基于创新型人才培养的工程力学实验教学

基于创新型人才培养的工程力学实验教学

吴　菁　刘　燕

（海军工程大学，湖北武汉430033）

摘　要：工程力学实验是工科类专业一门重要基础实验课程，它既有理论性又有实践性。本文根据创新型人才培养的时代需求，结合作者的实验教学实践，对该实验课程的教学模式、教学方法及“理论-实验-实践”实验教学进行了探索性的研究，启发学员力学创新思维，培养学员创造力。

关键词：工程力学实验　教学方法　创新型人才培养模式

周济曾强调：“深化改革，提高质量，必须坚持以培养创新性人才为重点。”提高学员的创新精神和创新能力是时代的要求，也是提高教学质量的重点和难点。工程力学实验作为工程力学课程的重要组成部分，对培养学员认识工程现象、分析工程问题的能力和全面提高综合素质也有着不可替代的作用，并对其他后续课程的学习具有不可忽视的重要作用。

1　传统工程力学教学现状及存在的问题

力学兼具有基础学科和应用学科的双重特点，力学课程特别是力学实验课程必须重视理论联系实际，对培养学员的工程素养，帮助学员建立工程概念起着重要的作用。但传统实验教学观念比较落后，力学实验仍是以验证性实验为主，实验教学的重心也是放在加深有关理论课的理解上。其现状特点主要表现在：在实验课程设置及教材编写方面，依附于材料力学等理论课程，实验多为验证性实验，缺乏设计性和综合性课题实验，强调对理论知识的复习和巩固及实验操作技能的训练；实验教材对实验内容、实验步骤描写过细，学员被动地按照实验指导书操作完成，然后按照规定的格式写出实验报告就算完成了实验任务；学员极少对实验进行进一步思考，学员的思维被束缚，从而不能充分调动学员学习兴趣和积极性。

如何在现有实验室的空间和资源条件下，充分调动和激发学员学习的主动性和积极性，进一步提高学员实际动手的操作技能，从根本上变学员被动学习为主动求知，培养学员独立观察分析、发现问题、解决问题的能力，成为亟待解决的问题。在现代高等教育思想的引导下，我们尝试将创新型教育融入到工程力学实验课程的教学过程中，使学员力学综合素质得到提高。

2　由教向学的教学模式转变是创新型人才培养的基础

由教向学的教学模式是以生动形象的授课方式，介绍日常生活中工程力学知识的运用以及工程力学所要解决的工程问题，使学员对课程有新鲜感，在一定程度上产生工程责任感，激发学员的学习兴趣，调动他们的自觉性和主动性，使得学员变“要我学习”为“我要学习”。

（1）通过列举一些大家司空见惯的生活现象，来说明我们身边处处都有力学问题，这些问题中均包含着一定的力学原理，并直接在工程力学实验课程中充分体现。例如金属材料拉伸实验课时，我在课堂上首先拿出一袋常见小零食问学员，为什么这些食品包装袋的外边缘做成锯齿形或者有个小缺口呢，为什么缺口处更容易撕开呢，同时拉伸试件为类比，提出为何试样的过渡部分设计成圆弧状呢，以此来加深学员对应力集中概念的理解与重视。学员的兴趣自然得到了提高，求知欲望自然更迫切。

（2）结合重大工程事故，说明工程力学课程的实际意义及重要性，同时可培养学员严谨的科学态度，唤起学员的责任意识和质量意识。1912年4月10日，“泰坦尼克号”这一当时世界上最大的超豪华客轮，在它的首航，撞上冰山，造成了和平时期最大的航海事故。这一事故学员们通过很多艺术作品都了解了，但对事故原因却一知半解。究其原因是设计者没有考虑到温度对金属材料力学性能的影响。通过对这一问题的思考，学员们明确了温度对材料力学性能的影响，理解了试验环境对工程力学试验的影响，并树立了严谨的试验观念。在未来，当学员们走出实验室到实际工作环境中，必定会重视外部环境对材料力学性能的影响。这也是实验教学非常重要的一个部分。

