淺談綜合性實驗與學生創新能力的培養論文
淺談綜合性實驗與學生創新能力的培養論文
按照《教育部關於進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》( 教高[2007]2 號) 檔案精神，深化教學內容改革，要堅持知識、能力和素質協調發展，繼續深化人才培養模式、課程體系、教學內容和教學方法等方面的改革，實現從注重知識傳授向更加重視能力和素質培養的轉變。高校應結合自己的辦學思路、辦學模式以及辦學條件，積極採取各種有效措施，以增加學生自主學習的時間和空間為手段，以拓寬學生知識面為目的，增強學生學習興趣，完善學生的知識結構，支援學生個性發展。努力創造條件，組織學生參與創新性實驗和實踐，注重提升學生創新精神和創新能力。實驗教學作為一種重要的教學手段，應不斷創新，才能滿足創新人才的培養要求。實驗創新就是在實驗的內容、方法、手段方面，透過創造與革新，使之具有與原有實驗不同的新的實質與形式，在開發學生智力、激發學生學習興趣、提高學生分析和解決實際問題的能力等方面起著重要作用，對創新型人才培養具有十分重要的意義。本文結合目前高校實驗教學現狀，在系統總結材料力學實驗教學存在問題的基礎上，提出了基於創新能力培養的材料力學綜合性實驗教學模式。實踐表明，材料力學綜合性實驗既能滿足學生實驗教學的需要，也能鍛鍊和提高學生的動手操作能力和創新能力。
1 材料力學實驗教學中存在的問題
目前材料力學實驗教學中存在的問題主要有3 個方面: 一是高校的教學模式存在重理論、輕實驗的現象。學校評價學生的標準通常是學生的考試成績，而對學生的動手能力、創新能力考核不多。因為在指標量化、程式操作上也有一定難度。二是理論教學課時多、任務重，沒有充分的時間開設實驗課程。材料力學課程是一門重要專業基礎課。主要講授材料( 單根杆件) 在軸向拉、壓、彎、剪、扭等基本變形和組合變形作用下的強度、剛度和穩定性問題。新疆農業大學現行的教學大綱計劃學時是78 學時，其中包括8 ～ 10 學時的實驗。該課程理論性和實踐性都很強，學習時既要具備一定的分析計算能力，還要在實驗中掌握實際動手操作的基本技能，把看到的實驗現象和得到的實驗資料上升到理論上加以分析，才能與材料的力學效能聯絡起來，得到對工程實際有用的結論。三是實驗課中驗證、演示性實驗較多。在實驗課進行過程中教師講解時間較長，學生往往按照老師安排好的步驟進行實驗就可以得到資料，而對為什麼要採用這樣的實驗方案、如何利用資料證明理論知識、實驗要達到什麼目的等問題思考較少。這就使得學生的創造能力和潛在的自學能力得不到充分的發揮，從而影響學生的學習興趣。
2 綜合性實驗與學生創新能力的培養
2. 1 綜合性實驗的定義
教育部在2007 年釋出的《普通高校本科教學工作水平評估方案》備註欄中標明: 綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程綜合知識或與本課程相關的課程知識的實驗。綜合性實驗是對學生進行實驗技能和方法的綜合訓練，其實驗內容須滿足下列條件之一: 涉及本課程的多個知識點，涉及多門課程的多個知識點，多項實驗內容的綜合。由此可見，綜合性實驗是建立在驗證性實驗的基礎上，綜合運用相關知識或實驗方法、實驗手段對學生的理論學習、實驗技能與思維方式進行全面訓練的一種複合性實驗。其特點就在於實驗內容的複合性、實驗手段與方法的多樣性。
2. 2 開設綜合性實驗的目的和基本要求
開設綜合性實驗的目的，就是為了透過實驗課程，培養學生的綜合應用能力、理論與實際相結合的能力、創新能力。驗證性實驗側重於驗證某一定律、某一個結論或單一的基本操作、基本訓練。綜合性實驗是相對於驗證性實驗而言有啟迪思維和開發潛能的功能和作用，透過實驗內容、方法、手段的綜合，使學生靈活應用掌握的知識，培養綜合考慮問題的思維方式，達到能力和素質綜合培養的目的`。透過綜合性實驗達到培養學生創新能力的目標不是輕易能夠實現的。其中的關鍵是如何引導學生進行主動學習，提升學習的內在驅動力。這就對綜合性實驗本身提出了很高的要求。可從實驗的內容和教學方法上入手。首先，實驗的內容要能吸引學生，使學生產生進行實驗學習的興趣。要做到這點，就必須賦予實驗內容一定的特點，比如先進性、趣味性; 再或者是結合地方特色的實際工程，自己開發設計的實驗。其次，實驗的教學方法要有特色。主要體現在要求學生自己動手準備實驗，不讓學生事先知道實驗結果，引導他們綜合運用所學知識去分析和解決問題。
