材料力学实验教学改革研究与实践

　材料力学课程是工科院校学生的技术基础课，蕴含着丰富的科学方法和科学思想，是培养大学生综合能力的重要载体。材料力学实验和材料力学理论课互为基础，相互依存，具有很强的相关性。
材料力学实验是理论的基础，又促进了理论的发展。材料力学实验不仅能使学生受到严格、系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，更重要的是能培养学生严谨的科学思维和创新精神。近年来哈尔滨工程大学在材料力学实验的教学改革中，以力学学科为依托，更新实验教学理念，搭建实验教学和创新平台，坚持分层次实验教学，重新构建实验成绩考评体系，取得很好的教学效果。材料力学实验教学在2012年“十一五”黑龙江省省级力学实验教学中心验收中得到省内专家的一致好评;同年，以材料力学实验为支撑的力学实验教学示范中心被评为工业与信息化部首批实验教学示范中心。
1、依托力学学科
力学学科是我校的优势学科，有以院士为带头人的学术团队，具有本科生、硕士生、博士生、博士后研究人员在内的多层次人才培养体系。力学学科建设的一个重要组成部分是进行实验教学建设和重点技术装备建设。利用力学实验教学示范中心的现有条件进行学科的研究基地建设，在学科建设时兼顾本科生和研究生的实验教学，使实验教学有足够的资源保证;利用力学学科的人才和技术优势，提升材料力学实验教学水平;利用院士实验室的高精尖设备，为力学专业高年级学生开设科研层次实验课和演示实验课，使学生在本科学习阶段有机会接触高端的设备和科研成果，感受浓厚的学术氛围，激发学生的学习兴趣。
2、搭建两个平台
2.1开放式实验教学平台
开放实验教学不仅是实验内容、实验方式、实验管理方式、服务对象和时间的开放，更主要是实验教学理念的开放。在实验中以学生为主，师生互动，学生之间互动。学生参与实验的全过程，即从试件的准备、应变片的粘贴、大型仪器设备的调试等细微工作做起，这不仅可以激发学生对实验的兴趣，调动其参与实验的积极性，还可以让学生充分了解实验的全过程，体会实验的深刻内涵，培养学生的综合能力。材料力学实验共提供32个实验项目，按照不同的教学要求，学生选做实验，其中，综合层次实验的实验项目不能少于75%。鼓励学生从教师的科研项目中、社会实践中或实验教学改革中寻求感兴趣的问题自拟题目，独立完成实验。开放实验室给学生提供一个宽松的实验环境，学生可以不受学年、专业、时间的限制，根据自身实际，选择在合适的时间完成实验，为学生创造一个更加自由的选课时间，有利于学生更好地完成实验。对于教学计划内的实验，在校园网的“实验网络预约系统”中预约实验，学生在预约后，按照约定的时间刷卡进、出实验室。校内学生还可以在校园网上预约实验室与仪器的服务，满足学生的个性化需求。
2.2学生课外创新平台
创新能力反映的是创新主体的动手能力，是创新教育的核心。学生课外活动是对第一课堂教学的有益补充，是培养和提高学生创新能力的重要途径。设立创新实验室，吸引学生主动参与，实现从科学知识型向科学知识实用技能型的转化，强化学生的实际动手能力和实践技能的培养，提高学生的创新能力。使学有余力的学生在完成教学计划要求的课程基础上，根据自己的能力和条件进入自选题目的研究，学生自己进行方案论证、设计、安装和实验测试，可以把自己的设想在实验室进行研究、比较、分析、实验。这样就能做到因材施教、因人施教。教师以启发、相互交流、自由讨论的方式对学生进行指导。不同专业、不同选题的学生之间互相学习、交流，彼此激发灵感，在良好的学术气氛下完成实验和研究工作。成立多个实验创新小组，实验室每学期精选5～7个实验课题，向全校学生招收创新小组成员，每个小组4～5名学生。
已经连续多年举办的纸桥大赛在学校内产生了广泛的影响，得到了国内主要媒体的关注。另外，学生也可自愿成立创新小组，带着相关的课题，在实验室教师的指导下开展研究工作。这样就可以为学生提供更多的思考问题空间和动手机会，进一步培养、锻炼、提高学生的创新意识，使学生开阔视野和思路，培养他们的创新能力。
3、重新构建三个体系
