時間：2023-03-08 14:54:00
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關(guān)鍵詞：綜合性、設(shè)計性實驗 實驗教學(xué) 創(chuàng)新能力
中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0229-01
黨的十七大提出“提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型國家”，創(chuàng)新型國家需要創(chuàng)新人才，尤其需要一種有利于大學(xué)生創(chuàng)新人才培養(yǎng)的高等教育環(huán)境。為了培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)的建設(shè)和改革，教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會、中國力學(xué)學(xué)會教育工作委員會和高等學(xué)校國家級實驗教學(xué)示范中心工作委員會于2010年10月在東南大學(xué)九龍湖校區(qū)聯(lián)合舉辦了首屆“全國大學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)實驗競賽”，我校代表隊與來自全國96所大學(xué)的學(xué)生一起參加了本次競賽，并取得了較好的成績。在此背景下為了提高我校學(xué)生的力學(xué)競賽參賽水平，帶動學(xué)院的實驗教學(xué)的進一步建設(shè)和改革，同時配合我校學(xué)生課外科技及創(chuàng)新實踐活動，我們進行了材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗的研究與實踐。
1 材料力學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的不足
材料力學(xué)課程是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的理論性、應(yīng)用性和實踐性很強并且與工程實際聯(lián)系緊密。材料力學(xué)實驗是材料力學(xué)課程重要的組成部分，它不僅對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力以及分析、解決實際問題的能力起著重要的作用，而且材料力學(xué)實驗技術(shù)在建筑、機械等工程中是不可少的。長期以來，我校材料力學(xué)實驗教學(xué)重視理論輕視動手實驗，實驗內(nèi)容多以單元操作為主，僅僅局限于配合課堂教學(xué)、驗證原理，不注重創(chuàng)新性探索性；實驗?zāi)Ｊ铰浜?，通常實驗教師將實驗要用的儀器設(shè)備準(zhǔn)備好，然后講解實驗內(nèi)容和實驗步驟，學(xué)生在預(yù)先準(zhǔn)備好的儀器設(shè)備上依照步驟做實驗、獲取數(shù)據(jù)，最后提交實驗報告。這種實驗?zāi)Ｊ饺狈W(xué)生獨立思考、動手實踐、分析和解決實際問題及創(chuàng)新等能力的培養(yǎng)。因此，探索新的實驗教學(xué)模式，開設(shè)綜合性、設(shè)計性實驗對培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力，訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維和團隊合作精神，提高我校材料力學(xué)實驗教學(xué)水平，促進材料力學(xué)實驗室建設(shè)和教學(xué)改革都將具有非常重要的意義。
2 綜合性、設(shè)計性實驗的內(nèi)容及實施
2.1 綜合性、設(shè)計性實驗的內(nèi)容
綜合性、設(shè)計性實驗的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。為此，我們設(shè)計了具有一定工程背景的綜合性、設(shè)計性實驗的內(nèi)容。
（1）電阻應(yīng)變片的粘貼實驗、應(yīng)變片在電橋中的接橋?qū)嶒灐?/p>
實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生掌握電阻應(yīng)變片的粘貼、焊線技術(shù)，學(xué)生掌握應(yīng)變片測量應(yīng)力時的組橋技術(shù)及多點靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用。
（2）偏心拉伸實驗、彎扭組合變形主應(yīng)力的測定。
電測技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析中，是解決結(jié)構(gòu)強度問題的重要手段。通過上述實驗讓學(xué)生掌握應(yīng)變片測量應(yīng)力的原理和方法。
