工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化與改革實(shí)踐論文
摘要:當(dāng)前學(xué)校工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的安排有諸多不足，為滿足現(xiàn)行的教學(xué)計(jì)劃要求，提升本科大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和工作實(shí)踐能力，適應(yīng)工科高等學(xué)�；A(chǔ)課力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文將改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教程安排，促使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教師教學(xué)手段、學(xué)生學(xué)習(xí)能動性有更進(jìn)一步的改善。經(jīng)過兩年多的實(shí)踐，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。
關(guān)鍵詞:教學(xué)質(zhì)量; 工程力學(xué); 教學(xué)手段;
力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)就是研究材料在歪理作用下的變形和破壞規(guī)律，為合理設(shè)計(jì)構(gòu)建提供強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性方面的基本理論和計(jì)算方法，而力學(xué)性能只有通過實(shí)驗(yàn)才能得到。工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)既可為工科類各專業(yè)學(xué)生的工程力學(xué)理論提供實(shí)際數(shù)據(jù)，又可供學(xué)生開設(shè)綜合、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)運(yùn)用，還可供工程技術(shù)人員在測定有關(guān)力學(xué)量時(shí)參考。然而當(dāng)前學(xué)校工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的安排有諸多不足，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件下，如何進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)[2]，從而提高本科大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和工作實(shí)踐能力，適應(yīng)工科高等學(xué)校基礎(chǔ)課力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是研究的重點(diǎn)。
1 課程優(yōu)化的目的
目前在工程力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備較為大型，而實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺套數(shù)又少，因此在實(shí)驗(yàn)操作過程中出現(xiàn)了多人共用一臺儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣在實(shí)驗(yàn)過程中只能有二到三名學(xué)生在操作而其余同學(xué)由于時(shí)間關(guān)系只能參考有實(shí)際操作設(shè)備的學(xué)生的數(shù)據(jù)來完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告而沒有自己的數(shù)據(jù)。另外，因?qū)嶒?yàn)教學(xué)成績在課程成績中占的比重不大，讓學(xué)生有實(shí)驗(yàn)成績不影響理論教學(xué)成績的印象產(chǎn)生。為使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠參與實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作，加強(qiáng)他們的實(shí)際動手能力及獨(dú)立思考能力，必須對實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行優(yōu)化，完成工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。
2 除舊納新，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以改進(jìn)
工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作上，學(xué)生課前應(yīng)自己掌握好力學(xué)相關(guān)知識，要有獨(dú)立動手的機(jī)會。
以往教學(xué)內(nèi)容把理論以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間太長，學(xué)生把大部分時(shí)間用在聽上面，缺少自主思考與動手機(jī)會。為了讓學(xué)生能有更多的機(jī)會自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了必要的改進(jìn)，以適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)計(jì)劃的要求。把《工程力學(xué)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容整合為應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析、塑性(脆性)材料桿件拉伸能力分析、工件抗壓、抗扭能力和純彎曲能力分析等幾個(gè)實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)過程中，對在理論課堂上有進(jìn)行講解過的公式推導(dǎo)將不再重復(fù)講解由學(xué)校自己推導(dǎo)。比如說在彎曲試驗(yàn)計(jì)算中原教學(xué)內(nèi)容推導(dǎo)相當(dāng)復(fù)雜，學(xué)生往往運(yùn)用大量時(shí)間去計(jì)算。對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以改進(jìn)之后是讓學(xué)生直接將公式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)上得出數(shù)據(jù)。這樣一方面讓學(xué)生自己課前課后再去查閱書本相關(guān)理論知識，另一方面避免學(xué)生浪費(fèi)時(shí)間從而將其用到實(shí)驗(yàn)上;同時(shí)將原本用于理論知識講解的時(shí)間去講解實(shí)驗(yàn)儀器的操作以及注意事項(xiàng)，培養(yǎng)學(xué)生的安全防范意識以及對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的了解。在教學(xué)內(nèi)容上針對不同專業(yè)不再采取相同的教學(xué)手段，根據(jù)不同專業(yè)對于力學(xué)的知識了解需求進(jìn)行不同的教授方式。例如對于機(jī)械類專業(yè)和土木專業(yè)的工程力學(xué)課程施行不同的教學(xué)大綱。這樣，既可以使不同專業(yè)的學(xué)生學(xué)到所需的力學(xué)實(shí)驗(yàn)知識，同時(shí)授課教師也能擁有不同的教學(xué)手段，從而使課程得到優(yōu)化。
3 工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)要求
(1)隨時(shí)注意觀察試件在拉伸過程中的形狀變化和應(yīng)力-應(yīng)變曲線的變化情況。
(2)實(shí)驗(yàn)主要測定它的屈服極限σs、強(qiáng)度極限σb、延伸率δ和斷面收縮率ψ等力學(xué)性能指標(biāo)。這些力學(xué)性能指標(biāo)，是由拉伸破壞實(shí)驗(yàn)來確定的，可以用材料的拉伸圖來描述，實(shí)驗(yàn)后，利用打印機(jī)打印出完整的低碳鋼的拉伸圖曲線同時(shí)要求會求證相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
(3)掌握測量電橋連接方法，熟悉電測法的測試步驟，學(xué)會應(yīng)變儀的使用方法。
(4)測定純彎曲梁橫截面上的正應(yīng)力分布，測量結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。
(5)測定低碳鋼的剪切屈服極限τs，低碳鋼和鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限τ，繪制扭轉(zhuǎn)曲線圖
