淺談綜合性實(shí)驗與學(xué)生創(chuàng )新能力的培養論文
按照《教育部關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》( 教高[2007]2 號) 文件精神，深化教學(xué)內容改革，要堅持知識、能力和素質(zhì)協(xié)調發(fā)展，繼續深化人才培養模式、課程體系、教學(xué)內容和教學(xué)方法等方面的改革，實(shí)現從注重知識傳授向更加重視能力和素質(zhì)培養的轉變。高校應結合自己的辦學(xué)思路、辦學(xué)模式以及辦學(xué)條件，積極采取各種有效措施，以增加學(xué)生自主學(xué)習的時(shí)間和空間為手段，以拓寬學(xué)生知識面為目的，增強學(xué)生學(xué)習興趣，完善學(xué)生的知識結構，支持學(xué)生個(gè)性發(fā)展。努力創(chuàng )造條件，組織學(xué)生參與創(chuàng )新性實(shí)驗和實(shí)踐，注重提升學(xué)生創(chuàng )新精神和創(chuàng )新能力。實(shí)驗教學(xué)作為一種重要的教學(xué)手段，應不斷創(chuàng )新，才能滿(mǎn)足創(chuàng )新人才的培養要求。實(shí)驗創(chuàng )新就是在實(shí)驗的內容、方法、手段方面，通過(guò)創(chuàng )造與革新，使之具有與原有實(shí)驗不同的新的實(shí)質(zhì)與形式，在開(kāi)發(fā)學(xué)生智力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣、提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力等方面起著(zhù)重要作用，對創(chuàng )新型人才培養具有十分重要的意義。本文結合目前高校實(shí)驗教學(xué)現狀，在系統總結材料力學(xué)實(shí)驗教學(xué)存在問(wèn)題的基礎上，提出了基于創(chuàng )新能力培養的材料力學(xué)綜合性實(shí)驗教學(xué)模式。實(shí)踐表明，材料力學(xué)綜合性實(shí)驗既能滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)驗教學(xué)的需要，也能鍛煉和提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力和創(chuàng )新能力。
1 材料力學(xué)實(shí)驗教學(xué)中存在的問(wèn)題
目前材料力學(xué)實(shí)驗教學(xué)中存在的問(wèn)題主要有3 個(gè)方面: 一是高校的教學(xué)模式存在重理論、輕實(shí)驗的現象。學(xué)校評價(jià)學(xué)生的標準通常是學(xué)生的考試成績(jì)，而對學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng )新能力考核不多。因為在指標量化、程序操作上也有一定難度。二是理論教學(xué)課時(shí)多、任務(wù)重，沒(méi)有充分的時(shí)間開(kāi)設實(shí)驗課程。材料力學(xué)課程是一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎課。主要講授材料( 單根桿件) 在軸向拉、壓、彎、剪、扭等基本變形和組合變形作用下的強度、剛度和穩定性問(wèn)題。新疆農業(yè)大學(xué)現行的教學(xué)大綱計劃學(xué)時(shí)是78 學(xué)時(shí)，其中包括8 ～ 10 學(xué)時(shí)的實(shí)驗。該課程理論性和實(shí)踐性都很強，學(xué)習時(shí)既要具備一定的分析計算能力，還要在實(shí)驗中掌握實(shí)際動(dòng)手操作的基本技能，把看到的實(shí)驗現象和得到的實(shí)驗數據上升到理論上加以分析，才能與材料的力學(xué)性能聯(lián)系起來(lái)，得到對工程實(shí)際有用的結論。三是實(shí)驗課中驗證、演示性實(shí)驗較多。在實(shí)驗課進(jìn)行過(guò)程中教師講解時(shí)間較長(cháng)，學(xué)生往往按照老師安排好的步驟進(jìn)行實(shí)驗就可以得到數據，而對為什么要采用這樣的實(shí)驗方案、如何利用數據證明理論知識、實(shí)驗要達到什么目的等問(wèn)題思考較少。這就使得學(xué)生的創(chuàng )造能力和潛在的自學(xué)能力得不到充分的發(fā)揮，從而影響學(xué)生的學(xué)習興趣。