（3）鋼桁架結(jié)構(gòu)桿件受力及變形研究。
學(xué)生綜合應(yīng)用電測方法等多種實驗手段，自行設(shè)計實驗方案，對鋼桁架撓度、桿件內(nèi)力等進行測試，使學(xué)生初步掌握電測技術(shù)在工程測試中的應(yīng)用。
2.2 綜合性、設(shè)計性實驗的實施
（1）查閱文獻。
教師首先講解利用CNKI等網(wǎng)絡(luò)資源查閱文獻資料方法，然后學(xué)生按照擬定的實驗項目與教師提出的相關(guān)要求有目的地查閱文獻資料，并進行整理、歸納和總結(jié)，為實驗方案的設(shè)計奠定一定基礎(chǔ)。
（2）實驗方案的設(shè)計和優(yōu)化。
學(xué)生根據(jù)給定實驗?zāi)康囊蠛蛯嶒灄l件，分小組自行設(shè)計實驗方案，注重方案的合理性和可行性，指導(dǎo)教師只予以輔助，從方案設(shè)計的合理性和實驗的可行性逐一梳理和認真審核，并提出需進一步完善的方案，供學(xué)生參考。經(jīng)一至兩輪的審核、修改，最后確定最佳實驗方案。
（3）實驗操作。
學(xué)生根據(jù)自己確定的實驗方案，以小組為單位進行實驗操作，小組成員根據(jù)各自分工在實驗過程中各盡其責(zé)，同時又相互配合。遇到疑難問題由學(xué)生自己主動思考，整個解決問題的過程中學(xué)生是主體，教師僅起指導(dǎo)作用。
（4）編寫實驗報告。
實驗結(jié)束后，學(xué)生以小組為單位對實驗測得的數(shù)據(jù)進行科學(xué)處理、計算，并與理論值相比較，進行誤差分析，得出結(jié)論。提交完整的實驗報告。
3 實施效果
材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗以學(xué)生課外科技及創(chuàng)新實踐活動的形式進行實踐的，取得了良好的效果。首先通過材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗使學(xué)生將理論課知識與工程應(yīng)用有機的結(jié)合起來，同時培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識；其次通過查閱文獻資料、設(shè)計實驗方案、完成實驗內(nèi)容，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高學(xué)生的動手能力和實驗技能，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新、實踐能力和團隊合作精神；第三，編寫實驗報告，進行理論計算、實驗數(shù)據(jù)處理、誤差分析及實驗結(jié)果分析討論，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和綜合分析問題、解決問題的能力。為將來進一步的學(xué)習(xí)和研究創(chuàng)新打下堅實基礎(chǔ)。
4 結(jié)語
實驗是高校教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，材料力學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容是在緊密結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容和工程實際應(yīng)用的基礎(chǔ)上設(shè)定的，在學(xué)院的支持和教師的指導(dǎo)下，以其特有的組織形式進行實踐的。在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實踐能力、協(xié)作能力、競爭意識等方面都起到非常重要的作用，在提高學(xué)生工程素質(zhì)方面發(fā)揮著獨特的功能。我們期待著在下一屆的“全國大學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)實驗競賽”中取得更加優(yōu)異的成績。
參考文獻
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[2] 張小林，周美華.李茂康.綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)改革探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2007（7）.
關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；實驗教學(xué)；實踐
