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工程力学实验课程的优化与改革实践

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发布日期:2018-10-31 10:10

摘要:当前学校工程力学实验课程的安排有诸多不足,为满足现行的教学计划要求,提升本科大学生的实验技能和工作实践能力,适应工科高等学校基础课力学实验教学.本文将改进实验内容,优化实验教程安排,促使实验内容、教师教学手段、学生学习能动性有更进一步的改善.经过两年多的实践,取得了良好的实验效果.
  关键词:教学质量; 工程力学; 教学手段;
  力学实验的基本任务就是研究材料在歪理作用下的变形和破坏规律,为合理设计构建提供强度、刚度和稳定性方面的基本理论和计算方法,而力学性能只有通过实验才能得到.工程力学实验既可为工科类各专业学生的工程力学理论提供实际数据,又可供学生开设综合、设计实验时运用,还可供工程技术人员在测定有关力学量时参考.然而当前学校工程力学实验课程的安排有诸多不足,在现有的实验教学条件下,如何进行有效的实验[2] ,从而提高本科大学生的实验技能和工作实践能力,适应工科高等学校基础课力学实验教学是研究的重点.
  1 课程优化的目的
  目前在工程力学的实验教学环节中,由于实验设备较为大型,而实验设备台套数又少,因此在实验操作过程中出现了多人共用一台仪器进行实验.这样在实验过程中只能有二到三名学生在操作而其余同学由于时间关系只能参考有实际操作设备的学生的数据来完成实验报告而没有自己的数据.另外,因实验教学成绩在课程成绩中占的比重不大,让学生有实验成绩不影响理论教学成绩的印象产生.为使学生重视实验教学,能够参与实际实验操作,加强他们的实际动手能力及独立思考能力,必须对实验课程进行优化,完成工程力学实验教学的改革.
  2 除旧纳新,对实验内容加以改进
  工程力学实验教学注重学生将理论知识应用到实际实验操作上,学生课前应自己掌握好力学相关知识,要有独立动手的机会.
  以往教学内容把理论以及实验教学时间太长,学生把大部分时间用在听上面,缺少自主思考与动手机会.为了让学生能有更多的机会自己进行实验操作,对实验内容进行了必要的改进,以适应当前教学计划的要求.把《工程力学》的实验教学内容整合为应力应变状态分析、塑性(脆性)材料杆件拉伸能力分析、工件抗压、抗扭能力和纯弯曲能力分析等几个实验.在教学过程中,对在理论课堂上有进行讲解过的公式推导将不再重复讲解由学校自己推导.比如说在弯曲试验计算中原教学内容推导相当复杂,学生往往运用大量时间去计算.对实验内容加以改进之后是让学生直接将公式应用于实验上得出数据.这样一方面让学生自己课前课后再去查阅书本相关理论知识,另一方面避免学生浪费时间从而将其用到实验上;同时将原本用于理论知识讲解的时间去讲解实验仪器的操作以及注意事项,培养学生的安全防范意识以及对实验设备的了解.在教学内容上针对不同专业不再采取相同的教学手段,根据不同专业对于力学的知识了解需求进行不同的教授方式.例如对于机械类专业和土木专业的工程力学课程施行不同的教学大纲.这样,既可以使不同专业的学生学到所需的力学实验知识,同时授课教师也能拥有不同的教学手段,从而使课程得到优化.
  3 工程力学实验要求
  (1)随时注意观察试件在拉伸过程中的形状变化和应力-应变曲线的变化情况.
  (2)实验主要测定它的屈服极限σs、强度极限σb、延伸率δ和断面收缩率ψ等力学性能指标.这些力学性能指标,是由拉伸破坏实验来确定的,可以用材料的拉伸图来描述,实验后,利用打印机打印出完整的低碳钢的拉伸图曲线同时要求会求证相关实验数据.
  (3)掌握测量电桥连接方法,熟悉电测法的测试步骤,学会应变仪的使用方法.
  (4)测定纯弯曲梁横截面上的正应力分布,测量结果与理论值进行比较,以验证弯曲正应力公式.
