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基础力学实验教学问题与实践论文

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基础力学实验教学问题与实践论文

摘要：传统本科生基础力学实验教学方式对于工程能力培养有欠缺，改革基础力学实验教学，加强学生工程能力培养势在必行。结合力学实验教学改革实践，介绍了在基础力学实验教学中革新教学体系、完善实验考核方式、加强国家规范在实验教学的应用等举措，对在基础力学实验教学中培养工程能力进行了有益探索。

关键词：基础力学；实验教学；工程能力培养；实验规范

工科大学是工程师的摇篮，实验教学是大学生工程师素质养成和工程能力培养的重要环节[1]。力学是工科院校学生最早接触到的专业基础课程之一，与工程实践联系紧密[2]。力学实验教学除了满足理论课教学的需要外，还应成为提高学生综合素质，培养创新精神与工程能力的重要手段。传统的本科生力学实验教学是作为材料力学、理论力学等课程的理论验证和理论学习的补充，目的是加深对理论课的理解。这种实验教学模式对力学课程教学起到了一定作用，但手段单一，内容简单，对学生实际动手能力培训力度不够，与真正的工程实践要求相距甚远[3-6]。因此，革新力学实验教学体系，加强学生工程能力的培养尤为迫切。

一、实验教学存在的问题

传统的力学实验教学作为辅助手段安排在力学课程教学的相关章节后面，主要是验证某一理论假设或结论，实验目的单一。实验教学内容主要是按理论课的需要进行设计，缺乏实验技能系统训练。一般实验课安排为2或4学时，实验课时设置较死板。实验课既是实验教学过程又是实验考核过程，缺乏实验考核手段，实验成绩评定仅以实验报告为依据，没有针对实验教学的专门考核环节。实验作为辅助手段的定位，难以引起学生足够的重视，许多学生实验预习深度不够甚至不预习，进行实验时带有很大的盲目性。为了在规定的课时完成教学计划，实验课上学生围着教师转，在教师统一的思路下进行实验操作，实验过程中学生缺乏独立解决问题的.积极性。实验指导书对具体实验原理、实验步骤编排过于详细、具体，甚至实验报告表格都为学生设计好，学生完全根据实验指导书上的步骤和内容，按部就班进行，实验报告千篇一律。这种实验教学模式下，学生处于被动状态，感觉枯燥无味，压抑了学习兴趣和学习积极性，限制了的创新能力培养。

二、实验教学改革实践

为了适应工科学校对培养学生创新精神与工程能力的要求，对力学实验教学体系进行了改革。结合新版教学大纲修订，将原材料力学课程实验和理论力学课程实验结合，为机械制造与设计专业独立开设力学综合实验课。该实验课程与理论力学、材料力学安排在同一学期，在后半学期开课，24学时，单独考核。课程内容设置如表1所示。实验课程划分为3个相关的力学实验专题：材料性能测定、静力效应分析和振动效应分析。在材料性能测定中，介绍脆性材料和塑性材料在轴向拉压、扭转、剪切作用下材料性能测定方法，实验中获取脆性材料强度指标，测定塑性材料模量、强度和相关塑性指标。实验过程中强调不同材料在不同作用下的破坏形态，引导学生思考其破坏机理。在静力效应分析中，以电测实验方法为基础，分别依次进行纯弯曲实验、薄壁圆筒弯扭组合变形测定实验、弹性常数及未知重量实验。通过纯弯曲实验，学生初步掌握应变电测实验方法。在薄壁圆筒弯扭组合变形测定实验中，学生掌握通过实验分析力学问题的思路和基本步骤。在测定弹性常数及未知重量实验中，设置了测定未知材料弹性模量和一个未知重量砝码的实际重量等内容，进一步训练解决实际问题能力。动力学问题是理论力学课程的重要内容，振动实验分析在动力学分析中应用广泛。在振动实验中设置加速度传感器标定实验，结合理论力学动力学知识，介绍加速度传感器振动响应的接收原理。通过加速度传感器标定实验，学生掌握振动测试系统的使用方法。安排了振动系列实验，加强对振动系统刚度、阻尼、固有频率、共振、振型等概念和现象的认识，并进一步介绍振动特性在工程隔震和动力消振中的应用。课程概论重点介绍力学实验基本方法，力学实验在科学研究和工程实践中的重要作用，以及该课程与理论课程之间的联系。将具体设计性实验项目作为考核题目，以工程任务形式布置给学生，只介绍实验项目的工程背景、实验装置和注意事项[8]。学生根据所学实验知识以4人为一组在规定的时间内自行设计实验方案，自主完成实验过程，形成实验报告。教师根据学生实验操作过程和实验报告评定实验成绩。国家标准是由国家标准化主管机构批准发布[7]，是在全国范围内统一的技术要求，是技术往来的技术语言和技术依据。在工程实践中从事实验技术工作，必须遵循国家的相关规范和技术标准。传统的力学实验教学中往往按力学理论教材组织实验教学，对国家标准规范的应用重视不够，力学教学实践中对这此予以加强。将国家规范中相关概念和实验方法应用在材料力学性能测定实验教学过程。将国家标准GB/T228.1-2010中“术语和定义、符号和说明”、“试样”等内容融入实验讲义中拉伸实验概念一节，遵照规范规定编排试验中原始横截面测定和原始标距标记方法、断后伸长率、屈服强度、规定非比例延伸强度、抗拉强度、断面收缩率测定方法等。讲解弹性模量测定时，参考了GB/T22315-2008；讲解实验测定结果时，参考了国家标准GB/T228-200220及国家标准GB/T8170-2008的修约内容。通过实验规范学习，使学生熟悉常用实验规范并掌握实验规范的一般使用方法，培养在实验过程中自觉遵守实验标准规范的工程意识，提高工程师素养。

参考文献：

[1]翁史烈．工科领域的实验室大有可为[J]．实验室研究与探索，2009，28（5）:1-4．

[2]杨伯源，李和平，刘一华．材料力学[M]．北京：机械工业出版社，2001：1-6．

[3]李顺才，蔡瑜玮.材料力学实验教学若干思考[J]．实验技术与管理2010，27（12）:158-160.

[4]贾贤安，刘一华，詹春晓，第．力学实验教学改革的探索与实践[J]．合肥工业大学学报:社会科学版，2003，17（5）:88-90.

[5]汤佳乐，程放，黄春辉，等.素质教育模式下大学生实践能力与创新能力培养[J]．实验室研究与探索，2013，32（1）:88-89．

[6]黄兴，张东升，张俊乾.基础力学实验教学改革及其管理体系建设与实践[J]．实验室研究与探索，2018，37（4）：214-216．

[7]《中华人民共和国标准化法附新旧条文对照》编委会.中华人民共和国标准化法附新旧条文对照[M]．北京：中国民主法制出版社，2017：1-5．

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