基于科研实践活动的材料力学综合实验教学改革与实践郑敏敏--中国期刊网

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基于科研实践活动的材料力学综合实验教学改革与实践郑敏敏

发表时间：2020/5/20 来源：《基层建设》2020年第3期作者：郑敏敏

[导读] 摘要：将材料力学的三个实验合并为一个综合性实验，并对教学方法和手段进行改革，取得了更好的教学效果，不仅使学生认识到材料力学性能检测的重要性及其相互联系，而且使学生分析和解决材料力学实际问题的能力得到提高。

        兰州理工大学技术工程学院甘肃省兰州市 730300
        摘要：将材料力学的三个实验合并为一个综合性实验，并对教学方法和手段进行改革，取得了更好的教学效果，不仅使学生认识到材料力学性能检测的重要性及其相互联系，而且使学生分析和解决材料力学实际问题的能力得到提高。
        关键词：材料力学；综合实验；教学改革；
        前言：材料力学实验是针对我校材料类、机械类、土木类专业材料力学、工程力学等课程开设的理论性和实践性较强的专业实验，多数学生在理解上存在一定的难度，导致实验效果很不理想。因此，急需解决的主要问题是对实验教学方法和手段进行改进，以调动学生积极性，提高教学质量。借鉴他校和他人改革思，从实验个数的设置、实验试件的选取、学生在实验中的地位等三个方面入手，对材料力学实验进行改革，取得了更好的教学效果。
        1 明确实验教学目的优化实验教学模式
        高校在设置各类实验项目时，其目的在于重点培养大学生对所学专业课知识的理解和运用，同时通过基于科学思维的综合训练，强化学生创新意识和创新能力。因此，提升实验教学效果，首先要明确并合理设置实验教学目的。而实验教学目的是通过一定数量的基础实验、不同阶段的综合实验和创新实验实现的。这个过程中，科学的实验教学内容和实验教学模式在培养学生实际操作能力中起到关键作用。首先，对诸如等强度梁、悬臂梁、弯扭组合梁等传统电测实验内容进行讲解，学生经过训练并掌握一定实验技巧之后，指导教师改变原有“做一遍，仿一遍，写一遍”的教学模式，主要做了以下创新实践：以实验室现有铸铁、碳钢、尼龙、木材等材料为主，学生5人一组，团结合作，充分发挥主观能动性，自主选择、设计、机械加工成不同类型结构件，并对其特征点进行应变片粘贴和布线。经过受力和数据测试，分析不同结构件在使用过程中的力学分布和变化趋势，并给出设计结构中存在问题和改进措施，最后撰写研究报告。例如，在材料力学经典实验—低碳钢和铸铁的拉伸实验环节中，学生之前仅仅像“听响声”一样完成各部分实验，数据和图像也是计算机给出，缺乏主动思考过程。针对这一现象，实验中心整合力学类课程相关教师，结合材料科学四要素（组织、性能、加工、应用）关系，以组织与力学性能特征关系作为实验目的，优化和丰富实验教学模式，将金相分析断口分析和硬度测试打包为综合实验，并在部分学生中试行。通过在不同实验室（纯弯曲正应力应力电测实验室、拉压扭实验室、压杆稳定实验室）观察典型金属材料组织结构、力学性能、断口特征等，分析各参数相互关系，学生对材料四要素理解和实际操作能力明显加强，科研兴趣和创新意识显著提高。
        2 引入科研项目建立创新思维
        自1999年高校扩招以来，中国高等教育进入大众化阶段，但这种跨越式发展也带来了诸多问题，如教学质量降低，学科建设不足，就业困难，专业之间、高校之间发展不平衡等。党的十八大以来，高等教育的综合改革不断深化，教育部和各级教育部门、高校都出台相关文件和政策，要求要保证扩招后的教育质量。在阐述培养什么人才、怎样培养人才的重要性的同时，提出强化学生创新精神和实践能力，早进实验室参与科研项目。科学研究作为高校重要职能之一，但实际操作主要集中在教师和研究生阶段，本科生很难接触或进行有效的科研实践活动。
        （1）在前期优化实验教学模式的基础上，结合教师科研项目研究方向，挑选2～3个研究内容，供学生自由报名选择，指导教师根据学生参加科研工作和取得的进展情况作为创新创业模块学分。
        （2）科研小组每周进行一次科研工作汇报和交流，提出下一阶段工作目标；经过一段时间的资料收集和文献阅读之后，各组撰写类似“开题报告”的实验工作预案。
        （3）材料制备与加工、分析检测、绘图等工作完全由学生自主完成，并自学相关设备操作和软件分析（如JADE5.0和ORIGIN8.0等），同时各组推选一名学生为低年级学生做一场科研工作报告会。
        （4）最后的撰写实验报告改为提交调研报告，并按照毕业论文格式撰写，应有详尽的研究目的、意义、方法内容、实验与分析过程、结论等环节。