3.1构建分层次、个性培养的实验教学体系综合分析理论力学和材料力学等相关理论课程教学现状，考虑到我校力学学科的特点和具有的为船舶工业、海军装备、海洋开发和核能应用服务的办学特色，突出分层次、个性培养的理念，构建材料力学实验教学新体系。对材料力学实验课程内容进行重组，建立4个实验教学层次。基础层次实验是从简单的经典实验开始，使学生掌握常用仪器设备的操作方法，熟悉基本实验设计原理，培养学生观察、记录实验结果及收集整理实验数据的能力。
对高年级的优秀学生(包括部分成绩不很优秀但希望尽早个性化发展的学生)，让他们选择感兴趣的研究方向和课题，利用课余时间直接进入科研实验室工作，使他们在浓厚的科研气氛中迅速成长。在实验中只有相关的研究课题，没有实验原理、实验步骤，只有一系列的问题，给学生留出了思考和发挥创造性的空间，学生必须自己查阅资料，回答这些问题后才能设计并进行相关的实验，如固体中波速的测量和冲击综合实验。
将科研成果转化为实验教学内容，开发出新的、与当前科技发展紧密相关的实验项目，如纳米材料的动态冲击实验及陶瓷材料的动态性能测试实验等。及时反映力学实验的当今国内外学术动态，把最新进展制作成挂板，悬挂在实验室，随时更新，以此吸引学生的注意力，丰富学生的知识，培养学生的兴趣。
3.2创建以实验技能测试为主的实验成绩考核体系
实验成绩是学生实验过程和实验效果的全面反映，同时又是掌握知识和运用知识的一种综合评价，因此，如何评定实验成绩就显得至关重要。实验成绩的考核不仅要充分体现在学生实验的全过程，而且应该是动态的和全方位的，同时又应该成为激发学生学习热情的一个载体。随着实验教学改革的不断深入和素质教育的不断加强，综合性设计实验等新的实验形式在实验课中占的比例越来越大，对这些实验课的成绩的评定具有一定的难度。在2012年春季学期对近1500名学生选课的材料力学实验，采取重点考核学生实验操作能力与基本实验技能，考核内容主要以基本层次实验和综合层次实验为主。在考核前三周把要测试的三个典型实验在实验教学中心的网页上公布，上课时没有选这些实验的学生在这期间可以到实验室来完成实验，其他学生也可以在这期间到实验室复习相关实验设备。
3.3搭建立体化实验教学资源体系
修订实验教材，增加设计性、综合性实验内容，所选实验内容不仅具有广泛性，而且具有启发性、研究性和创新性。教材包含基础层次实验和综合层次实验，主要面向全校机械类、动力类和建筑类专业选材料力学实验课程的学生。实验教材中设置很多启发性问题，指导学生在实验前、实验中和实验后思考、讨论，提供解决问题的指导性思路、可参考的文献资料源，把问题留给学生自己独立解决，有利于学生开阔思路。学生在实验中既动手又动脑，用动脑去指导动手。实验教学中心补充印刷了材料力学实验讲义，主要介绍提高层次实验，不断充实新的实验内容。
实验室自制材料力学实验中文版CAI课件，课件除了对实验原理、操作方法作必要的介绍以外，还结合动画片和相关实验的研究成果进行较深入地分析和讨论，从而加快学生对实验过程的理解，减少教师重复指导工作量，起到了举一反三、扩大知识面的作用。课件充分体现实验教学中以学生为主体、因材施教、个性培养的教学理念。加深学生对实验内容的理解，增强学生学习的主动性，由灌输式学习变为学生的主动学习，将以学生为中心的教学思想付诸实验教学实践中。
进行虚拟材料力学实验室建设，学生可在实验中心网站上下载和观看。虚拟实验是实验的基本原理、设备结构和功能感官的再现，可加深学生对实验的设计思想、设计方法和实验原理的理解。学生不受时间和空间限制，自行设计实验参数、反复调节，观察实验现象，分析实验结果，解决了因为实验设备和经费等客观条件的制约的问题。材料力学虚拟实验系统具有建设快、成本低、便于管理的特点，能够发挥学生主观能动性，提高实验效率，还可以多次重复实验;学生能够节省大量的调试时间，能培养学生利于现代教学手段进行实验的能力。
4、结束语
在材料力学实验的教学改革中，以固体力学学科为依托，确定了“培养创新精神、注重专业素质、提升科学素养”的实验教学理念，创建了“认识力学现象、学习力学方法、解决力学问题”分层次实验教学体系，搭建学生实验教学平台和科技创新平台，重新构建实验成绩考评体系，取得很好的教学效果。