序，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。（4）建立開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績(jī)的考核機(jī)制。如果實(shí)驗(yàn)教學(xué)全憑學(xué)生的興趣和熱情來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，而對(duì)學(xué)生沒(méi)有考核約束的話(huà)，實(shí)驗(yàn)效果會(huì)受到一定程度的影響。要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的難度和本專(zhuān)業(yè)的結(jié)合度、學(xué)術(shù)先進(jìn)程度和實(shí)驗(yàn)完成情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核?？己朔譃?個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度、實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量、出勤情況。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和方案設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解程度及本行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的了解程度。實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)設(shè)備的操作能力和實(shí)驗(yàn)實(shí)施能力。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)術(shù)研究能力，能否在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。出勤情況是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)態(tài)度的考核。最后綜合上述五個(gè)方面，對(duì)每位參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)分。

四、材料力學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)改革實(shí)施案例

實(shí)驗(yàn)室根據(jù)遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，面向土建專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生開(kāi)設(shè)了《基于WiFi數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧?位移動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)在機(jī)械載荷作用下混凝土劈裂實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用》實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)混凝土在機(jī)械載荷作用下的劈裂現(xiàn)象進(jìn)行研究，與土建專(zhuān)業(yè)結(jié)合緊密。實(shí)驗(yàn)中大量應(yīng)用無(wú)線(xiàn)動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)，位移傳感器，軸力傳感器、微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)手段，使兩個(gè)專(zhuān)業(yè)緊密結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中充分利用研究生實(shí)驗(yàn)資源，把本次開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)作為研究生實(shí)驗(yàn)《水壓力環(huán)境下混凝土斷裂試驗(yàn)研究》的組成部分，其中單獨(dú)機(jī)械載荷作用下的混凝土斷裂實(shí)驗(yàn)由研究生和參與開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的土建專(zhuān)業(yè)本科生共同完成。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享，各自獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告，這樣既能節(jié)省實(shí)驗(yàn)資源，又能更好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)所采集到的曲線(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)算確定機(jī)械載荷作用下混凝土的起裂荷載、失穩(wěn)載荷、起裂韌度和失穩(wěn)韌度，對(duì)機(jī)械載荷作用下混凝土的劈裂現(xiàn)象進(jìn)行研究。

五、材料力學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)改革仍需改善的內(nèi)容

（1）本科生參與的實(shí)驗(yàn)切入點(diǎn)得合理選擇。從每年已有的研究生實(shí)驗(yàn)和教師科研項(xiàng)目中，選擇涉及新材料力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，作為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的選題。（2）爭(zhēng)取專(zhuān)業(yè)教師對(duì)本項(xiàng)目的支持。多申請(qǐng)力學(xué)方面的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開(kāi)放自己在研的科研項(xiàng)目，讓本科生參與到實(shí)驗(yàn)研究中去。爭(zhēng)取研究生導(dǎo)師和研究生對(duì)本項(xiàng)目的支持。開(kāi)放本專(zhuān)業(yè)與力學(xué)研究有關(guān)的研究生實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，供本科生參與實(shí)踐。六、材料力學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)改革特色與創(chuàng)新本教改項(xiàng)目的特色在于用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)去補(bǔ)充傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的不足，增加了學(xué)生參與綜合性、設(shè)計(jì)性和科學(xué)研究性實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)是以學(xué)生為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施主體，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，更接近科研和工程實(shí)際，學(xué)生能夠多研究與所學(xué)專(zhuān)業(yè)更接近的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有助于提高學(xué)習(xí)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間靈活，提高了材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率。以土建專(zhuān)業(yè)的學(xué)生為例，充分利用材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室已承擔(dān)的土建學(xué)院研究生實(shí)驗(yàn)和教師科研實(shí)驗(yàn)任務(wù)，從中提煉出適合土建專(zhuān)業(yè)本科生進(jìn)行材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，在完成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，豐富了本科生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提高了本科生的科研能力。

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作者：趙辛；王勇；劉華新 單位：遼寧工業(yè)大學(xué)