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材料力学实验的开放性探究

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摘要:为了探讨辽宁工业大学材料力学实验室在实验教学中的开放性研究,充分利用材料力学实验室已承担的土建学院研究生实验和教师科研实验任务,从中提炼出适合土建专业本科生的实验内容,将其充实到材料力学开放性实验中去,这既丰富了开放性实验内容又提高了实验设备的利用率。在完成开放性实验的同时,达到了丰富本科生的专业知识,提高本科生科研能力的目的。

关键词:材料力学;开放性实验;开放性研究;开放性实验内容

一、材料力学开放性实验改革的意义

材料力学是土建,机械,材料等工科专业的技术基础课。材料力学实验是材料力学理论形成的基础,也是检验理论和解决实际问题的依据。材料力学实验是理论课程的重要补充,是后续各门专业课程学习的基础,直接关系到学生对专业知识的认知程度和专业兴趣的培养[1]。传统的材料力学实验课处于理论课的附属地位,由于实验条件、师资力量和经费等方面的限制,实验内容多为演示、验证型实验,而设计、创新型实验较少。通常表现为一个班级在同一时间完成相同的实验,实验课上教师进行详细的讲解与指导,实验指导书内容很详细,学生实验时完全是“照本宣科”,属于被动的学习状态。这种教学方式的不足之处是,在很大程度上抑制了学生主观积极性,不利于对学生进行创新能力的培养[2-3]。学校各个专业开设的材料力学实验内容基本相同,多为经典的力学理论的验证。使得实验教学目标与各个专业的工程实际偏离甚远,无法跟上行业发展和技术革新的脚步。实验内容和方法比较单一,缺乏创意,与后续的专业课程脱节。以班级为单位的实验教学方式,因为受设备台套数和实验时间的限制,对于部分实践探索能力强的学生,无法在课堂充分锻炼其实际动手能力,很难做到因材施教。基于上述原因,本实验室通过对材料力学实验的开放性改革,采用增加本科生开放性实验,研究生实验对外开放和增加本科生对一线教师科研项目参与度等实验教学内容,辅以微课、虚拟仿真实验教学平台等新型实验教学方法,解决传统材料力学实验设计性、科研创新性实验不足的问题,使得实验教学与工程实际和专业发展结合得更加紧密。这不仅能调动学生参与的积极性,而且能较为全面地培养和锻炼学生的工程技术能力和素养,有利于实践型、创新型人才的培养。

二、材料力学开放性实验改革的内容

(1)指导学生完成开放性实验。在课余时间,学生在教师的讲解和引导下,自己有目的地阅读学习本专业相关的知识和实验标准,然后自己去设计实验题目,完善实验内容和程序,独立完成一个项目或任务。这样做的结果可以充分发挥学生的主观能动性和创造力,有利于培养学生发现、分析、解决问题的能力。通过共同完成实验能够培养学生的团队协作能力。(2)本科生与研究生共享部分研究生实验资源。利用各个专业的研究生实验中涉及到新材料力学性能的检测内容,作为本科生材料力学实验的有益补充。在研究生进行这个实验阶段的研究时,选择优秀的本科生以“实验助手”的形式充实到研究生实验中去。这样既解决了传统材料力学实验与学生所学专业脱节的弊端,使实验紧密结合工程实际和先进专业技术,又解决了研究生实验力量不足的问题。(3)结合大学生创新创业项目,指导学生设计制作力学研究使用的传感器及动态采集系统,加深学生对电测原理的理解,提高实践创新能力。(4)组织部分优秀本科生参与到一线教师所主持科研项目的实验研究部分,既充实了实验力量,又可以使学生对科研有初步的认识,开阔了眼界,增强了实践能力。(5)通过微课、虚拟仿真实验教学平台等资源的使用,提高学生对材料力学实验所使用大型设备的操作技能。