2 綜合性實(shí)驗與學(xué)生創(chuàng )新能力的培養
2. 1 綜合性實(shí)驗的定義
教育部在2007 年發(fā)布的《普通高校本科教學(xué)工作水平評估方案》備注欄中標明: 綜合性實(shí)驗是指實(shí)驗內容涉及本課程綜合知識或與本課程相關(guān)的課程知識的實(shí)驗。綜合性實(shí)驗是對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗技能和方法的綜合訓練，其實(shí)驗內容須滿(mǎn)足下列條件之一: 涉及本課程的多個(gè)知識點(diǎn)，涉及多門(mén)課程的多個(gè)知識點(diǎn)，多項實(shí)驗內容的綜合。由此可見(jiàn)，綜合性實(shí)驗是建立在驗證性實(shí)驗的基礎上，綜合運用相關(guān)知識或實(shí)驗方法、實(shí)驗手段對學(xué)生的理論學(xué)習、實(shí)驗技能與思維方式進(jìn)行全面訓練的一種復合性實(shí)驗。其特點(diǎn)就在于實(shí)驗內容的復合性、實(shí)驗手段與方法的多樣性。
2. 2 開(kāi)設綜合性實(shí)驗的目的和基本要求
開(kāi)設綜合性實(shí)驗的目的，就是為了通過(guò)實(shí)驗課程，培養學(xué)生的綜合應用能力、理論與實(shí)際相結合的能力、創(chuàng )新能力。驗證性實(shí)驗側重于驗證某一定律、某一個(gè)結論或單一的基本操作、基本訓練。綜合性實(shí)驗是相對于驗證性實(shí)驗而言有啟迪思維和開(kāi)發(fā)潛能的功能和作用，通過(guò)實(shí)驗內容、方法、手段的綜合，使學(xué)生靈活應用掌握的知識，培養綜合考慮問(wèn)題的思維方式，達到能力和素質(zhì)綜合培養的目的`。通過(guò)綜合性實(shí)驗達到培養學(xué)生創(chuàng )新能力的目標不是輕易能夠實(shí)現的。其中的關(guān)鍵是如何引導學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習，提升學(xué)習的內在驅動(dòng)力。這就對綜合性實(shí)驗本身提出了很高的要求�？蓮膶�(shí)驗的內容和教學(xué)方法上入手。首先，實(shí)驗的內容要能吸引學(xué)生，使學(xué)生產(chǎn)生進(jìn)行實(shí)驗學(xué)習的興趣。要做到這點(diǎn)，就必須賦予實(shí)驗內容一定的特點(diǎn)，比如先進(jìn)性、趣味性; 再或者是結合地方特色的實(shí)際工程，自己開(kāi)發(fā)設計的實(shí)驗。其次，實(shí)驗的教學(xué)方法要有特色。主要體現在要求學(xué)生自己動(dòng)手準備實(shí)驗，不讓學(xué)生事先知道實(shí)驗結果，引導他們綜合運用所學(xué)知識去分析和解決問(wèn)題。
2. 3 綜合性實(shí)驗實(shí)例
電測實(shí)驗是材料力學(xué)實(shí)驗中的必做實(shí)驗，例如用電測法測試低碳鋼的E 值和值、測試純彎梁橫截面的彎曲正應力和彎扭組合的主應力等實(shí)驗。實(shí)驗的目的是通過(guò)實(shí)驗讓學(xué)生掌握這種實(shí)驗方法。因為電測法不僅用于驗證材料力學(xué)的理論，而且作為一種重要的工程測試手段，為解決工程實(shí)際問(wèn)題及從事科學(xué)研究提供了良好的實(shí)驗手段。但在實(shí)際的實(shí)驗過(guò)程中，測試材料的選取、測試構件的選擇包括貼片和接橋都是實(shí)驗教師在做實(shí)驗前準備好的，學(xué)生在做實(shí)驗的過(guò)程中只是按照預先給定的荷載逐級加載測試，得出實(shí)驗測試結果與理論值對比計算相對誤差。這樣的實(shí)驗只是在重復操作儀器，對于學(xué)生真正掌握電測方法并沒(méi)有起到作用，致使一旦連線(xiàn)或貼片出現問(wèn)題，學(xué)生的實(shí)驗結果就出現很大誤差。以電測法為基本內容的綜合性實(shí)驗就應該從電測法的基本原理出發(fā)，先對構件進(jìn)行理論分析，再設計接橋、貼片和加載的方式，按照設計好的方式貼片、連線(xiàn)，最后進(jìn)行加載和測試。