  (5)测定低碳钢的剪切屈服极限τs,低碳钢和铸铁的剪切强度极限τ,绘制扭转曲线图
  (6)独立实验,实验教师提出实验任务及所要达到的目的,并提供实验所需实验设备与材料,学生应结合所学理论知识,独立设想实验的步骤和方法,自行选择所要用到的工具和所要测量的数据最后设计出完整的方案.教师在学生实验过程中仅对学生提出的问题作出提示但并不给予答案,由学生自思考.该实验注重锻炼学生的自我思考能力和动手能力,教师只起到辅助作用[3] .
  4 实验教学方法优化
  改革实验教学安排.以往上课方式是由理论教师讲解理论,实验教师进行试验操作.由于学校现有的力学实验设备台套数较少,而且由于实验要求和实验仪器的局限,每个完整的实验都需要30分钟以上,远远无法满足学生独立自主实验的要求.在教学过程当中一个教师演示给十几名学生实验的具体操作,学生必须在有限的上课时间内完成要求的实验内容并得出实验数据,这导致实验只能有二到三名学生在操作而其余同学无法操作实验设备,只能参考有实际操作设备的学生的数据来完成实验报告而没有自己独立的数据.为了让每个学生都能做到实验,适应本科的教学目标,势必要调整好实验方法和手段.因此采用了一课二用的教学手法.由于不同的实验项目设备基本在同一间实验室中,因此在一次实验课中将安排两个不同的实验项目,每个项目按照学生总数、仪器数量及难易程度安排相应的学生人数,并由两位老师分开教学不同项目,同时在下次实验课调换相应实验项目.这样使每个实验仪器都能用上且在有限的上课时间内班级学生都能有动手的机会并获得属于自己的实验结果.
  之前的力学实验考核结果是以实验报告结合平时实验表现给成绩,这种考核方式存在着实验报告抄袭现象严重,多人操作无法对每人操作给分,因此对实验的考核方式进行优化,对独立设计实验给与一定的分数额度.具体为:操作占40%,实验数据占40%,表现占20%.实验课程的平时实验成绩与期末独立设计实验考试成绩的比例为6:4.由于数据不同,图形不同,实验报告抄袭现象得到抑制,每台仪器的人数减少也使学生不会因时间不够无法操作而得到动手的机会.这种方式能够反映学生真实实验水平,能够公平合理的评定每位学生的实验成绩.
  5 实践效果
  由于进行了分组实验,使学生能够有更多的机会操作实验,独立完成实验以及进行实验数据的处理.不同的实验材料也保证了学生要认真对待实验课程.通过不同的力学实验材料,让学生掌握运用力学实验数据去进行计算,学会使用实验设备,锻炼了学生的独立操作能力.在创新性设计实验上,教师只提出实验的任务和要达到的目的,并帮助学生去论证,对实验中学生出现的各种问题也只是给予提示,不具体告诉学生应该怎么做,主要培养了学生的自我分析问题和解决问题的能力.学生结合所学理论知识,学会自主选择实验仪器、操作多种仪器的能力.根据老师提出的任务和实验目的来做实验.
  整个实验下来,全面考察了学生的动手能力,独立思考能力和创新意识.改革后学生反应热烈,由于学生有更多的独立动手机会,也有了独立思考的时间;强制性要求的区分不同的实验材料让不好学的学生也必须完成实验并有自己的实验数据,这样学生自我思考以及询问老师的次数增多,激发了学生的求知欲望,增强学生复习实验内容的自觉性和主动性.
  6 结束语
  工程力学实验课程的特点是理论知识较多,实践环节学生操作较少.改革后实验能起到开拓学生思路、巩固理论知识的效果,增加学生操作机台的时间,同时也提升了学生的学习兴趣,让学生对工程力学这门学科有更深的认识.对于工程力学实验课程的优化与改革,我们于两年的时间内将其应用到我校光机电专业以及土木建筑坏境专业当中,跟以往对比发现所取得的教学效果更好,学生的主动性与积极性都有所提高,也可满足不同专业、不同学时课程的需要.

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