材料力學(xué)是高等工科院校多數(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，特別是工程素質(zhì)及創(chuàng)新能力方面發(fā)揮著重要的作用，而材料力學(xué)的實驗教學(xué)是深化學(xué)生理解力及拓展學(xué)生思維的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。地方高校的主要任務(wù)是為地方經(jīng)濟和社會發(fā)展培養(yǎng)應(yīng)用型人才，針對地方高校的培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生自身的特點，如何最大限度地提高實驗教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，需要在教學(xué)實踐中不斷地探索和完善。
一、目前在實驗教學(xué)中存在的問題
(一)過于強調(diào)設(shè)計性、綜合性實驗的比例自從全面推進素質(zhì)教育以來，實驗教學(xué)內(nèi)容也在不斷地進行改革和創(chuàng)新，增加綜合性和設(shè)計性實驗以提高學(xué)生的思維方式和創(chuàng)新能力是實驗教學(xué)內(nèi)容改革的方向。通過對實驗內(nèi)容的調(diào)整和整合，綜合性、設(shè)計性實驗所占比例達到了規(guī)定的要求。然而，在實際執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)。這種改革和創(chuàng)新僅僅是對教師的創(chuàng)新，對學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)收到了微乎其微的效果。為了顯示實驗內(nèi)容的創(chuàng)新性，實驗教學(xué)改革趨向于追求綜合性、設(shè)計性實驗的規(guī)模、數(shù)量和速度，過于追求高深的理論與新型的內(nèi)容，忽視了實驗內(nèi)容與學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)的關(guān)系，從而忽略了學(xué)生的主體作用，也與應(yīng)用型人才的培養(yǎng)不相適應(yīng)。
(二)學(xué)生對實驗課在思想上的誤區(qū)
傳統(tǒng)的觀念認為，實驗只是對所學(xué)理論知識的驗證，實驗課中完成了實驗任務(wù)并會做該實驗就行了。室內(nèi)實驗課多數(shù)都是分組實驗，有少部分學(xué)生甚至認為上不上實驗課無所謂，拿別人的實驗數(shù)據(jù)來校核理論知識還可節(jié)省時間，實驗報告也是抄別人應(yīng)付了事，甚至有個別學(xué)生實驗報告只抄個實驗數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)處理部分空白。另外，由于材料力學(xué)實驗是非獨立實驗，實驗成績所占該門課程的總成績比例較小，對期末成績影響不大，形成了重理論、輕實驗的思想。
(三)實驗考核辦法單一
實驗課程考核的目的是為了督促學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、鞏固和提高所學(xué)的知識和技能，檢查學(xué)生對所學(xué)知識的理解、掌握程度和實驗技能的運用情況，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的智力和動手能力，同時檢查教學(xué)效果，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗、改進教學(xué)方法，促進教學(xué)質(zhì)量的提高。在以往的教學(xué)中，成績評定主要以實驗操作和實驗報告為基礎(chǔ)，教師很難在課堂上具體掌握每個學(xué)生的實際操作能力，因此，實驗報告就成為判斷學(xué)生知識掌握的重要依據(jù)。這顯然很難達到考核的目的，同時也不利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
二、在實驗教學(xué)實踐中的探索
(一)教學(xué)內(nèi)容――調(diào)整、完善
我國的地方大學(xué)由于舉辦者為地方政府，經(jīng)費來源以地方投入為主，其生源就業(yè)大多面向當(dāng)?shù)?。因此，實驗教學(xué)內(nèi)容的改革應(yīng)考慮到地方高校的特殊環(huán)境和地方的人才需求類型。另一方面，實驗內(nèi)容的調(diào)整還要了解地方高校學(xué)生自身的特點。地方高校多數(shù)生源來自本地，就業(yè)面向本地，更注重專業(yè)技能的知識，習(xí)慣于從實際應(yīng)用方面思考問題。應(yīng)用型人才主要是掌握和應(yīng)用知識，而非科學(xué)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造新知。培養(yǎng)應(yīng)用型人才重在使之擁有豐富的職業(yè)技能，擁有合理的知識、能力結(jié)構(gòu)，擁有終身學(xué)習(xí)、不斷提高的潛力。這符合了地方高校學(xué)生的價值取向。因此，實驗內(nèi)容的調(diào)整必須與學(xué)生的知識水平和功能定位相適應(yīng)。
