基礎力學實驗教學問題與實踐論文
基礎力學實驗教學問題與實踐論文
摘要：傳統本科生基礎力學實驗教學方式對於工程能力培養有欠缺，改革基礎力學實驗教學，加強學生工程能力培養勢在必行。結合力學實驗教學改革實踐，介紹了在基礎力學實驗教學中革新教學體系、完善實驗考核方式、加強國家規範在實驗教學的應用等舉措，對在基礎力學實驗教學中培養工程能力進行了有益探索。
關鍵詞：基礎力學；實驗教學；工程能力培養；實驗規範
工科大學是工程師的搖籃，實驗教學是大學生工程師素質養成和工程能力培養的重要環節[1]。力學是工科院校學生最早接觸到的專業基礎課程之一，與工程實踐聯絡緊密[2]。力學實驗教學除了滿足理論課教學的需要外，還應成為提高學生綜合素質，培養創新精神與工程能力的重要手段。傳統的本科生力學實驗教學是作為材料力學、理論力學等課程的理論驗證和理論學習的補充，目的是加深對理論課的理解。這種實驗教學模式對力學課程教學起到了一定作用，但手段單一，內容簡單，對學生實際動手能力培訓力度不夠，與真正的工程實踐要求相距甚遠[3-6]。因此，革新力學實驗教學體系，加強學生工程能力的培養尤為迫切。
一、實驗教學存在的問題
傳統的力學實驗教學作為輔助手段安排在力學課程教學的相關章節後面，主要是驗證某一理論假設或結論，實驗目的單一。實驗教學內容主要是按理論課的需要進行設計，缺乏實驗技能系統訓練。一般實驗課安排為2或4學時，實驗課時設定較死板。實驗課既是實驗教學過程又是實驗考核過程，缺乏實驗考核手段，實驗成績評定僅以實驗報告為依據，沒有針對實驗教學的專門考核環節。實驗作為輔助手段的定位，難以引起學生足夠的重視，許多學生實驗預習深度不夠甚至不預習，進行實驗時帶有很大的盲目性。為了在規定的課時完成教學計劃，實驗課上學生圍著教師轉，在教師統一的思路下進行實驗操作，實驗過程中學生缺乏獨立解決問題的.積極性。實驗指導書對具體實驗原理、實驗步驟編排過於詳細、具體，甚至實驗報告表格都為學生設計好，學生完全根據實驗指導書上的步驟和內容，按部就班進行，實驗報告千篇一律。這種實驗教學模式下，學生處於被動狀態，感覺枯燥無味，壓抑了學習興趣和學習積極性，限制了的創新能力培養。
二、實驗教學改革實踐
為了適應工科學校對培養學生創新精神與工程能力的要求，對力學實驗教學體系進行了改革。結合新版教學大綱修訂，將原材料力學課程實驗和理論力學課程實驗結合，為機械製造與設計專業獨立開設力學綜合實驗課。該實驗課程與理論力學、材料力學安排在同一學期，在後半學期開課，24學時，單獨考核。課程內容設定如表1所示。實驗課程劃分為3個相關的力學實驗專題：材料效能測定、靜力效應分析和振動效應分析。在材料效能測定中，介紹脆性材料和塑性材料在軸向拉壓、扭轉、剪下作用下材料效能測定方法，實驗中獲取脆性材料強度指標，測定塑性材料模量、強度和相關塑性指標。實驗過程中強調不同材料在不同作用下的破壞形態，引導學生思考其破壞機理。在靜力效應分析中，以電測實驗方法為基礎，分別依次進行純彎曲實驗、薄壁圓筒彎扭組合變形測定實驗、彈性常數及未知重量實驗。透過純彎曲實驗，學生初步掌握應變電測實驗方法。在薄壁圓筒彎扭組合變形測定實驗中，學生掌握透過實驗分析力學問題的思路和基本步驟。在測定彈性常數及未知重量實驗中，設定了測定未知材料彈性模量和一個未知重量砝碼的實際重量等內容，進一步訓練解決實際問題能力。動力學問題是理論力學課程的重要內容，振動實驗分析在動力學分析中應用廣泛。在振動實驗中設定加速度感測器標定實驗，結合理論力學動力學知識，介紹加速度感測器振動響應的接收原理。透過加速度感測器標定實驗，學生掌握振動測試系統的使用方法。安排了振動系列實驗，加強對振動系統剛度、阻尼、固有頻率、共振、振型等概念和現象的認識，並進一步介紹振動特性在工程隔震和動力消振中的應用。課程概論重點介紹力學實驗基本方法，力學實驗在科學研究和工程實踐中的重要作用，以及該課程與理論課程之間的聯絡。將具體設計性實驗專案作為考核題目，以工程任務形式佈置給學生，只介紹實驗專案的工程背景、實驗裝置和注意事項[8]。學生根據所學實驗知識以4人為一組在規定的時間內自行設計實驗方案，自主完成實驗過程，形成實驗報告。教師根據學生實驗操作過程和實驗報告評定實驗成績。國家標準是由國家標準化主管機構批准釋出[7]，是在全國範圍內統一的技術要求，是技術往來的技術語言和技術依據。在工程實踐中從事實驗技術工作，必須遵循國家的相關規範和技術標準。傳統的力學實驗教學中往往按力學理論教材組織實驗教學，對國家標準規範的應用重視不夠，力學教學實踐中對這此予以加強。將國家規範中相關概念和實驗方法應用在材料力學效能測定實驗教學過程。將國家標準GB/T228.1-2010中“術語和定義、符號和說明”、“試樣”等內容融入實驗講義中拉伸實驗概念一節，遵照規範規定編排試驗中原始橫截面測定和原始標距標記方法、斷後伸長率、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，參考了GB/T22315-2008；講解實驗測定結果時，參考了國家標準GB/T228-200220及國家標準GB/T8170-2008的修約內容。透過實驗規範學習，使學生熟悉常用實驗規範並掌握實驗規範的一般使用方法，培養在實驗過程中自覺遵守實驗標準規範的工程意識，提高工程師素養。
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