基礎(chǔ)力學實驗教學問題與實踐論文
摘要：傳統(tǒng)本科生基礎(chǔ)力學實驗教學方式對于工程能力培養(yǎng)有欠缺，改革基礎(chǔ)力學實驗教學，加強學生工程能力培養(yǎng)勢在必行。結(jié)合力學實驗教學改革實踐，介紹了在基礎(chǔ)力學實驗教學中革新教學體系、完善實驗考核方式、加強國家規(guī)范在實驗教學的應用等舉措，對在基礎(chǔ)力學實驗教學中培養(yǎng)工程能力進行了有益探索。
關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)力學；實驗教學；工程能力培養(yǎng)；實驗規(guī)范
工科大學是工程師的搖籃，實驗教學是大學生工程師素質(zhì)養(yǎng)成和工程能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)[1]。力學是工科院校學生最早接觸到的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，與工程實踐聯(lián)系緊密[2]。力學實驗教學除了滿足理論課教學的需要外，還應成為提高學生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神與工程能力的重要手段。傳統(tǒng)的本科生力學實驗教學是作為材料力學、理論力學等課程的理論驗證和理論學習的補充，目的是加深對理論課的理解。這種實驗教學模式對力學課程教學起到了一定作用，但手段單一，內(nèi)容簡單，對學生實際動手能力培訓力度不夠，與真正的工程實踐要求相距甚遠[3-6]。因此，革新力學實驗教學體系，加強學生工程能力的培養(yǎng)尤為迫切。
一、實驗教學存在的問題
傳統(tǒng)的力學實驗教學作為輔助手段安排在力學課程教學的相關(guān)章節(jié)后面，主要是驗證某一理論假設(shè)或結(jié)論，實驗目的單一。實驗教學內(nèi)容主要是按理論課的需要進行設(shè)計，缺乏實驗技能系統(tǒng)訓練。一般實驗課安排為2或4學時，實驗課時設(shè)置較死板。實驗課既是實驗教學過程又是實驗考核過程，缺乏實驗考核手段，實驗成績評定僅以實驗報告為依據(jù)，沒有針對實驗教學的專門考核環(huán)節(jié)。實驗作為輔助手段的定位，難以引起學生足夠的重視，許多學生實驗預習深度不夠甚至不預習，進行實驗時帶有很大的盲目性。為了在規(guī)定的課時完成教學計劃，實驗課上學生圍著教師轉(zhuǎn)，在教師統(tǒng)一的思路下進行實驗操作，實驗過程中學生缺乏獨立解決問題的.積極性。實驗指導書對具體實驗原理、實驗步驟編排過于詳細、具體，甚至實驗報告表格都為學生設(shè)計好，學生完全根據(jù)實驗指導書上的步驟和內(nèi)容，按部就班進行，實驗報告千篇一律。這種實驗教學模式下，學生處于被動狀態(tài)，感覺枯燥無味，壓抑了學習興趣和學習積極性，限制了的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。
二、實驗教學改革實踐
為了適應工科學校對培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神與工程能力的要求，對力學實驗教學體系進行了改革。結(jié)合新版教學大綱修訂，將原材料力學課程實驗和理論力學課程實驗結(jié)合，為機械制造與設(shè)計專業(yè)獨立開設(shè)力學綜合實驗課。該實驗課程與理論力學、材料力學安排在同一學期，在后半學期開課，24學時，單獨考核。課程內(nèi)容設(shè)置如表1所示。實驗課程劃分為3個相關(guān)的力學實驗專題：材料性能測定、靜力效應分析和振動效應分析。在材料性能測定中，介紹脆性材料和塑性材料在軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)、剪切作用下材料性能測定方法，實驗中獲取脆性材料強度指標，測定塑性材料模量、強度和相關(guān)塑性指標。實驗過程中強調(diào)不同材料在不同作用下的破壞形態(tài)，引導學生思考其破壞機理。在靜力效應分析中，以電測實驗方法為基礎(chǔ)，分別依次進行純彎曲實驗、薄壁圓筒彎扭組合變形測定實驗、彈性常數(shù)及未知重量實驗。通過純彎曲實驗，學生初步掌握應變電測實驗方法。在薄壁圓筒彎扭組合變形測定實驗中，學生掌握通過實驗分析力學問題的思路和基本步驟。在測定彈性常數(shù)及未知重量實驗中，設(shè)置了測定未知材料彈性模量和一個未知重量砝碼的實際重量等內(nèi)容，進一步訓練解決實際問題能力。動力學問題是理論力學課程的重要內(nèi)容，振動實驗分析在動力學分析中應用廣泛。在振動實驗中設(shè)置加速度傳感器標定實驗，結(jié)合理論力學動力學知識，介紹加速度傳感器振動響應的接收原理。通過加速度傳感器標定實驗，學生掌握振動測試系統(tǒng)的使用方法。安排了振動系列實驗，加強對振動系統(tǒng)剛度、阻尼、固有頻率、共振、振型等概念和現(xiàn)象的認識，并進一步介紹振動特性在工程隔震和動力消振中的應用。課程概論重點介紹力學實驗基本方法，力學實驗在科學研究和工程實踐中的重要作用，以及該課程與理論課程之間的聯(lián)系。將具體設(shè)計性實驗項目作為考核題目，以工程任務形式布置給學生，只介紹實驗項目的工程背景、實驗裝置和注意事項[8]。學生根據(jù)所學實驗知識以4人為一組在規(guī)定的時間內(nèi)自行設(shè)計實驗方案，自主完成實驗過程，形成實驗報告。教師根據(jù)學生實驗操作過程和實驗報告評定實驗成績。國家標準是由國家標準化主管機構(gòu)批準發(fā)布[7]，是在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一的技術(shù)要求，是技術(shù)往來的技術(shù)語言和技術(shù)依據(jù)。在工程實踐中從事實驗技術(shù)工作，必須遵循國家的相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標準。傳統(tǒng)的力學實驗教學中往往按力學理論教材組織實驗教學，對國家標準規(guī)范的應用重視不夠，力學教學實踐中對這此予以加強。將國家規(guī)范中相關(guān)概念和實驗方法應用在材料力學性能測定實驗教學過程。將國家標準GB/T228.1-2010中“術(shù)語和定義、符號和說明”、“試樣”等內(nèi)容融入實驗講義中拉伸實驗概念一節(jié)，遵照規(guī)范規(guī)定編排試驗中原始橫截面測定和原始標距標記方法、斷后伸長率、屈服強度、規(guī)定非比例延伸強度、抗拉強度、斷面收縮率測定方法等。講解彈性模量測定時，參考了GB/T22315-2008；講解實驗測定結(jié)果時，參考了國家標準GB/T228-200220及國家標準GB/T8170-2008的修約內(nèi)容。通過實驗規(guī)范學習，使學生熟悉常用實驗規(guī)范并掌握實驗規(guī)范的一般使用方法，培養(yǎng)在實驗過程中自覺遵守實驗標準規(guī)范的工程意識，提高工程師素養(yǎng)。
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