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淺談高水平大學(xué)建設(shè)背景下材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革論文
“高水平大學(xué)建設(shè)”是2015年廣東省教育改革的一項(xiàng)重大舉措，我校作為全省7所重點(diǎn)建設(shè)高校之一，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。通過高水平大學(xué)建設(shè)，進(jìn)一步提升學(xué)校的整體實(shí)力和國(guó)際影響力，把學(xué)校建設(shè)成為以農(nóng)業(yè)科學(xué)和生命科學(xué)為優(yōu)勢(shì)，以熱帶亞熱帶區(qū)域農(nóng)業(yè)研究為特色，多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的特色鮮明、國(guó)際知名的高水平大學(xué)，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)，在服務(wù)“三農(nóng)”、建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村和推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。高水平大學(xué)建設(shè)形勢(shì)下，對(duì)人才培養(yǎng)提出了更高的要求，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)改革也亟須深化、創(chuàng)新。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在我校工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的作用舉足輕重，因此針對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的現(xiàn)狀及存在問題、基于高水平大學(xué)建設(shè)中我校整體建設(shè)目標(biāo)和特色要求，對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)提出了一些具體的改革措施。
1針對(duì)高水平大學(xué)建設(shè)提出具體改革措施
材料力學(xué)課程是工科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，“材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)”是材料力學(xué)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，它對(duì)后續(xù)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。2014年我校已對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程獨(dú)立設(shè)課，內(nèi)容包括低碳鋼與鑄鐵的拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，以及彎曲正應(yīng)力測(cè)定、薄壁圓管彎扭組合變形應(yīng)變測(cè)定、復(fù)合梁正應(yīng)力測(cè)定等5個(gè)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)雖然涉及了基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，但由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是基于一般工科類院校專業(yè)課程的需要而制定的，實(shí)驗(yàn)開設(shè)與農(nóng)業(yè)工程實(shí)踐應(yīng)用存在一定差距，并且實(shí)驗(yàn)方法呆板、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段單一，不利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，不符合高水平大學(xué)建設(shè)形勢(shì)下我校整體建設(shè)目標(biāo)和特色要求，亟須進(jìn)行深化改革。
1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的調(diào)整和重新定位
首先是課程教學(xué)目標(biāo)的調(diào)整和重新定位，本實(shí)驗(yàn)課程原來的教學(xué)目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)材料力學(xué)理論概念的理解，并著重進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰筒僮骷寄艿呐囵B(yǎng)，但在實(shí)際教學(xué)過程中，通常只側(cè)重于要求學(xué)生理解原理和學(xué)會(huì)操作，而忽略了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ南到y(tǒng)性培養(yǎng)以及力學(xué)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用和拓展，這不符合我校高水平大學(xué)建設(shè)人才培養(yǎng)的要求。
基于我校高水平大學(xué)建設(shè)中提出的以熱帶亞熱帶區(qū)域農(nóng)業(yè)研究為特色，培養(yǎng)更多能適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的創(chuàng)新型、綜合型農(nóng)業(yè)科技人才的目標(biāo)，本課程除保留原有的教學(xué)基本目標(biāo)外，重點(diǎn)突出農(nóng)業(yè)工程所需要的各種能力的培養(yǎng)，除動(dòng)手能力外，更著眼于農(nóng)業(yè)工程各學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)和思維能力的培養(yǎng)，將來能獨(dú)立地進(jìn)行相關(guān)農(nóng)業(yè)工程中力學(xué)問題的研究，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備選用、實(shí)驗(yàn)過程操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及實(shí)驗(yàn)方案的自主創(chuàng)新，在推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。
1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系是實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的支撐和依托。零散的依附于理論教學(xué)進(jìn)程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不利于學(xué)生系統(tǒng)掌握力學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和方法，另外我校擴(kuò)招后，學(xué)生人數(shù)增多，由于學(xué)生的興趣和知識(shí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣性和一定的層次性，需要根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)特點(diǎn)以及學(xué)生層次，科學(xué)地、系統(tǒng)地構(gòu)建本實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容體系和內(nèi)容結(jié)構(gòu)模塊。實(shí)驗(yàn)教材的編寫遵循以下幾個(gè)原則：
