基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題與實(shí)踐論文
摘要：傳統(tǒng)本科生基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式對(duì)于工程能力培養(yǎng)有欠缺，改革基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生工程能力培養(yǎng)勢(shì)在必行。結(jié)合力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐，介紹了在基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中革新教學(xué)體系、完善實(shí)驗(yàn)考核方式、加強(qiáng)國(guó)家規(guī)范在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用等舉措，對(duì)在基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)工程能力進(jìn)行了有益探索。
關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；工程能力培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)規(guī)范
工科大學(xué)是工程師的搖籃，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大學(xué)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(xué)是工科院校學(xué)生最早接觸到的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密[2]。力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了滿足理論課教學(xué)的需要外，還應(yīng)成為提高學(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是作為材料力學(xué)、理論力學(xué)等課程的理論驗(yàn)證和理論學(xué)習(xí)的補(bǔ)充，目的是加深對(duì)理論課的理解。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)力學(xué)課程教學(xué)起到了一定作用，但手段單一，內(nèi)容簡(jiǎn)單，對(duì)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力培訓(xùn)力度不夠，與真正的工程實(shí)踐要求相距甚遠(yuǎn)[3-6]。因此，革新力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，加強(qiáng)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)尤為迫切。
一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題
傳統(tǒng)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為輔助手段安排在力學(xué)課程教學(xué)的相關(guān)章節(jié)后面，主要是驗(yàn)證某一理論假設(shè)或結(jié)論，實(shí)驗(yàn)?zāi)康膯我弧?shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要是按理論課的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺乏實(shí)驗(yàn)技能系統(tǒng)訓(xùn)練。一般實(shí)驗(yàn)課安排為2或4學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)設(shè)置較死板。實(shí)驗(yàn)課既是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程又是實(shí)驗(yàn)考核過程，缺乏實(shí)驗(yàn)考核手段，實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定僅以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)，沒有針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的專門考核環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)作為輔助手段的定位，難以引起學(xué)生足夠的重視，許多學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)深度不夠甚至不預(yù)習(xí)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)帶有很大的盲目性。為了在規(guī)定的課時(shí)完成教學(xué)計(jì)劃，實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生圍著教師轉(zhuǎn)，在教師統(tǒng)一的思路下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生缺乏獨(dú)立解決問題的.積極性。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書對(duì)具體實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟編排過于詳細(xì)、具體，甚至實(shí)驗(yàn)報(bào)告表格都為學(xué)生設(shè)計(jì)好，學(xué)生完全根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的步驟和內(nèi)容，按部就班進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)報(bào)告千篇一律。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，感覺枯燥無味，壓抑了學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，限制了的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐
為了適應(yīng)工科學(xué)校對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與工程能力的要求，對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了改革。結(jié)合新版教學(xué)大綱修訂，將原材料力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)和理論力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)結(jié)合，為機(jī)械制造與設(shè)計(jì)專業(yè)獨(dú)立開設(shè)力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課。該實(shí)驗(yàn)課程與理論力學(xué)、材料力學(xué)安排在同一學(xué)期，在后半學(xué)期開課，24學(xué)時(shí)，單獨(dú)考核。課程內(nèi)容設(shè)置如表1所示。實(shí)驗(yàn)課程劃分為3個(gè)相關(guān)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)專題：材料性能測(cè)定、靜力效應(yīng)分析和振動(dòng)效應(yīng)分析。在材料性能測(cè)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(cè)定方法，實(shí)驗(yàn)中獲取脆性材料強(qiáng)度指標(biāo)，測(cè)定塑性材料模量、強(qiáng)度和相關(guān)塑性指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過程中強(qiáng)調(diào)不同材料在不同作用下的破壞形態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生思考其破壞機(jī)理。在靜力效應(yīng)分析中，以電測(cè)實(shí)驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，分別依次進(jìn)行純彎曲實(shí)驗(yàn)、薄壁圓筒彎扭組合變形測(cè)定實(shí)驗(yàn)、彈性常數(shù)及未知重量實(shí)驗(yàn)。通過純彎曲實(shí)驗(yàn)，學(xué)生初步掌握應(yīng)變電測(cè)實(shí)驗(yàn)方法。在薄壁圓筒彎扭組合變形測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生掌握通過實(shí)驗(yàn)分析力學(xué)問題的思路和基本步驟。在測(cè)定彈性常數(shù)及未知重量實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了測(cè)定未知材料彈性模量和一個(gè)未知重量砝碼的實(shí)際重量等內(nèi)容，進(jìn)一步訓(xùn)練解決實(shí)際問題能力。動(dòng)力學(xué)問題是理論力學(xué)課程的重要內(nèi)容，振動(dòng)實(shí)驗(yàn)分析在動(dòng)力學(xué)分析中應(yīng)用廣泛。在振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中設(shè)置加速度傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，結(jié)合理論力學(xué)動(dòng)力學(xué)知識(shí)，介紹加速度傳感器振動(dòng)響應(yīng)的接收原理。通過加速度傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，學(xué)生掌握振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的使用方法。安排了振動(dòng)系列實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)剛度、阻尼、固有頻率、共振、振型等概念和現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步介紹振動(dòng)特性在工程隔震和動(dòng)力消振中的應(yīng)用。課程概論重點(diǎn)介紹力學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法，力學(xué)實(shí)驗(yàn)在科學(xué)研究和工程實(shí)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(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為考核題目，以工程任務(wù)形式布置給學(xué)生，只介紹實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的工程背景、實(shí)驗(yàn)裝置和注意事項(xiàng)[8]。學(xué)生根據(jù)所學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)以4人為一組在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主完成實(shí)驗(yàn)過程，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)發(fā)布[7]，是在全國(guó)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(shí)踐中從事實(shí)驗(yàn)技術(shù)工作，必須遵循國(guó)家的相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中往往按力學(xué)理論教材組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的應(yīng)用重視不夠，力學(xué)教學(xué)實(shí)踐中對(duì)這此予以加強(qiáng)。將國(guó)家規(guī)范中相關(guān)概念和實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用在材料力學(xué)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程。將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010中“術(shù)語和定義、符號(hào)和說明”、“試樣”等內(nèi)容融入實(shí)驗(yàn)講義中拉伸實(shí)驗(yàn)概念一節(jié)，遵照規(guī)范規(guī)定編排試驗(yàn)中原始橫截面測(cè)定和原始標(biāo)距標(biāo)記方法、斷后伸長(zhǎng)率、屈服強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率測(cè)定方法等。講解彈性模量測(cè)定時(shí)，參考了GB/T22315-2008；講解實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果時(shí)，參考了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-200220及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8170-2008的修約內(nèi)容。通過實(shí)驗(yàn)規(guī)范學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉常用實(shí)驗(yàn)規(guī)范并掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)范的一般使用方法，培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)過程中自覺遵守實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的工程意識(shí)，提高工程師素養(yǎng)。
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