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摘要：本文针对目前材料力学实验教学中的教学内容和方法进行归纳总结，分析了力学实验教学实施过程存在的问题，提出了针对性的教学改进措施，为材料力学实验教学工作的改革和进步提供一些思考和建议。
关键词：材料力学实验;教学方法;教学创新
中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）12-0271-03
一、引言
在高等院校工科教育中，材料力学实验是材料力学的一个重要组成部分，是一门重要的专业基础课。良好的材料力学实验教学过程，不仅能够提高学生对基本理论知识的掌握，而且能够激发学生的学习兴趣，培养其动手实践能力和分析创新能力[1-5]。但是，目前材料力学实验在教学实施过程中存在一系列问题，例如，教学学时少、学生不重视、教学形式固化等，以至于学生上完实验课后，仅能够在基础知识和试验基本操作方面有所了解，难以在能力培养和分析创造能力上有所进步。本文对作者近几年从事材料力学实验教学的经验和体会进行梳理，从教学内容、方法、存在问题及解决方案等方面分析材料力学实验教学的现状，希望对材料力学实验教学的建设和进步有所帮助。
二、材料力学实验的教学内容和方法
目前，根据教学规划我院材料力学实验安排8个学时（4次课）完成。材料力学实验主要包括材料力学性能测定（如拉伸、压缩、扭转、冲击、疲劳等试验）、理论验证（如弯曲正应力实验、弯曲变形实验、压杆稳定性实验等实验）和应力分析（如电测法、光弹性法等实验）三个方面的实验内容，我院在教学实施过程中主要的材料力学实验教学内容如图1所示。
在材料力学实验教学计划中，拉伸试验、金属材料弹性常数的测定、规定塑性延伸强度的测定、弯曲正应力实验、弯曲变形实验、弯扭组合主应力和内力的测定是主要教学内容，这部分实验由老师课堂讲解、学生课堂实验操作并记录数据、课后完成实验报告，而压缩试验、扭转试验、冲击试验、压杆稳定性试验、疲劳试验简介仅由老师做实验演示，并不对学生做具体考核。教学过程中用到的主要实验设备如图2至图4所示。
通过以上教学计划不难看出在目前材料力学实验教学内容以基础性实验与验证性实验为主，综合性实验和设计性实验不多。学生通过完成这些实验，能够加深理解并验证材料力学课程基础理论知识，但很难把所学到的知识有机统一起来，更难与所学专业紧密联系起来。
基于以上教学内容，材料力学实验课程的基本教学流程如图5所示。
在材料力学实验教学实施过程中，学生课前观看录制的实验操作讲解视频并完成预习作业，课堂上老师主要讲解实验的内容目的、设备器材、原理方法和数据处理规则等，完毕后进行操作演示并讲解注意事项，理论讲解和操作演示大约需要一节课的时间，然后学生操作实验，通常用到电子万能实验机的实验由于设备数量的原因需要2—4分组完成，其他实验则由每个学生独立完成。课堂上要求学生完成实验内容并记录实验数据，老师监督指导整个实验过程并判定实验数据的正确性，学生完成试验后在课后完成实验分析报告，老师主要依据实验数据的正确性和实验报告的撰写情况对学生进行成绩评判。
以上教学内容和教学方法已基本形成了较为固定的模式，也是现行体制下较为高效的教学模式，尤其是面对实验课时较多而实验课老师较少的情况。但是，在授课过程中也确实感到一些不太容易操作或者需要改进的方面。
三、材料力学实验教学存在的问题和改进的措施
材料力学实验课程存在的问题具有深层次的原因，总结归纳起来主要有以下几个方面。
第一，对材料力学实验课的定位问题。目前，大多数院校对材料力学实验课的定位是辅助材料力学理论课程的学习，这种定位就导致材料力学实验在该门课程中占据次要地位，实验课时少，基本上都是基础性和验证性实验，创新和能力培养型的实验少。而且由于课时的限制导致许多实验无法开展，仅能做演示。
第二，学生对材料力学实验课不够重视。由于实验课时少、所占比重低，学生普遍不重视材料力学实验课。学生态度上的不重视主要表现为课前预习不认真，课堂听讲效果差，实验过程中部分学生动手能力较差，课后完成报告不认真，存在应付和抄袭的现象。在整个实验课学习过程中，相当一部分学生始终处于被动地位，很难达到能力素质方面的培养。
第三，教学模式固化。图2所示的教学流程在实施过程中存在以下问题：一方面存在老师传输知识而学生被動接受的问题;另一方面就是实验教学实施环节中，老师对学生的过程考核存在一定的难度，一般是通过实验报告进行结果考核。这种以实验报告为主的结果考核办法会导致学生在实验过程中对出现的实验现象不思考，无法从实验中锻炼提高动手能力和实验技能，造成实验教学效果差，且仅考核实验报告会导致抄袭应付和实验报告存在雷同现象的发生。
