基礎力學(xué)實(shí)驗教學(xué)問(wèn)題與實(shí)踐論文
摘要：傳統本科生基礎力學(xué)實(shí)驗教學(xué)方式對于工程能力培養有欠缺，改革基礎力學(xué)實(shí)驗教學(xué)，加強學(xué)生工程能力培養勢在必行。結合力學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革實(shí)踐，介紹了在基礎力學(xué)實(shí)驗教學(xué)中革新教學(xué)體系、完善實(shí)驗考核方式、加強國家規范在實(shí)驗教學(xué)的應用等舉措，對在基礎力學(xué)實(shí)驗教學(xué)中培養工程能力進(jìn)行了有益探索。
關(guān)鍵詞：基礎力學(xué)；實(shí)驗教學(xué)；工程能力培養；實(shí)驗規范
工科大學(xué)是工程師的搖籃，實(shí)驗教學(xué)是大學(xué)生工程師素質(zhì)養成和工程能力培養的重要環(huán)節[1]。力學(xué)是工科院校學(xué)生最早接觸到的專(zhuān)業(yè)基礎課程之一，與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密[2]。力學(xué)實(shí)驗教學(xué)除了滿(mǎn)足理論課教學(xué)的需要外，還應成為提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養創(chuàng )新精神與工程能力的重要手段。傳統的本科生力學(xué)實(shí)驗教學(xué)是作為材料力學(xué)、理論力學(xué)等課程的理論驗證和理論學(xué)習的補充，目的是加深對理論課的理解。這種實(shí)驗教學(xué)模式對力學(xué)課程教學(xué)起到了一定作用，但手段單一，內容簡(jiǎn)單，對學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力培訓力度不夠，與真正的工程實(shí)踐要求相距甚遠[3-6]。因此，革新力學(xué)實(shí)驗教學(xué)體系，加強學(xué)生工程能力的培養尤為迫切。
一、實(shí)驗教學(xué)存在的問(wèn)題
傳統的力學(xué)實(shí)驗教學(xué)作為輔助手段安排在力學(xué)課程教學(xué)的相關(guān)章節后面，主要是驗證某一理論假設或結論，實(shí)驗目的單一。實(shí)驗教學(xué)內容主要是按理論課的需要進(jìn)行設計，缺乏實(shí)驗技能系統訓練。一般實(shí)驗課安排為2或4學(xué)時(shí)，實(shí)驗課時(shí)設置較死板。實(shí)驗課既是實(shí)驗教學(xué)過(guò)程又是實(shí)驗考核過(guò)程，缺乏實(shí)驗考核手段，實(shí)驗成績(jì)評定僅以實(shí)驗報告為依據，沒(méi)有針對實(shí)驗教學(xué)的專(zhuān)門(mén)考核環(huán)節。實(shí)驗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)驗預習深度不夠甚至不預習，進(jìn)行實(shí)驗時(shí)帶有很大的盲目性。為了在規定的課時(shí)完成教學(xué)計劃，實(shí)驗課上學(xué)生圍著(zhù)教師轉，在教師統一的思路下進(jìn)行實(shí)驗操作，實(shí)驗過(guò)程中學(xué)生缺乏獨立解決問(wèn)題的.積極性。實(shí)驗指導書(shū)對具體實(shí)驗原理、實(shí)驗步驟編排過(guò)于詳細、具體，甚至實(shí)驗報告表格都為學(xué)生設計好，學(xué)生完全根據實(shí)驗指導書(shū)上的步驟和內容，按部就班進(jìn)行，實(shí)驗報告千篇一律。這種實(shí)驗教學(xué)模式下，學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，感覺(jué)枯燥無(wú)味，壓抑了學(xué)習興趣和學(xué)習積極性，限制了的創(chuàng )新能力培養。
二、實(shí)驗教學(xué)改革實(shí)踐