(二)教學(xué)方法――總結(jié)、創(chuàng)新
教學(xué)方法是實現(xiàn)教育目的、完成教學(xué)任務(wù)的基本手段，對于教學(xué)的成敗、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的發(fā)揮起著重大的作用。教學(xué)是由教師和學(xué)生組成的雙邊活動。必須堅持“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的思想，特別是作為實踐性極強的《材料力學(xué)》實驗課程，更必須始終強調(diào)學(xué)生的主動地位。在實驗教學(xué)過程中，教師只有十幾分鐘的講解，大部分時間由學(xué)生進行實驗操作，老師所承擔(dān)的引導(dǎo)與啟發(fā)的作用尤為重要。結(jié)合材料力學(xué)實驗課程的特點，提煉出適合本課程的教學(xué)方法，靈活多變地運用這些方法是提高教學(xué)效率的關(guān)鍵。
在教學(xué)實踐過程中，綜合應(yīng)用了以下教學(xué)方法：1)思路式教學(xué)方法：通過引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用已學(xué)本課程的理論知識并結(jié)合相關(guān)實驗知識，分析問題和解決問題。注重引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，要抓住問題的核心，分析問題的性質(zhì)；2)互動式教學(xué)方法：在講授過程中，根據(jù)本實驗課程自身的特點，結(jié)合所需學(xué)生掌握的背景知識和理論知識著手，通過課堂提問或討論交流，適時引導(dǎo)學(xué)生主動查閱和掌握本門課程所需基本計算方法和理論基礎(chǔ)。3)啟發(fā)式教學(xué)方法：為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的觀測分析、動手操作和創(chuàng)新能力，啟發(fā)式教學(xué)是一種有效的教學(xué)方法。結(jié)合所需學(xué)生掌握的背景知識和理論知識著手，通過調(diào)整授課內(nèi)容次序、欲擒故縱等方式，激發(fā)學(xué)生興趣，啟發(fā)學(xué)生通過現(xiàn)象發(fā)生分析實物本質(zhì)規(guī)律。4)小結(jié)式教學(xué)方法：當(dāng)學(xué)生完成實驗報告后，及時批改和總結(jié)。找出所存在的問題、分析問題存在的原因，以不斷地在實踐中總結(jié)經(jīng)驗，逐步完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)思路。
(三)考核方式――全面、多樣
【關(guān)鍵詞】 材料力學(xué)；測評體系；實驗教學(xué)；理論教學(xué)；能力測試
材料力學(xué)作為工科學(xué)生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，有其理論嚴密、邏輯性強、完善的理論體系，同時也有將力學(xué)理論知識與工程實際相結(jié)合的分析問題、解決問題的方法手段。為了培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)業(yè)人才，本校力學(xué)教研室對《材料力學(xué)》的教學(xué)進行了一系列的改革。而作為驗證學(xué)生能力的考試測評體系的探索與實踐，必將與時俱進成為《材料力學(xué)》教學(xué)改革的重頭戲。如何把能力培養(yǎng)、能力考核融入考試測評這一教學(xué)環(huán)節(jié)，進一步培養(yǎng)學(xué)生能力素質(zhì)、鞏固教學(xué)成果、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，這是教學(xué)工作者對考試測評體系進行改革創(chuàng)新的目的和動力所在。
1 革新考試方法是培養(yǎng)學(xué)生能力素質(zhì)的需要
1.1 期末一次性終結(jié)測評方法的弊端。長期以來，很多高校教師根據(jù)一份期末考試答卷、一份實驗報告來確定學(xué)生的《材料力學(xué)》學(xué)業(yè)成績。這種傳統(tǒng)考試方式有利于考察學(xué)生對基本理論、基本方法、基本技能的掌握程度，卻無法針對學(xué)生動手能力、語言表達能力、創(chuàng)造性思維能力等方面進行準(zhǔn)確考核。對于平時認真學(xué)習(xí)、探討問題較深的學(xué)生來說期末考試試題太容易，感覺到在考試中還沒有展示出自己的才華；而那些平時學(xué)習(xí)不努力、基本功不扎實的學(xué)生，臨時抱佛腳順利過關(guān)的人也不少；對于平時不學(xué)習(xí)的學(xué)生，考前押題針對性地學(xué)習(xí)、考試時左顧右盼也有僥幸過關(guān)的。顯然，這種一錘定音的傳統(tǒng)考試模式，難免存在著不合理、不科學(xué)、不公平等因素。