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        3 教学改革的成效
        3.1 促进了学生及时吸收、灵活运用和更新知识
        综合实验对每个学生的知识来说都是一个全面的测试。通过专业综合实验的训练，学生不仅可以掌握一定的知识和技能，而且可以掌握一定的学习方法，这促进了学生对知识的及时吸收。在实验过程中思考分析，发现问题，要解决发现的问题，就要运用学过的知识和技能，这促进了学生对知识的灵活运用。在解决问题的过程中，学生需要学会分析，学会发现，学会学习，这促进了学生对知识的迅速更新。
        3.2 培养了学生的独立自主个性和团结协作精神
        要完成综合实验，首先需要每位学生独立自主，整个综合实验独立完成，没有给出固定路线，只求获得最佳效果，这就缩短了课堂教学与生产实际的距离。学生在整个实验训练过程中，要逐渐养成评价和批判的习惯，勇于评价甚至批判自己和别人得出的结果。同时，要完成综合实验，也需要学生之间的团结协作，要通过同学们的相互交流、沟通、启发和帮助，借助于集体的力量，才能顺利的完成整个实验。
        3.3 提高了学生分析与解决生产实际问题的能力
        综合实验对每个学生的能力来说都是一个全面的锻炼。学生不仅需要选择实验方法，自己动手操作，还要分析实验结果，得到实验结论，必要时还要推翻原定实验方案，从头再来一遍，直至完成实验任务。这在提高学生分析问题和解决问题能力的同时，也提高了学生的工程意识以及主动适应社会需求的能力，综合素质和创新能力都会得到一定程度的提高。
        4材料力学综合实践作业的教学实践
        由于课程教学时数不断减少，在时间安排上，一般一次综合实践作业占用3学时的课内时间。其中1学时用于布置任务、讲解基本要求，确定分组和组内分工，明确小组负责人和完成时间节点，最后占用2学时进行实验操作。其余为课外时间完成，包括学生查阅资料、完成作业、辅导答疑等。这样做到了课内教学与课外学习的有益结合。一般一学期有2～3次综合实践作业，在教学过程中，结合每学期的实际情况及项目情况，每年的内容和要求会略有不同。由于综合实践作业难度较大、要求较高，每次作业按学生自愿的原则结合学生学习程度分组，一般 4～ 6人一组，要求小组内明确分工与合作。小组分工包括查阅文献、建立模型、计算、绘图完成报告、制作答辩PPT等。考核是综合实践作业的另外一个重要环节，作为课程的一个重要组成部分，综合实践成绩被记入课程考核内容。考核内容包括：小组分工情况，考察每个学生参与程度及完成工作量；完成一份作业总结报告，报告内容要求条理清楚，详尽描述小组分工、完成过程、研究思路、研究方法和结论；项目答辩，要求每组派一个代表汇报答辩，其余学生接受问询考核，对每位学生分别给分。
        在综合实践作业的实施过程中，大部分学生能积极配合，学有余力的学生在图书馆和网上查阅大量文献，并在与教师的交流过程中学习到大量课堂以外的知识；也有少量学生不很热心，浑水摸鱼。另外，综合实践作业占用学生大量的课外时间，需要进一步合理安排课堂教学与课外教学的时间关系。在考核内容和考核方式以及激励措施方面，材料力学综合实践作业的教学实践还需进一步完善。
        结语：材料力学综合实验的教学改革取得了一定的成效，现已获得校方和学生的认可，但仍存在一些缺点和不足，今后还要在一些方面加以改进，比如：增加实际工件或试件，进一步缩短课堂教学与生产实际的距离；利用多媒体手段，加强形象化教学；加强实验的开放性力度，等等。
        参考文献：
        [1]温淑莲.土力学综合性实验教学模式研究[J].实验室科学，2016，19（04）：142-144.
        [2]黎春林.应用型本科院校土力学实验教学方法探索[J].铜陵学院学报，2014，13（01）：115-117.
        [3]马丹萍.土力学实验教学改革视域下的实验室建设[J].科技创新导报，2017，14（36）：222-223.
        课题项目：2019年甘肃省高等学校创新能力提升项目：2019A-187；
        甘肃省高等教育教学成果培育项目：205