為了適應工科學(xué)校對培養學(xué)生創(chuàng )新精神與工程能力的要求，對力學(xué)實(shí)驗教學(xué)體系進(jìn)行了改革。結合新版教學(xué)大綱修訂，將原材料力學(xué)課程實(shí)驗和理論力學(xué)課程實(shí)驗結合，為機械制造與設計專(zhuān)業(yè)獨立開(kāi)設力學(xué)綜合實(shí)驗課。該實(shí)驗課程與理論力學(xué)、材料力學(xué)安排在同一學(xué)期，在后半學(xué)期開(kāi)課，24學(xué)時(shí)，單獨考核。課程內容設置如表1所示。實(shí)驗課程劃分為3個(gè)相關(guān)的力學(xué)實(shí)驗專(zhuān)題：材料性能測定、靜力效應分析和振動(dòng)效應分析。在材料性能測定中，介紹脆性材料和塑性材料在軸向拉壓、扭轉、剪切作用下材料性能測定方法，實(shí)驗中獲取脆性材料強度指標，測定塑性材料模量、強度和相關(guān)塑性指標。實(shí)驗過(guò)程中強調不同材料在不同作用下的破壞形態(tài)，引導學(xué)生思考其破壞機理。在靜力效應分析中，以電測實(shí)驗方法為基礎，分別依次進(jìn)行純彎曲實(shí)驗、薄壁圓筒彎扭組合變形測定實(shí)驗、彈性常數及未知重量實(shí)驗。通過(guò)純彎曲實(shí)驗，學(xué)生初步掌握應變電測實(shí)驗方法。在薄壁圓筒彎扭組合變形測定實(shí)驗中，學(xué)生掌握通過(guò)實(shí)驗分析力學(xué)問(wèn)題的思路和基本步驟。在測定彈性常數及未知重量實(shí)驗中，設置了測定未知材料彈性模量和一個(gè)未知重量砝碼的實(shí)際重量等內容，進(jìn)一步訓練解決實(shí)際問(wèn)題能力。動(dòng)力學(xué)問(wèn)題是理論力學(xué)課程的重要內容，振動(dòng)實(shí)驗分析在動(dòng)力學(xué)分析中應用廣泛。在振動(dòng)實(shí)驗中設置加速度傳感器標定實(shí)驗，結合理論力學(xué)動(dòng)力學(xué)知識，介紹加速度傳感器振動(dòng)響應的接收原理。通過(guò)加速度傳感器標定實(shí)驗，學(xué)生掌握振動(dòng)測試系統的使用方法。安排了振動(dòng)系列實(shí)驗，加強對振動(dòng)系統剛度、阻尼、固有頻率、共振、振型等概念和現象的認識，并進(jìn)一步介紹振動(dòng)特性在工程隔震和動(dòng)力消振中的應用。課程概論重點(diǎn)介紹力學(xué)實(shí)驗基本方法，力學(xué)實(shí)驗在科學(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。將具體設計性實(shí)驗項目作為考核題目，以工程任務(wù)形式布置給學(xué)生，只介紹實(shí)驗項目的工程背景、實(shí)驗裝置和注意事項[8]。學(xué)生根據所學(xué)實(shí)驗知識以4人為一組在規定的時(shí)間內自行設計實(shí)驗方案，自主完成實(shí)驗過(guò)程，形成實(shí)驗報告。教師根據學(xué)生實(shí)驗操作過(guò)程和實(shí)驗報告評定實(shí)驗成績(jì)。國家標準是由國家標準化主管機構批準發(fā)布[7]，是在全國范圍內統一的技術(shù)要求，是技術(shù)往來(lái)的技術(shù)語(yǔ)言和技術(shù)依據。在工程實(shí)踐中從事實(shí)驗技術(shù)工作，必須遵循國家的相關(guān)規范和技術(shù)標準。傳統的力學(xué)實(shí)驗教學(xué)中往往按力學(xué)理論教材組織實(shí)驗教學(xué)，對國家標準規范的應用重視不夠，力學(xué)教學(xué)實(shí)踐中對這此予以加強。將國家規范中相關(guān)概念和實(shí)驗方法應用在材料力學(xué)性能測定實(shí)驗教學(xué)過(guò)程。將國家標準GB/T228.1-2010中“術(shù)語(yǔ)和定義、符號和說(shuō)明”、“試樣”等內容融入實(shí)驗講義中拉伸實(shí)驗概念一節，遵照規范規定編排試驗中原始橫截面測定和原始標距標記方法、斷后伸長(cháng)率、屈服強度、規定非比例延伸強度、抗拉強度、斷面收縮率測定方法等。講解彈性模量測定時(shí)，參考了GB/T22315-2008；講解實(shí)驗測定結果時(shí)，參考了國家標準GB/T228-200220及國家標準GB/T8170-2008的修約內容。通過(guò)實(shí)驗規范學(xué)習，使學(xué)生熟悉常用實(shí)驗規范并掌握實(shí)驗規范的一般使用方法，培養在實(shí)驗過(guò)程中自覺(jué)遵守實(shí)驗標準規范的工程意識，提高工程師素養。
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