材料力學實驗的開放性探究范文

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摘要：為了探討遼寧工業大學材料力學實驗室在實驗教學中的開放性研究，充分利用材料力學實驗室已承擔的土建學院研究生實驗和教師科研實驗任務，從中提煉出適合土建專業本科生的實驗內容，將其充實到材料力學開放性實驗中去，這既豐富了開放性實驗內容又提高了實驗設備的利用率。在完成開放性實驗的同時，達到了豐富本科生的專業知識，提高本科生科研能力的目的。

關鍵詞：材料力學；開放性實驗；開放性研究；開放性實驗內容

一、材料力學開放性實驗改革的意義

材料力學是土建，機械，材料等工科專業的技術基礎課。材料力學實驗是材料力學理論形成的基礎，也是檢驗理論和解決實際問題的依據。材料力學實驗是理論課程的重要補充，是后續各門專業課程學習的基礎，直接關系到學生對專業知識的認知程度和專業興趣的培養[1]。傳統的材料力學實驗課處于理論課的附屬地位,由于實驗條件、師資力量和經費等方面的限制，實驗內容多為演示、驗證型實驗,而設計、創新型實驗較少。通常表現為一個班級在同一時間完成相同的實驗,實驗課上教師進行詳細的講解與指導,實驗指導書內容很詳細,學生實驗時完全是“照本宣科”,屬于被動的學習狀態。這種教學方式的不足之處是,在很大程度上抑制了學生主觀積極性，不利于對學生進行創新能力的培養[2-3]。學校各個專業開設的材料力學實驗內容基本相同，多為經典的力學理論的驗證。使得實驗教學目標與各個專業的工程實際偏離甚遠，無法跟上行業發展和技術革新的腳步。實驗內容和方法比較單一，缺乏創意，與后續的專業課程脫節。以班級為單位的實驗教學方式，因為受設備臺套數和實驗時間的限制，對于部分實踐探索能力強的學生，無法在課堂充分鍛煉其實際動手能力，很難做到因材施教。基于上述原因，本實驗室通過對材料力學實驗的開放性改革，采用增加本科生開放性實驗，研究生實驗對外開放和增加本科生對一線教師科研項目參與度等實驗教學內容，輔以微課、虛擬仿真實驗教學平臺等新型實驗教學方法，解決傳統材料力學實驗設計性、科研創新性實驗不足的問題，使得實驗教學與工程實際和專業發展結合得更加緊密。這不僅能調動學生參與的積極性，而且能較為全面地培養和鍛煉學生的工程技術能力和素養，有利于實踐型、創新型人才的培養。

二、材料力學開放性實驗改革的內容

（1）指導學生完成開放性實驗。在課余時間，學生在教師的講解和引導下,自己有目的地閱讀學習本專業相關的知識和實驗標準,然后自己去設計實驗題目，完善實驗內容和程序，獨立完成一個項目或任務。這樣做的結果可以充分發揮學生的主觀能動性和創造力，有利于培養學生發現、分析、解決問題的能力。通過共同完成實驗能夠培養學生的團隊協作能力。（2）本科生與研究生共享部分研究生實驗資源。利用各個專業的研究生實驗中涉及到新材料力學性能的檢測內容，作為本科生材料力學實驗的有益補充。在研究生進行這個實驗階段的研究時，選擇優秀的本科生以“實驗助手”的形式充實到研究生實驗中去。這樣既解決了傳統材料力學實驗與學生所學專業脫節的弊端，使實驗緊密結合工程實際和先進專業技術，又解決了研究生實驗力量不足的問題。（3）結合大學生創新創業項目，指導學生設計制作力學研究使用的傳感器及動態采集系統，加深學生對電測原理的理解，提高實踐創新能力。（4）組織部分優秀本科生參與到一線教師所主持科研項目的實驗研究部分，既充實了實驗力量，又可以使學生對科研有初步的認識，開闊了眼界，增強了實踐能力。（5）通過微課、虛擬仿真實驗教學平臺等資源的使用，提高學生對材料力學實驗所使用大型設備的操作技能。