2. 3 綜合性實驗例項
電測實驗是材料力學實驗中的必做實驗，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驗。實驗的目的是透過實驗讓學生掌握這種實驗方法。因為電測法不僅用於驗證材料力學的理論，而且作為一種重要的工程測試手段，為解決工程實際問題及從事科學研究提供了良好的實驗手段。但在實際的實驗過程中，測試材料的選取、測試構件的選擇包括貼片和接橋都是實驗教師在做實驗前準備好的，學生在做實驗的過程中只是按照預先給定的荷載逐級載入測試，得出實驗測試結果與理論值對比計算相對誤差。這樣的實驗只是在重複操作儀器，對於學生真正掌握電測方法並沒有起到作用，致使一旦連線或貼片出現問題，學生的實驗結果就出現很大誤差。以電測法為基本內容的綜合性實驗就應該從電測法的基本原理出發，先對構件進行理論分析，再設計接橋、貼片和載入的方式，按照設計好的方式貼片、連線，最後進行載入和測試。這是電測法的完整過程，其中每個步驟的設計和完成質量都會直接影響到測試的結果。實驗教師在實驗前提供構件( 如不等邊角鋼或是工字鋼等) 、指定方法( 如電測法) 、指定任務( 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) ，學生透過自由結合形成3 ～ 5 人的小組自主完成實驗。實踐證明這是完全可行的，在2010 年首屆全國大學生基礎力學實驗競賽中，我校參賽學生第一次自己設計實驗方案，自己動手貼片、連線，並對構件進行載入和測試，實用性大大增強。這樣的實驗既增強了學生的專業興趣，滿足實驗教學的需要，同時學生的各方面能力也在實驗中得到大大提高。真正實現了學生在實驗活動中由被動變為主動，由“要我做實驗”變為“我要做實驗”。
3 問題與思考
綜合性實驗也有其自身的侷限性，在實際開設中存在著許多矛盾，具體表現在以下三個方面: 一是綜合性實驗的耗時較長。綜合性實驗通常需要一個較長的準備階段和執行過程，而學校安排的課時是有限的，這之間的矛盾使得綜合性實驗開展存在阻力。二是實驗室的條件有限。如果上百位學生同時預約進行綜合性實驗的操作，實驗室的空間和儀器裝置就顯不足了，也會給實驗室的組織管理帶來很大的壓力。因此，在一門課程中，不可能開設過多的綜合性實驗。三是實驗經費有限。綜合性實驗教學不僅需要建立有一定規模的實驗室，添置必要的儀器裝置，還要消耗大量的人力和原材料，這些都需要資金作後盾。但大部分學校實驗經費是有限的，不可能讓學生開展大量的綜合性實驗。實際上，我們從開設綜合性實驗的目的出發，並不一定要有很多大型的、需時很長的綜合性實驗，只要開設的實驗能夠引導學生去主動學習、主動思考、主動聯想，就都能達到培養學生創新意識的目的。也可以有目的地去改造一些驗證性實驗，用綜合性實驗的要求和理念去改造，使它們變成小型的綜合性實驗。使它們達到既能促進學生知識和技能的發展，又能培養學生的創新意識的功能。還可以將綜合性實驗和大學生創新專案結合起來，不僅使得綜合性實驗的內容不斷更新，也可以從一定程度上緩解實驗耗時較長和實驗經費有限的矛盾。
4 結語
為使綜合性實驗專案起到培養學生創新能力的作用，綜合性實驗開設方式需要不斷創新。這就需要實驗指導教師應廣泛參加各類科研課題或相關培訓，不斷更新知識，熟悉學科前沿，開闊視野，以科研成果和科研專案促進實驗教學改革。同時也需要學校加大對實驗教學的投入，不斷改善實驗條件，把行業先進儀器裝置以及先進的教學手段引入課堂，這樣才能讓學生透過實驗這個小視窗看到行業的大舞臺。綜合性實驗專案只要合理設定，就能達到培養學生工程綜合應用能力與創新研究能力的目的。