三、材料力学开放性实验改革实施方案

(1)在材料力学实验课的教学进程初期,给学生做开放性、设计性材料力学实验的介绍,激发学生兴趣,统计有参与意向的学生名单。(2)统计开放性实验项目情况,了解本学年利用材料力学实验室进行力学实验研究的教师与研究生信息,选取合适的开放性实验项目。(3)组织土木专业本科生参与到开放性实验、研究生实验、大学生创新创业项目和教师科研项目的实验环节中去。学生独自设计实验内容,安排实验程序,记录实验数据,完成开放性实验报告。(4)建立开放性实验教学成绩的考核机制。如果实验教学全凭学生的兴趣和热情来完成实验,而对学生没有考核约束的话,实验效果会受到一定程度的影响。要根据实验的难度和本专业的结合度、学术先进程度和实验完成情况,对学生进行考核。考核分为5个方面:实验准备和方案设计、实验操作、实验进度、实验报告质量、出勤情况。实验准备和方案设计可以体现学生对所学专业知识的理解程度及本行业发展现状的了解程度。实验操作和实验进度体现了学生对设备的操作能力和实验实施能力。实验报告的质量体现了学生学术研究能力,能否在实验中发现问题、解决问题。出勤情况是对学生实验态度的考核。最后综合上述五个方面,对每位参与实验的学生进行考核评分。

四、材料力学开放性实验改革实施案例

实验室根据辽宁工业大学土木建筑工程学院的专业特点,面向土建专业本科学生开设了《基于WiFi数据传输的力-位移动态测量系统在机械载荷作用下混凝土劈裂实验的应用》实验。本次实验对混凝土在机械载荷作用下的劈裂现象进行研究,与土建专业结合紧密。实验中大量应用无线动态采集系统,位移传感器,轴力传感器、微机控制电子万能试验机等材料力学实验检测手段,使两个专业紧密结合。在实验过程中充分利用研究生实验资源,把本次开放性实验作为研究生实验《水压力环境下混凝土断裂试验研究》的组成部分,其中单独机械载荷作用下的混凝土断裂实验由研究生和参与开放性实验的土建专业本科生共同完成。实验数据共享,各自独立完成实验研究报告,这样既能节省实验资源,又能更好地完成实验教学效果。通过实验所采集到的曲线准确计算确定机械载荷作用下混凝土的起裂荷载、失稳载荷、起裂韧度和失稳韧度,对机械载荷作用下混凝土的劈裂现象进行研究。

五、材料力学开放性实验改革仍需改善的内容

(1)本科生参与的实验切入点得合理选择。从每年已有的研究生实验和教师科研项目中,选择涉及新材料力学性能的实验内容,作为开放性实验的选题。(2)争取专业教师对本项目的支持。多申请力学方面的开放性实验项目,开放自己在研的科研项目,让本科生参与到实验研究中去。争取研究生导师和研究生对本项目的支持。开放本专业与力学研究有关的研究生实验环节,供本科生参与实践。六、材料力学开放性实验改革特色与创新本教改项目的特色在于用开放性实验去补充传统材料力学实验的不足,增加了学生参与综合性、设计性和科学研究性实验的机会。开放性实验是以学生为实验设计和实施主体,有利于培养学生对实验的积极性和主动性,有利于提高学生的创新能力和实践能力。开放性实验内容专业性强,更接近科研和工程实际,学生能够多研究与所学专业更接近的实验内容,有助于提高学习材料力学实验的兴趣。开放性实验的实验时间灵活,提高了材料力学实验室实验设备的利用率。以土建专业的学生为例,充分利用材料力学实验室已承担的土建学院研究生实验和教师科研实验任务,从中提炼出适合土建专业本科生进行材料力学实验的内容,在完成开放性实验的同时,丰富了本科生的专业知识,提高了本科生的科研能力。

参考文献:

[1]李旭.材料力学实验教学改革--开放性实验教学研究[J].才智,2012(28):306-307.

[2]耿翠珍.材料力学实验教学改革初探[J].浙江树人大学学报,2014(2):83-86.

[3]张应红,孙永厚,景晖,等.卓越工程师培养计划背景下材料力学实验改革与实践[J].实验技术与管理,2014(5):222-224.

作者:赵辛;王勇;刘华新 单位:辽宁工业大学

工程力学杂志责任编辑:张雨    阅读:人次