针对以上问题，作者认为要提高材料力学实验课程的教学效果，需从以下几个方面努力。
第一，提高对力学实验课程的重视程度。材料力学是以实验为基础的一门学科，其基本定律的发现主要是依靠科学实验而得的，许多新理论的建立、数值计算的结果也要靠实验加以验证。在教学安排中应该重视实验课程的基础性地位，而不单单是辅助理论教学。学生在学习过程中也要摆脱“重理论，轻实践”的认识，积极主动参与到教学实施的各项环节中，而不仅仅是被动接受。学生对待实验课程的态度对教学效果影响很大，对材料力学基础知识的理解以及动手实践能力的培养也会产生很大的差异。
第二，增加课时和创新设计型实验。目前材料力学实验课时较少，基本上是基础性和验证性实验，可考虑适当增加课时用于创新型和设计型的实验，主要由学生自主学习、思考、设计并完成实验，提高学生的实验兴趣并培养学生的动手能力和综合实验能力。
第三，创新教学和考核方法。老师在教学实施过程中应注意采用互动式和启发式教学。课前精心进行教学设计，设置能引发学生兴趣和思考的提问环节，增加互动，讲述和示范不宜过长，在实验操作过程中允许学生犯错，并及时纠正和引导学生思考错误原因，甚至可以通过重复试验提高动手能力。在教学过程中可以充分应用多媒体教学，提高课堂的教学效果。 在实验考核过程中，目前以实验报告为主的结果考核方法并不能真实客观地反映学生的实验能力和水平。主要弊端在于有的学生可能实验时非常认真，动手能力较强，但由于报告写得不好而成绩不高，有的同学做实验时并不认真投入，但可以通过认真抄写报告而可得到同等的成绩，这就无法正确反映学生实验的真实水平。材料力学实验的考核应该采取考虑课堂表现、实验操作、实验报告的综合性成绩评价体系，这种评价体系要求老师更加注重过程考核，认真做好实验整个过程的评价方案并标准，从某种意义上来说提高了对老师的要求并增加了工作量。
另外，材料力学实验课程可考虑增加开放性实验来提高本门课程的灵活自主性。学生可完全依据自己的兴趣自己设计或者选择由老师设计好的几种实验方案，根据实验室开放时间和规则自己动手完成实验，但是这种类型的实验要求老师必须对实验的科学性和可行性进行充分评估和严格把关，并在实验过程中给予一定的指导。
四、结语
要做好材料力学实验课的教学，需要从学校支持、学生重视和老师教学模式创新几个方面共同努力方能见成效。实验课程教学不但是要学生理解和验证理论课上的基本定律，更是一种思维方式、能力素质的培养。近些年来我国科技发展进步很快，但是原创性成果不多，很大程度上也和不重视基础研究教学且投入不够，以及在教学和学习期间就存在的“重理论，轻实践”认识和导向有关系。高等教育的发展要求改变目前的实验课程教学现状，通过课程改革把材料力學实验课教学完成从理解和验证基础知识到能力素质培养方向的转变。
参考文献：
[1]李建华，乔箭，陈亮亮.材料力学实验“互动式”教学模式探索[J].实验技术与管理，2013，30（12）：181-183.
[2]汤繁华，杨晓华，陈海涛.材料力学实验教学方法的若干改进[J].实验室科学，2011，14（2）：35-37.
[3]曾海燕.材料力学实验教学改革实践[J].理工高教研究，2004，23（2）：129-130.
[4]曾鸣，邓嵘，王钰文.以学生为主体的启发式材料力学实验课程改革[J].大学教育，2017，（3）：31-32.
[5]周沙溆.工程教育认证体制下《材料力学实验》教学改革趋势探讨[J].时代教育，2015，（3）：57-58.
Practice and Exploration on Experimental Teaching for Materials Mechanics
WANG Hai-tao
（College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha，Hunan 410073，China）
Abstract：This paper summarized the teaching contents and methods of material mechanics experiment，and analyzed the problems existing in the teaching process of mechanical experiments，then the pertinent teaching improvement measures are proposed，it can provide some thoughts and suggestions for the innovation and progress of experimental teaching for material mechanics.