這是電測法的完整過(guò)程，其中每個(gè)步驟的設計和完成質(zhì)量都會(huì )直接影響到測試的結果。實(shí)驗教師在實(shí)驗前提供構件( 如不等邊角鋼或是工字鋼等) 、指定方法( 如電測法) 、指定任務(wù)( 如測量角鋼材料的彈性模量和泊松比或確定該角鋼的形心主軸等) ，學(xué)生通過(guò)自由結合形成3 ～ 5 人的小組自主完成實(shí)驗。實(shí)踐證明這是完全可行的，在2010 年首屆全國大學(xué)生基礎力學(xué)實(shí)驗競賽中，我校參賽學(xué)生第一次自己設計實(shí)驗方案，自己動(dòng)手貼片、連線(xiàn)，并對構件進(jìn)行加載和測試，實(shí)用性大大增強。這樣的實(shí)驗既增強了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣，滿(mǎn)足實(shí)驗教學(xué)的需要，同時(shí)學(xué)生的各方面能力也在實(shí)驗中得到大大提高。真正實(shí)現了學(xué)生在實(shí)驗活動(dòng)中由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，由“要我做實(shí)驗”變?yōu)椤拔乙鰧?shí)驗”。
3 問(wèn)題與思考
綜合性實(shí)驗也有其自身的局限性，在實(shí)際開(kāi)設中存在著(zhù)許多矛盾，具體表現在以下三個(gè)方面: 一是綜合性實(shí)驗的耗時(shí)較長(cháng)。綜合性實(shí)驗通常需要一個(gè)較長(cháng)的準備階段和執行過(guò)程，而學(xué)校安排的課時(shí)是有限的，這之間的矛盾使得綜合性實(shí)驗開(kāi)展存在阻力。二是實(shí)驗室的條件有限。如果上百位學(xué)生同時(shí)預約進(jìn)行綜合性實(shí)驗的操作，實(shí)驗室的空間和儀器設備就顯不足了，也會(huì )給實(shí)驗室的組織管理帶來(lái)很大的壓力。因此，在一門(mén)課程中，不可能開(kāi)設過(guò)多的綜合性實(shí)驗。三是實(shí)驗經(jīng)費有限。綜合性實(shí)驗教學(xué)不僅需要建立有一定規模的實(shí)驗室，添置必要的儀器設備，還要消耗大量的人力和原材料，這些都需要資金作后盾。但大部分學(xué)校實(shí)驗經(jīng)費是有限的，不可能讓學(xué)生開(kāi)展大量的綜合性實(shí)驗。實(shí)際上，我們從開(kāi)設綜合性實(shí)驗的目的出發(fā)，并不一定要有很多大型的、需時(shí)很長(cháng)的綜合性實(shí)驗，只要開(kāi)設的實(shí)驗能夠引導學(xué)生去主動(dòng)學(xué)習、主動(dòng)思考、主動(dòng)聯(lián)想，就都能達到培養學(xué)生創(chuàng )新意識的目的。也可以有目的地去改造一些驗證性實(shí)驗，用綜合性實(shí)驗的要求和理念去改造，使它們變成小型的綜合性實(shí)驗。使它們達到既能促進(jìn)學(xué)生知識和技能的發(fā)展，又能培養學(xué)生的創(chuàng )新意識的功能。還可以將綜合性實(shí)驗和大學(xué)生創(chuàng )新項目結合起來(lái)，不僅使得綜合性實(shí)驗的內容不斷更新，也可以從一定程度上緩解實(shí)驗耗時(shí)較長(cháng)和實(shí)驗經(jīng)費有限的矛盾。
4 結語(yǔ)
為使綜合性實(shí)驗項目起到培養學(xué)生創(chuàng )新能力的作用，綜合性實(shí)驗開(kāi)設方式需要不斷創(chuàng )新。這就需要實(shí)驗指導教師應廣泛參加各類(lèi)科研課題或相關(guān)培訓，不斷更新知識，熟悉學(xué)科前沿，開(kāi)闊視野，以科研成果和科研項目促進(jìn)實(shí)驗教學(xué)改革。同時(shí)也需要學(xué)校加大對實(shí)驗教學(xué)的投入，不斷改善實(shí)驗條件，把行業(yè)先進(jìn)儀器設備以及先進(jìn)的教學(xué)手段引入課堂，這樣才能讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗這個(gè)小窗口看到行業(yè)的大舞臺。綜合性實(shí)驗項目只要合理設置，就能達到培養學(xué)生工程綜合應用能力與創(chuàng )新研究能力的目的。
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