三、材料力學開放性實驗改革實施方案

（1）在材料力學實驗課的教學進程初期，給學生做開放性、設計性材料力學實驗的介紹，激發學生興趣，統計有參與意向的學生名單。（2）統計開放性實驗項目情況，了解本學年利用材料力學實驗室進行力學實驗研究的教師與研究生信息，選取合適的開放性實驗項目。（3）組織土木專業本科生參與到開放性實驗、研究生實驗、大學生創新創業項目和教師科研項目的實驗環節中去。學生獨自設計實驗內容,安排實驗程序，記錄實驗數據，完成開放性實驗報告。（4）建立開放性實驗教學成績的考核機制。如果實驗教學全憑學生的興趣和熱情來完成實驗，而對學生沒有考核約束的話，實驗效果會受到一定程度的影響。要根據實驗的難度和本專業的結合度、學術先進程度和實驗完成情況，對學生進行考核。考核分為5個方面：實驗準備和方案設計、實驗操作、實驗進度、實驗報告質量、出勤情況。實驗準備和方案設計可以體現學生對所學專業知識的理解程度及本行業發展現狀的了解程度。實驗操作和實驗進度體現了學生對設備的操作能力和實驗實施能力。實驗報告的質量體現了學生學術研究能力，能否在實驗中發現問題、解決問題。出勤情況是對學生實驗態度的考核。最后綜合上述五個方面，對每位參與實驗的學生進行考核評分。

四、材料力學開放性實驗改革實施案例

實驗室根據遼寧工業大學土木建筑工程學院的專業特點，面向土建專業本科學生開設了《基于WiFi數據傳輸的力-位移動態測量系統在機械載荷作用下混凝土劈裂實驗的應用》實驗。本次實驗對混凝土在機械載荷作用下的劈裂現象進行研究，與土建專業結合緊密。實驗中大量應用無線動態采集系統，位移傳感器，軸力傳感器、微機控制電子萬能試驗機等材料力學實驗檢測手段，使兩個專業緊密結合。在實驗過程中充分利用研究生實驗資源，把本次開放性實驗作為研究生實驗《水壓力環境下混凝土斷裂試驗研究》的組成部分，其中單獨機械載荷作用下的混凝土斷裂實驗由研究生和參與開放性實驗的土建專業本科生共同完成。實驗數據共享，各自獨立完成實驗研究報告，這樣既能節省實驗資源，又能更好地完成實驗教學效果。通過實驗所采集到的曲線準確計算確定機械載荷作用下混凝土的起裂荷載、失穩載荷、起裂韌度和失穩韌度，對機械載荷作用下混凝土的劈裂現象進行研究。

五、材料力學開放性實驗改革仍需改善的內容

（1）本科生參與的實驗切入點得合理選擇。從每年已有的研究生實驗和教師科研項目中，選擇涉及新材料力學性能的實驗內容，作為開放性實驗的選題。（2）爭取專業教師對本項目的支持。多申請力學方面的開放性實驗項目，開放自己在研的科研項目，讓本科生參與到實驗研究中去。爭取研究生導師和研究生對本項目的支持。開放本專業與力學研究有關的研究生實驗環節，供本科生參與實踐。六、材料力學開放性實驗改革特色與創新本教改項目的特色在于用開放性實驗去補充傳統材料力學實驗的不足，增加了學生參與綜合性、設計性和科學研究性實驗的機會。開放性實驗是以學生為實驗設計和實施主體，有利于培養學生對實驗的積極性和主動性，有利于提高學生的創新能力和實踐能力。開放性實驗內容專業性強，更接近科研和工程實際，學生能夠多研究與所學專業更接近的實驗內容，有助于提高學習材料力學實驗的興趣。開放性實驗的實驗時間靈活，提高了材料力學實驗室實驗設備的利用率。以土建專業的學生為例，充分利用材料力學實驗室已承擔的土建學院研究生實驗和教師科研實驗任務，從中提煉出適合土建專業本科生進行材料力學實驗的內容，在完成開放性實驗的同時，豐富了本科生的專業知識，提高了本科生的科研能力。

參考文獻：

[1]李旭.材料力學實驗教學改革－－開放性實驗教學研究[J].才智,2012(28)：306-307．

[2]耿翠珍.材料力學實驗教學改革初探[J].浙江樹人大學學報,2014(2)：83-86．

[3]張應紅,孫永厚,景暉,等.卓越工程師培養計劃背景下材料力學實驗改革與實踐[J].實驗技術與管理,2014(5)：222-224．

作者：趙辛；王勇；劉華新 單位：遼寧工業大學