Key words：material mechanics experiment;teaching method;teaching innovation
关键词：材料力学实验;教学方法;教学创新
中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）12-0271-03
一、引言
在高等院校工科教育中，材料力学实验是材料力学的一个重要组成部分，是一门重要的专业基础课。良好的材料力学实验教学过程，不仅能够提高学生对基本理论知识的掌握，而且能够激发学生的学习兴趣，培养其动手实践能力和分析创新能力[1-5]。但是，目前材料力学实验在教学实施过程中存在一系列问题，例如，教学学时少、学生不重视、教学形式固化等，以至于学生上完实验课后，仅能够在基础知识和试验基本操作方面有所了解，难以在能力培养和分析创造能力上有所进步。本文对作者近几年从事材料力学实验教学的经验和体会进行梳理，从教学内容、方法、存在问题及解决方案等方面分析材料力学实验教学的现状，希望对材料力学实验教学的建设和进步有所帮助。
二、材料力学实验的教学内容和方法
目前，根据教学规划我院材料力学实验安排8个学时（4次课）完成。材料力学实验主要包括材料力学性能测定（如拉伸、压缩、扭转、冲击、疲劳等试验）、理论验证（如弯曲正应力实验、弯曲变形实验、压杆稳定性实验等实验）和应力分析（如电测法、光弹性法等实验）三个方面的实验内容，我院在教学实施过程中主要的材料力学实验教学内容如图1所示。
在材料力学实验教学计划中，拉伸试验、金属材料弹性常数的测定、规定塑性延伸强度的测定、弯曲正应力实验、弯曲变形实验、弯扭组合主应力和内力的测定是主要教学内容，这部分实验由老师课堂讲解、学生课堂实验操作并记录数据、课后完成实验报告，而压缩试验、扭转试验、冲击试验、压杆稳定性试验、疲劳试验简介仅由老师做实验演示，并不对学生做具体考核。教学过程中用到的主要实验设备如图2至图4所示。
通过以上教学计划不难看出在目前材料力学实验教学内容以基础性实验与验证性实验为主，综合性实验和设计性实验不多。学生通过完成这些实验，能够加深理解并验证材料力学课程基础理论知识，但很难把所学到的知识有机统一起来，更难与所学专业紧密联系起来。
基于以上教学内容，材料力学实验课程的基本教学流程如图5所示。
在材料力学实验教学实施过程中，学生课前观看录制的实验操作讲解视频并完成预习作业，课堂上老师主要讲解实验的内容目的、设备器材、原理方法和数据处理规则等，完毕后进行操作演示并讲解注意事项，理论讲解和操作演示大约需要一节课的时间，然后学生操作实验，通常用到电子万能实验机的实验由于设备数量的原因需要2—4分组完成，其他实验则由每个学生独立完成。课堂上要求学生完成实验内容并记录实验数据，老师监督指导整个实验过程并判定实验数据的正确性，学生完成试验后在课后完成实验分析报告，老师主要依据实验数据的正确性和实验报告的撰写情况对学生进行成绩评判。
以上教学内容和教学方法已基本形成了较为固定的模式，也是现行体制下较为高效的教学模式，尤其是面对实验课时较多而实验课老师较少的情况。但是，在授课过程中也确实感到一些不太容易操作或者需要改进的方面。
三、材料力学实验教学存在的问题和改进的措施
材料力学实验课程存在的问题具有深层次的原因，总结归纳起来主要有以下几个方面。
第一，对材料力学实验课的定位问题。目前，大多数院校对材料力学实验课的定位是辅助材料力学理论课程的学习，这种定位就导致材料力学实验在该门课程中占据次要地位，实验课时少，基本上都是基础性和验证性实验，创新和能力培养型的实验少。而且由于课时的限制导致许多实验无法开展，仅能做演示。
第二，学生对材料力学实验课不够重视。由于实验课时少、所占比重低，学生普遍不重视材料力学实验课。学生态度上的不重视主要表现为课前预习不认真，课堂听讲效果差，实验过程中部分学生动手能力较差，课后完成报告不认真，存在应付和抄袭的现象。在整个实验课学习过程中，相当一部分学生始终处于被动地位，很难达到能力素质方面的培养。
第三，教学模式固化。图2所示的教学流程在实施过程中存在以下问题：一方面存在老师传输知识而学生被動接受的问题;另一方面就是实验教学实施环节中，老师对学生的过程考核存在一定的难度，一般是通过实验报告进行结果考核。这种以实验报告为主的结果考核办法会导致学生在实验过程中对出现的实验现象不思考，无法从实验中锻炼提高动手能力和实验技能，造成实验教学效果差，且仅考核实验报告会导致抄袭应付和实验报告存在雷同现象的发生。
针对以上问题，作者认为要提高材料力学实验课程的教学效果，需从以下几个方面努力。