1.2 輕視實驗考核測評的弊端。每學(xué)期都會出現(xiàn)輕視實驗的現(xiàn)象：理論成績考九十多分的學(xué)生，實驗成績才得六、七十分；甚至有的同學(xué)根本就不參加材料力學(xué)實驗操作、不寫實驗報告。顯然，這種現(xiàn)象背離了開設(shè)實驗課的初衷，并沒有起到培養(yǎng)學(xué)生動手、動腦、開拓創(chuàng)新的能力的作用。
2 材料力學(xué)實驗成績測評體系研究
目前本校開設(shè)了“材料彈性模量和泊松比的測定”、“組合梁彎曲正應(yīng)力實驗”、“彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形實驗”等十個驗證性、綜合性、設(shè)計性材料力學(xué)實驗驗。學(xué)生可以根據(jù)本專業(yè)實驗教學(xué)大綱的要求選做實驗，每個試驗在試驗總成績中具有相同的權(quán)重，試驗前預(yù)習(xí)、試驗操作、試驗報告、創(chuàng)新實驗是實驗成績的評定依據(jù)。
2.1 加大實驗考核權(quán)重或獨立開設(shè)實驗課。過去，材料力學(xué)實驗成績在學(xué)業(yè)成績里占的比例較少，引不起學(xué)生的重視和關(guān)注。為此，本教研室加大了材料力學(xué)實驗成績的權(quán)重，科學(xué)合理地處理好了材料力學(xué)理論成績、實驗成績的關(guān)系。
材料力學(xué)實驗教學(xué)大綱中實驗課時不少于八學(xué)時的土木工程、土木工程管理、房屋建筑施工技術(shù)等偏土木專業(yè)，材料力學(xué)實驗獨立設(shè)課，在教學(xué)計劃中有獨立的教學(xué)地位，其成績和學(xué)分直接計入學(xué)生學(xué)籍檔案。
而實驗課少于八個學(xué)時的機械設(shè)計制造及其自動化、工業(yè)設(shè)計、工業(yè)工程、材料成型、冶金工程、材料工程等偏機械專業(yè)，材料力學(xué)部分只有六個或四個學(xué)時的實驗課，實驗教學(xué)不獨立設(shè)課而隸屬于理論課程。為了加大實驗成績的權(quán)重，先將實驗學(xué)時擴大到原來的兩倍，再計算實驗成績在學(xué)業(yè)成績中所占的比例。
2.2 材料力學(xué)實驗主要對實驗?zāi)芰π纬蛇^程進行考核。
2.2.1 試驗前預(yù)習(xí)(10％)。實驗前要求學(xué)生要搞清試驗?zāi)康?、原理、步驟，熟悉試驗用儀器設(shè)備，準(zhǔn)確處理理論數(shù)據(jù)，并能正確回答教師所提出的問題。
2.2.2 試驗操作(30％) 。學(xué)生在試驗過程中應(yīng)該遵守實驗室學(xué)生守則、試驗設(shè)備操作規(guī)程；要求學(xué)生做到試驗操作正確、規(guī)范、試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，或合理采用創(chuàng)新手段。
2.2.3 完整、簡練、準(zhǔn)確完成試驗報告(50％)。實驗報告是材料力學(xué)實驗成績的主要評定依據(jù)，要求學(xué)生“完整、簡練、準(zhǔn)確”完成實驗報告，做到完整地描述實驗的目的、原理、步驟，以及言簡意賅地回答思考題、準(zhǔn)確完成作圖及數(shù)據(jù)處理。
2.2.4 獨立完成創(chuàng)新實驗(10％)。鼓勵學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新實驗，讓學(xué)生獨立自主完成實驗設(shè)計、理論計算、誤差分析，并撰寫總結(jié)或科研創(chuàng)新小論文，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的意識和能力。
3 理論教學(xué)成績考試測評體系研究
學(xué)生能力形成有一個過程，靈活采用多種可行的定量或定性測評方法，結(jié)合學(xué)生自評、學(xué)生互評、教師他評方式，將學(xué)生的學(xué)業(yè)測評滲透到教學(xué)的全過程。在教學(xué)過程中注重對學(xué)生的綜合能力進行測評的同時，利用期末終結(jié)性理論考試促使學(xué)生對所學(xué)知識進行復(fù)習(xí)、鞏固、升華，進一步提高學(xué)生解決綜合問題的能力，充分挖掘?qū)W生潛能、實施創(chuàng)新的導(dǎo)向性。