(1)內(nèi)容的層次性和模塊化�；A(chǔ)型實(shí)驗(yàn)的目的在于加強(qiáng)和鞏固學(xué)生對(duì)理論原理的理解，掌握力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本測(cè)試技術(shù)和方法，綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力。在原有的這2類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，增設(shè)創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過這類實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力及綜合分析解決農(nóng)業(yè)工程中與力學(xué)有關(guān)問題的能力。這3類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在知識(shí)內(nèi)容和操作要求上都逐級(jí)遞進(jìn)，符合學(xué)生循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)知識(shí)的客觀規(guī)律，同時(shí)也可以有效應(yīng)對(duì)我校擴(kuò)招后學(xué)生層次不同的問題。
(2)內(nèi)容的專業(yè)特點(diǎn)。不同專業(yè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可結(jié)合各專業(yè)特點(diǎn)：對(duì)于車輛和交通專業(yè)的學(xué)生，可以設(shè)置跟汽車相關(guān)的力學(xué)性能測(cè)試和分析，比如汽車直拉桿總成是連接汽車轉(zhuǎn)向器和橫拉桿總成的部件，是整個(gè)汽車安全件中最關(guān)鍵的部件，直拉桿在工作過程中受到軸向拉力、彎矩作用，測(cè)試這些作用的大小需要綜合運(yùn)用拉伸和彎曲變形的知識(shí)以及電阻應(yīng)變測(cè)量技術(shù)，是一個(gè)很好的綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造和農(nóng)業(yè)機(jī)械化專業(yè)的學(xué)生，可以設(shè)置一些跟現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備開發(fā)研究相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如沖擊式谷物流量傳感器，采用沖擊板感受聯(lián)合收割機(jī)出糧口谷物的沖擊，通過電阻應(yīng)變測(cè)量技術(shù)測(cè)量相應(yīng)構(gòu)件的應(yīng)變來測(cè)量谷物的沖擊力，最后換算成谷物流量，這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目綜合訓(xùn)練了材料力學(xué)中彎扭變形的應(yīng)力測(cè)定及應(yīng)片變的粘貼和電橋組橋方面的能力。對(duì)于建筑和路橋?qū)I(yè)的學(xué)生來說，可以設(shè)置一些房屋梁、柱、橋面及橋墩等構(gòu)件的受力分析和測(cè)試，分析它們的強(qiáng)度問題。結(jié)合各專業(yè)特點(diǎn)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更能激發(fā)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。
(3)內(nèi)容的農(nóng)業(yè)工程性。創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，著眼于解決南方地區(qū)農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的實(shí)際問題。比如荔枝、龍眼等南方水果的力學(xué)性能測(cè)試。水果在采摘、加工和儲(chǔ)運(yùn)過程中容易受到力的作用產(chǎn)生機(jī)械損傷，因此有必要對(duì)它們的力學(xué)特性進(jìn)行研究�；A(chǔ)型實(shí)驗(yàn)中的低碳鋼和鑄鐵的拉伸和壓縮，試件已經(jīng)制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能也是已知的答案，屬于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，但是把它們換成荔枝或龍眼，對(duì)整果及各組成部分(包括果殼、果肉和果核)的彈性模量及受壓時(shí)的力學(xué)性能以及果殼的受拉性能進(jìn)行測(cè)定，這個(gè)難度就要大多了。果子的形狀是非標(biāo)準(zhǔn)的，學(xué)生嘗試進(jìn)行夾具的設(shè)計(jì)以及材料不同方向的力學(xué)性能測(cè)試，并且在測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后分析建立荔枝、龍眼等南方水果的材料模型和本構(gòu)方程，這對(duì)學(xué)生來說就是一個(gè)很好的聯(lián)系農(nóng)業(yè)工程實(shí)際的創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。又比如甘蔗和煙草等作物莖稈的力學(xué)性能測(cè)試，這對(duì)作物切割過程研究和刀片設(shè)計(jì)具有重要意義。通過測(cè)試作物莖稈(包括莖稈整體、皮和芯)的拉、壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的性能，觀察作物莖稈在各種受力和變形下的破壞形式，并進(jìn)行相應(yīng)的分析，建立莖稈的力學(xué)模型與力學(xué)指標(biāo)體系，進(jìn)而建立莖稈材料的破壞準(zhǔn)則。
(4)內(nèi)容結(jié)合“周培源大學(xué)生力學(xué)大賽”�！叭珖�(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)大賽”是教育部高教司主辦的大學(xué)生科技競(jìng)賽項(xiàng)目，其目的在于培養(yǎng)人才、服務(wù)教學(xué)、促進(jìn)高等學(xué)校力學(xué)基礎(chǔ)課程的改革和建設(shè)。這與高水平大學(xué)建設(shè)的目標(biāo)是一致的，有選擇地把大賽實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽內(nèi)容融入到學(xué)生的選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有助于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。
1.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革
實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容對(duì)教學(xué)模式，尤其是教學(xué)方法和手段進(jìn)行相應(yīng)改革。