3　研究性教学方法是创新型人才培养的关键

研究性教学是注重培养人才创新精神和创造能力的一种全新的教学方式。它是从传统的单向知识传授的教学型教学向知识传授与探索相结合、激发学员求知欲和创造性的研究型教学的转变。我们力学专业的教员完全可以在工程力学实验课上将传统的“满堂灌”式教学方法转变到创新人才培养的研究型教学方法上来，自觉地将创新教育寓于教学过程中。

1.与时俱进，更新授课内容

教员应根据学员所学专业等实际情况，及时更新授课内容，介绍工程力学实验在前沿科学中的应用，激发学员追求真理、崇尚科学、勇于探索的热情。笔者就曾在完成工程力学实验课程计划中金属材料（铸铁和低碳钢）拉伸实验后，指导学员利用所学实验方法和实验仪器，测量在研新材料（炭黑水泥基复合材料）的弹性模量、泊松比等力学性能。该实验不仅巩固了原基础实验的实验方法，同时开拓了学员未来研发新材料的创新思路。

2.借助网络，组建小课题研究

教员应积极利用现代化网络教学手段，开展多种形式的课后交流学习。教员可通过结合课程专题安排小型课题研究，将学校的科研软硬件资源提供给学员，指导学员查阅相关文献资料，研讨问题、参与课题研究，给出自己的评价观点，以真正实现研究性教学，提高教学质量和教学效益。例如在完成了金属材料拉伸实验教学后，我将测量炭黑水泥基复合材料电阻变化实验作为课后小作业，让学员们自己拟定实验方案，给出实验结论。这一实验是金属材料拉伸实验的延伸与推广，既让学员更熟练掌握了拉伸实验的过程，又充分调动学员学习的自主性，以探索和研究为基础的教学过程培养了学员的研究与创新能力，可谓达到了双赢的效果。

4　“理论-实验-实践”一脉相承的教学是创新型人才培养的核心

传统实验课无论从方法还是手段上多是以模仿为主，从实验仪器设备的准备到实验步骤的制定等各方面均是教员进行，实验内容单调且缺乏学员的参与设计与创新。为此我们可以将工程力学实验分为以下三个阶段。

第一阶段：理论课辅助阶段。这一阶段是指伴随着理论课的学习，开展基本量的测量与实验仪器使用为核心内容的实验课。如金属材料拉伸压缩实验，扭转实验、G测定等，目的在于对基本力学量的验证，在加深对理论概念的理解的基础上，明确基本的力学试验方法，了解如电子拉压试验机等基本的实验仪器。

第二阶段：基础实验阶段。这一阶段是指学员熟练掌握仪器设备的使用，如光弹实验，电测实验等。学员在预习实验指导书的基础上，完成实验内容，熟悉基本的分析问题和解决问题方法。这一阶段使学员所学不再仅仅拘泥于课本或实验室的教学设备上，为实际参与简单的工程测量如管道应力测试等奠定了基础。

第三阶段：实践创新阶段。实践创新阶段是指学员自主研发理论力学创新实验，如组队参加基础力学实验竞赛或参与老师的在研项目课题组等方式均是学员实践的平台。再如2010年5月至7月，我系教员在全校范围内选拔学员组队参加首届全国大学生基础力学实验竞赛，不仅初赛复赛均取得了团体第三名的可喜成绩，更可贵的是营造出大家参与力学实验的热情，使学员尽可能接近工程实际，增强力学素养，训练他们的科学思维，培养他们的科学创新精神。

5　结束语

创新型教育应该渗透到工程力学实验教学中，在传授知识的同时注意激发学员独立思考和创新的意识，要让学员感受、理解知识产生和发展的过程，培养学员的科学精神和创新思维的习惯，重视培养学员收集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作和社会活动的能力，在接受教育的同时提高创新能力，提高综合素质。

参考文献

周济.实施“质量工程”贯彻“2号文件”全面提高高等教育质量［J］.中国大学教学，2007（3）：4～8.

吴树青.深化高等教育改革增强创新能力促进创新型人才培养［J］.清华大学教育研究，2007（5）.