夏兴有++邹广平++曲嘉
摘要：本文依据多年实验教学经验，分析材料力学实验的教学现状及存在的问题，提出实验教学改革的新理念，优化实验教学内容体系，改革实验教学方法，提高材料力学实验教学质量，培养创新型人才。
关键词：材料力学；实验教学；教学改革
作为一门工科专业学生的技术基础课，材料力学实验课可以使学生对所学的力学理论有更深入的理解。该实验课要求学生亲自动手操作实验设备，学生在上课期间还可交流学习实验的方法，能够培养大学生的动手能力以及解决实际问题的能力 。材料力学实验内容具有深厚的工程背景，有利于培养学生理论联系实际，提出、分析和解决实际工程问题的能力。然而，现有的教学模式、教学方法过于简单，教学内容陈旧，严重制约学生能力培养。为此，必须进行材料力学实验改革，提高材料力学实验的教学质量。通过丰富实验内容等方式，提高学生的动手能力和创新意识 。
1 材料力学实验课程主要存在的问题
材料力学实验课程主要存在以下几个问题：实验内容单调，内容与工程实际脱节。因此学生做实验的积极性并不高；材料力学具有丰富的内涵知识，但学生大多对其重视程度不足；材料力学实验内容总体不够丰富，尤其缺少综合性实验和带有一定设计性的实验，原有的实验内容操作容易、非常简单，不能引起学生的学习兴趣，与大学物理以及电工等实验相比，材料力学实验完成实验报告时理论计算少，学生错误地认为材料力学实验不严谨；由于材料力学实验的需要，很多实验项目用都是大型的仪器和设备。实验仪器严重缺乏，教学设备不能及时更新，导致学生分组人数过多，很多学生处于只能“看”实验的被动局面，现代教学大多使用多媒体等现代化的技术手段，但我们的实验教材还没能很好地与其结合在一起。
2 材料力学实验改革
2.1 转变实验教学理念
原有的实验教学大多只重视理论教学，轻视实验教学环节，我们要摒弃这种陈旧的观念，树立起实验教学与理论教学并重且协调发展的全新观念。这种教学氛围要在教师和学生之间形成。同时，充分认识到实验环节在高校教学和科学研究中的重要支撑作用。
明确实验教学的目的：实验教学环节不仅能传授专业知识和技能，同时能提高学生的动手能力和创新意识，学生们运用所学的专业知识发现问题、分析问题、解决问题。提升学生理论联系实际的能力，也是实验教学的意义所在。力学教育家Stephen P.Timoshenko曾说过：“理论分析和实验结果在材料力学研究中具有同等重要的地位，材料力学的历史是理论和实验二者最好的融合。”
2.2 优化实验教学内容体系
充分考虑到培养大学生的基本实验技能、创新设计能力、工程实践能力和科学研究等能力，根据专业培养方案，构建科学严谨的实践教学内容体系。构建以强化学生动手实践能力、创新设计能力和自主学习能力培养为核心的材料力学实验教学内容体系，依据力学学科发展的需要，添加新的实验内容。优化实验教学内容，使不同专业的学生都能享有优质的实验教学资源，强化学生的基础力学素质培养，全方位地培养学生创新意识和创新能力。
构建多个实验教学层次。即：经典实验层次、综合设计实验层次、创新实验层次和科研实验层次。经典实验层次主要针对材料力学实验中的金属材料拉伸、压缩、扭转等实验，学生掌握电子万能试验机和扭转试验机等设备的操作方法，对经典实验的基本原理更加熟悉，同时也能进一步地培养学生们观察、记录以及处理实验所得数据等方面的能力；综合设计实验层次主要包含两个方面：设计性和综合性实验。在实验室中，学生通过进行较复杂的实验探索及研究，可实现对其动手能力的进一步培养，同时让学生在掌握实验方法的同时，着重对实验过程进行全面理解和对实验结果进行深入的分析与探索，从而得出正确的结论；创新性实验层次开设的主要目的是通过综合运用所学知识，提高学生在解决实际生活中的工程问题能力；科研实验层次是利用教师科研课题转化成教学实验项目对学生开放的一种实验方式，对象是工程力学专业的学生，学生根据兴趣以及毕业设计选择研究方向和课题，进入教师科研实验室工作，学生在这个过程中得到很好的锻炼和提升。