第一，提高对力学实验课程的重视程度。材料力学是以实验为基础的一门学科，其基本定律的发现主要是依靠科学实验而得的，许多新理论的建立、数值计算的结果也要靠实验加以验证。在教学安排中应该重视实验课程的基础性地位，而不单单是辅助理论教学。学生在学习过程中也要摆脱“重理论，轻实践”的认识，积极主动参与到教学实施的各项环节中，而不仅仅是被动接受。学生对待实验课程的态度对教学效果影响很大，对材料力学基础知识的理解以及动手实践能力的培养也会产生很大的差异。
第二，增加课时和创新设计型实验。目前材料力学实验课时较少，基本上是基础性和验证性实验，可考虑适当增加课时用于创新型和设计型的实验，主要由学生自主学习、思考、设计并完成实验，提高学生的实验兴趣并培养学生的动手能力和综合实验能力。
第三，创新教学和考核方法。老师在教学实施过程中应注意采用互动式和启发式教学。课前精心进行教学设计，设置能引发学生兴趣和思考的提问环节，增加互动，讲述和示范不宜过长，在实验操作过程中允许学生犯错，并及时纠正和引导学生思考错误原因，甚至可以通过重复试验提高动手能力。在教学过程中可以充分应用多媒体教学，提高课堂的教学效果。 在实验考核过程中，目前以实验报告为主的结果考核方法并不能真实客观地反映学生的实验能力和水平。主要弊端在于有的学生可能实验时非常认真，动手能力较强，但由于报告写得不好而成绩不高，有的同学做实验时并不认真投入，但可以通过认真抄写报告而可得到同等的成绩，这就无法正确反映学生实验的真实水平。材料力学实验的考核应该采取考虑课堂表现、实验操作、实验报告的综合性成绩评价体系，这种评价体系要求老师更加注重过程考核，认真做好实验整个过程的评价方案并标准，从某种意义上来说提高了对老师的要求并增加了工作量。
另外，材料力学实验课程可考虑增加开放性实验来提高本门课程的灵活自主性。学生可完全依据自己的兴趣自己设计或者选择由老师设计好的几种实验方案，根据实验室开放时间和规则自己动手完成实验，但是这种类型的实验要求老师必须对实验的科学性和可行性进行充分评估和严格把关，并在实验过程中给予一定的指导。
四、结语
要做好材料力学实验课的教学，需要从学校支持、学生重视和老师教学模式创新几个方面共同努力方能见成效。实验课程教学不但是要学生理解和验证理论课上的基本定律，更是一种思维方式、能力素质的培养。近些年来我国科技发展进步很快，但是原创性成果不多，很大程度上也和不重视基础研究教学且投入不够，以及在教学和学习期间就存在的“重理论，轻实践”认识和导向有关系。高等教育的发展要求改变目前的实验课程教学现状，通过课程改革把材料力學实验课教学完成从理解和验证基础知识到能力素质培养方向的转变。
参考文献：
[1]李建华，乔箭，陈亮亮.材料力学实验“互动式”教学模式探索[J].实验技术与管理，2013，30（12）：181-183.
[2]汤繁华，杨晓华，陈海涛.材料力学实验教学方法的若干改进[J].实验室科学，2011，14（2）：35-37.
[3]曾海燕.材料力学实验教学改革实践[J].理工高教研究，2004，23（2）：129-130.
[4]曾鸣，邓嵘，王钰文.以学生为主体的启发式材料力学实验课程改革[J].大学教育，2017，（3）：31-32.
[5]周沙溆.工程教育认证体制下《材料力学实验》教学改革趋势探讨[J].时代教育，2015，（3）：57-58.
Practice and Exploration on Experimental Teaching for Materials Mechanics
WANG Hai-tao
（College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha，Hunan 410073，China）
Abstract：This paper summarized the teaching contents and methods of material mechanics experiment，and analyzed the problems existing in the teaching process of mechanical experiments，then the pertinent teaching improvement measures are proposed，it can provide some thoughts and suggestions for the innovation and progress of experimental teaching for material mechanics.
Key words：material mechanics experiment;teaching method;teaching innovation