對(duì)于不同層次的實(shí)驗(yàn)采用不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，基本型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的是強(qiáng)化學(xué)生自主操作的能力，要求學(xué)生熟悉相關(guān)的儀器設(shè)備，用理論知識(shí)解釋所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。教師將實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)、關(guān)鍵和要領(lǐng)以及該實(shí)驗(yàn)在工程中的應(yīng)用向?qū)W生講解后，學(xué)生就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)于綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式和問題導(dǎo)向引導(dǎo)式教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)任務(wù)只給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、�?shí)驗(yàn)要求、應(yīng)用背景、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其使用說明，配套相應(yīng)的問題，引導(dǎo)學(xué)生通過回答問題逐步深入實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過查閱資料、觀看網(wǎng)絡(luò)課件和視頻資料來制定實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中以學(xué)生獨(dú)立分析、自主操作為主，以教師指導(dǎo)為輔。有些實(shí)驗(yàn)可通過多種方案來實(shí)現(xiàn)，這一過程培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，注重了學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的自主化和個(gè)性化。學(xué)生不僅能更好地深化理解、鞏固已學(xué)過的理論知識(shí)，而且在分析問題、解決問題的能力和實(shí)際操作水平方面也有了很大的提高，同時(shí)也了解并掌握了科學(xué)研究的方法和過程。
對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容、個(gè)數(shù)和不同層次實(shí)驗(yàn)的權(quán)重做細(xì)致合理的安排，盡量做到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容因人而異，因材施教。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分必做和選做兩部分，根據(jù)實(shí)驗(yàn)難易程度和實(shí)驗(yàn)工作量的大小給每個(gè)實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的分值，除了一些必修實(shí)驗(yàn)外，其他實(shí)驗(yàn)可以選做。對(duì)于綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室相應(yīng)地全天候開放，給學(xué)生比較寬松的時(shí)間和環(huán)境。
1.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的改革
為了提高力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，需要改變以往實(shí)驗(yàn)手段單一的情況。一方面實(shí)驗(yàn)過程中充分利用多媒體技術(shù)、視頻和網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化教學(xué)手段，通過建立材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)站，將相關(guān)的課件、視頻和虛擬實(shí)驗(yàn)等資料上傳到網(wǎng)站，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)提前預(yù)習(xí)，節(jié)省了教師在課堂上講解的時(shí)間，這樣學(xué)生有更多的時(shí)間進(jìn)行動(dòng)手操作;另一方面在力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也是我校努力的方向，積極探索使用Matlab、有限元、計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以在網(wǎng)上制訂方案并虛擬實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)的逼真、生動(dòng)、可多次反復(fù)，既增加了學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的趣味性，提高了教學(xué)效果，也減少了試件的耗損。
2改革后的效果展望
材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是高水平大學(xué)建設(shè)大背景下實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的新探索，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式(包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與教學(xué)手段)等方面的改革建立全新的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)從內(nèi)容上激勵(lì)學(xué)生“我要學(xué)”，在教學(xué)手段上激勵(lì)學(xué)生“我要做”，在教學(xué)機(jī)制上激勵(lì)學(xué)生“我要?jiǎng)?chuàng)新”，力爭(zhēng)通過3～5年的教改實(shí)踐在這幾方面取得成效：
(1)調(diào)整后的教學(xué)目標(biāo)符合了我校高水平大學(xué)建設(shè)的整體目標(biāo)和要求，教學(xué)改革理念先進(jìn)，更具有創(chuàng)新性，對(duì)于其他課程的教學(xué)改革能起到一個(gè)好的借鑒作用。
(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次性、專業(yè)特點(diǎn)、大賽特點(diǎn)、農(nóng)業(yè)工程性，摒棄了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程枯燥、脫離工程實(shí)際的認(rèn)知，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效率。通過不同層次實(shí)驗(yàn)，由淺入深地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。通過融入大賽內(nèi)容，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作創(chuàng)新精神。通過參與具有農(nóng)業(yè)工程性的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解力學(xué)在農(nóng)業(yè)工程中的地位，了解科學(xué)研究的方法和過程，全面提升學(xué)生的農(nóng)業(yè)工程素養(yǎng)，延伸力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵。
(3)通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革和完善，形成以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為中心、以學(xué)生自我訓(xùn)練為主的教學(xué)理念，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量，有效踐行高水平大學(xué)建設(shè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。
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