2.3 改革实验教学方法
2.3.1基于创新能力培养的实验教学方法
以研究型实验为载体，为学生搭建创新平台。在此过程中学生要对研究内容有深入了解，总结搜集信息，规划研究计划，执行实验流程，记录实验结果，剖析处理实验数据，最后以论文的形式呈现，也可以自主创新，通过不同的形式给出实验结果。这种实验研究既可以培养学生主动探索的精神，又能培养学生遇到难题时的处理能力。为了配合这种实验教学方法的实施，力学实验室研制和开发多种小型设备，包括“小型疲劳试验机”“一点应变花测量仪”和“积木式组合实验台”等。这些仪器的研制给学生创造了极大的遐想空间，使其充分发挥创造力，同时还能提高学生的实际操作能力。通过亲身对实验仪器的操作，学生的动手能力得到锻炼和提高，学生通过科学的分析和严密的逻辑推理来得到最终的实验结果，提升对实验研究的总结概括能力，其意义是培养学生的科研能力和对知识的综合利用能力。
2.3.2基于虚拟实验室的自主学习型实验教学方法
为了提高学生的自主科研能力，模拟建立了材料力学的仿真实验室。我们对虚拟仿真实验的总体要求是尽量采用真实的实验环境。基于这个原则，经典实验和验证型实验不需要建设虚拟实验，主要对实验室开发的课题和在现有资源中实现实验困难的项目进行模拟仿真。我们开发了十几个实验项目，主要集中在电测法应用，在高温、高压、强磁场等特殊环境下对金属材料进行性能测试。建立多个光测法虚拟实验项目，光测法由于在制做模型时会释放出有毒气体，而且模型制作成本高，加工难道大等问题，进行虚拟实验项目建设解决了上述问题，使两个学时的演示实验增加到十个学时的虚拟实验。学生不受时间和空间限制，学生多次进行实验，不涉及耗材等问题，实验成本低，可反复调节，还可以进行极端条件下的实验，增加学生对实验深入认识和理解。其优点是便于创建、费用低和掌控方便。实验能够反复进行，学生对实验的熟练程度也能大大提升，节省实验操作时间。
加强学生创新平台的建设是为了推进学生更好地自主学习。目前该创新平台主要面对三类学生：第一种是学生自带特定的实验问题，到实验室自主开展研究型工作的；第二种是学生对实验室固定的实验题目有兴趣的；第三种是学生参与到教师的科研课题中。这类实验研究的主要特点是：由于课题的特殊性，在该阶段学生只有相关的研究课题，没有实验原理或实验步骤作为支持，该类型的实验研究留给学生极大的思考空间，培养了学生的创造性。学生结合学过的专业知识技能，依据自身能力有根据地在实验中融入自己的想法和创新，通过在实验室的工作经验，使设想变成现实。这类实验没有既定的条框，在没有“标准答案”的环境中，学生可以最大化地发挥自己的个性和创造性。
3 结束语
结合我校力学学科的创办特点以及学校的办学特色，全面推进材料力学实验教学理念、内容、方法、手段和模式等方面改革与深化，其目的在于提高学生分析和解决问题的能力，响应国家培养全面发展的高素质、创新型人才的号召。将培养创新型人才的理念始终贯穿于材料力学实验的教学改革过程，树立正确的实验教学观念，发挥实验在培养创新人才领域的重要作用。
参考文献：
[1]邹广平，夏兴有，张学义.力学实验室开放的实践与探索[J].实验室研究与探索，2007，（4）：141-144.
[2]秦娟，袁其平.搭建科研实践平台 培养电信与通信专业创新人才[J].实验室科学，2009，（5）：12-14.
[3]吴国辉，邹广平，张学义.浅谈材料力学实验教学与学生创新能力培养[J].黑龙江教育，2011，（4）：80-81.
编辑/岳 凤