(6)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教師提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)及所要達(dá)到的目的，并提供實(shí)驗(yàn)所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料，學(xué)生應(yīng)結(jié)合所學(xué)理論知識，獨(dú)立設(shè)想實(shí)驗(yàn)的步驟和方法，自行選擇所要用到的工具和所要測量的數(shù)據(jù)最后設(shè)計(jì)出完整的方案。教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中僅對學(xué)生提出的問題作出提示但并不給予答案，由學(xué)生自思考。該實(shí)驗(yàn)注重鍛煉學(xué)生的自我思考能力和動手能力，教師只起到輔助作用[3] 。
4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法優(yōu)化
改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排。以往上課方式是由理論教師講解理論，實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行試驗(yàn)操作。由于學(xué)�，F(xiàn)有的力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺套數(shù)較少，而且由于實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)儀器的局限，每個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)都需要30分鐘以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足學(xué)生獨(dú)立自主實(shí)驗(yàn)的要求。在教學(xué)過程當(dāng)中一個(gè)教師演示給十幾名學(xué)生實(shí)驗(yàn)的具體操作，學(xué)生必須在有限的上課時(shí)間內(nèi)完成要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)只能有二到三名學(xué)生在操作而其余同學(xué)無法操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只能參考有實(shí)際操作設(shè)備的學(xué)生的數(shù)據(jù)來完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告而沒有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)。為了讓每個(gè)學(xué)生都能做到實(shí)驗(yàn)，適應(yīng)本科的教學(xué)目標(biāo)，勢必要調(diào)整好實(shí)驗(yàn)方法和手段。因此采用了一課二用的教學(xué)手法。由于不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)備基本在同一間實(shí)驗(yàn)室中，因此在一次實(shí)驗(yàn)課中將安排兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目按照學(xué)生總數(shù)、儀器數(shù)量及難易程度安排相應(yīng)的學(xué)生人數(shù)，并由兩位老師分開教學(xué)不同項(xiàng)目，同時(shí)在下次實(shí)驗(yàn)課調(diào)換相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這樣使每個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器都能用上且在有限的上課時(shí)間內(nèi)班級學(xué)生都能有動手的機(jī)會并獲得屬于自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
之前的力學(xué)實(shí)驗(yàn)考核結(jié)果是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)合平時(shí)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)給成績，這種考核方式存在著實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，多人操作無法對每人操作給分，因此對實(shí)驗(yàn)的考核方式進(jìn)行優(yōu)化，對獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)給與一定的分?jǐn)?shù)額度。具體為:操作占40%，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)占40%，表現(xiàn)占20%。實(shí)驗(yàn)課程的平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績與期末獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考試成績的比例為6:4。由于數(shù)據(jù)不同，圖形不同，實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象得到抑制，每臺儀器的人數(shù)減少也使學(xué)生不會因時(shí)間不夠無法操作而得到動手的機(jī)會。這種方式能夠反映學(xué)生真實(shí)實(shí)驗(yàn)水平，能夠公平合理的評定每位學(xué)生的'實(shí)驗(yàn)成績。
5 實(shí)踐效果
由于進(jìn)行了分組實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠有更多的機(jī)會操作實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。不同的實(shí)驗(yàn)材料也保證了學(xué)生要認(rèn)真對待實(shí)驗(yàn)課程。通過不同的力學(xué)實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生掌握運(yùn)用力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)去進(jìn)行計(jì)算，學(xué)會使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立操作能力。在創(chuàng)新性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)上，教師只提出實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和要達(dá)到的目的，并幫助學(xué)生去論證，對實(shí)驗(yàn)中學(xué)生出現(xiàn)的各種問題也只是給予提示，不具體告訴學(xué)生應(yīng)該怎么做，主要培養(yǎng)了學(xué)生的自我分析問題和解決問題的能力。學(xué)生結(jié)合所學(xué)理論知識，學(xué)會自主選擇實(shí)驗(yàn)儀器、操作多種儀器的能力。根據(jù)老師提出的任務(wù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩碜鰧?shí)驗(yàn)。
整個(gè)實(shí)驗(yàn)下來，全面考察了學(xué)生的動手能力，獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識。改革后學(xué)生反應(yīng)熱烈，由于學(xué)生有更多的獨(dú)立動手機(jī)會，也有了獨(dú)立思考的時(shí)間;強(qiáng)制性要求的區(qū)分不同的實(shí)驗(yàn)材料讓不好學(xué)的學(xué)生也必須完成實(shí)驗(yàn)并有自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這樣學(xué)生自我思考以及詢問老師的次數(shù)增多，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，增強(qiáng)學(xué)生復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的自覺性和主動性。
6 結(jié)束語
工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)是理論知識較多，實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)生操作較少。改革后實(shí)驗(yàn)?zāi)芷鸬介_拓學(xué)生思路、鞏固理論知識的效果，增加學(xué)生操作機(jī)臺的時(shí)間，同時(shí)也提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生對工程力學(xué)這門學(xué)科有更深的認(rèn)識。對于工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化與改革，我們于兩年的時(shí)間內(nèi)將其應(yīng)用到我校光機(jī)電專業(yè)以及土木建筑壞境專業(yè)當(dāng)中，跟以往對比發(fā)現(xiàn)所取得的教學(xué)效果更好，學(xué)生的主動性與積極性都有所提高，也可滿足不同專業(yè)、不同學(xué)時(shí)課程的需要。
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