3.1 跟蹤教學(xué)過程的形成性測評考核模式（20%）。跟蹤材料力學(xué)教學(xué)全過程對學(xué)生進行考核，一方面，教師可以及時研究在備課、講授、輔導(dǎo)、答疑、批改作業(yè)和測驗等各個教學(xué)環(huán)節(jié)上成功的經(jīng)驗和值得吸取的教訓(xùn)；另一方面，學(xué)生及時收到考核、測評的反饋信息，從而使學(xué)生認真總結(jié)得失、差錯，吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，養(yǎng)成好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和求實創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度。
3.1.1 作業(yè)5% ，每次課后即時布置作業(yè)，對本堂課及以前的知識進行練習(xí)，夯實所學(xué)內(nèi)容。以完成課后習(xí)題質(zhì)量優(yōu)劣，定性給出A+、A、A-、B+、B、B-等級，期末再量化為分數(shù)。
3.1.2 口試5%：口頭回答或在黑板上解答，解答完后再請另一位同學(xué)為其講評，最后根據(jù)答題和講評情況定量給出成績。通過學(xué)生課堂發(fā)言，考核學(xué)生的語言表達能力、知識點是否熟練掌握。
3.1.3 階段性平時測驗10%：在四種基本變形、應(yīng)力狀態(tài)、組合變形教學(xué)內(nèi)容完成后及時進行三次平時測驗，使學(xué)生對所學(xué)知識進行復(fù)習(xí)、鞏固、深化。
3.2 能力水平測試模式（20%）。針對工科材料力學(xué)具有邏輯嚴密的理論體系、科學(xué)的研究方法，以及與工程實際密切聯(lián)系的特點，能力水平測試側(cè)重于材料力學(xué)研究方法手段、知識的靈活運用應(yīng)用。
3.2.1 大作業(yè)或力學(xué)競賽：側(cè)重于將工程實際問題轉(zhuǎn)換成力學(xué)模型、建立數(shù)學(xué)方程的能力考查，以及具有考研水平難度的理論推導(dǎo)題，著眼于考核學(xué)生掌握對知識的積累、理解、深化、邏輯思維、學(xué)科手段、靈活處理問題的能力。（10%）
3.2.2 撰寫學(xué)習(xí)經(jīng)驗總結(jié)或力學(xué)研究小論文，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴謹求實的工作學(xué)習(xí)作風(fēng)，考核學(xué)生自我評估能力、學(xué)習(xí)能力、科研能力。（10%）
3.3 期末終結(jié)性理論考試（60%）。材料力學(xué)的基本概念、基本原理、基本技能技巧是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課的基礎(chǔ)，也是各種考證定級、注冊師考試、研究生入學(xué)考試的必考內(nèi)容。因此，期末采用閉卷考試形式對材料力學(xué)進行測評是十分必要的。
終結(jié)性理論考試學(xué)生答題時間一般為兩個小時，是對學(xué)生掌握材料力學(xué)知識的全面考查。命題要強調(diào)材料力學(xué)的基本內(nèi)容、分析方法的綜合性、計算的準(zhǔn)確性，注意“點”與“面”的結(jié)合、知識面的寬度和廣度?？荚噧?nèi)容在教學(xué)大綱范圍內(nèi)突出重點、適當(dāng)涉及難點、盡量覆蓋所學(xué)課程的內(nèi)容，試題應(yīng)該有一定的難度，避免一些過于膚淺、需要死記硬背的知識，關(guān)注一些有關(guān)鍵性的、有重要實際意義的內(nèi)容。題型要多樣化，可采用填空、選擇、作圖、分析、計算等題型。試題所涉及的知識，對于“基本概念、基本原理、基本方法”這三基類內(nèi)容分值應(yīng)該占卷面總分的65%左右、一般綜合類占20%左右、綜合類占15%左右。試卷應(yīng)該具有較高的區(qū)分度、信度和效度，本屆期末A、B考卷與前后四年該專業(yè)材料力學(xué)A、B考卷不應(yīng)該有雷同的題，使考試更為公正、公平、合理。
4 應(yīng)用討論
在傳統(tǒng)考試方式測評學(xué)生成績的同時，結(jié)合學(xué)生能力水平測試模式，“多層次、全過程” 跟蹤實驗教學(xué)、理論教學(xué)的考試測評體系的應(yīng)用，使學(xué)生端正了學(xué)習(xí)態(tài)度、明確了學(xué)習(xí)目的，大大調(diào)動了學(xué)生的積極性。經(jīng)過本校三年的實踐，學(xué)生考核成績呈正態(tài)分布，基本上客觀、公正、全面地反應(yīng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科研能力、動手能力。
該考試測評體系具有一定的科學(xué)性、完整性，適應(yīng)范圍廣，可以推廣應(yīng)用到含有實驗課程的理論力學(xué)、工程力學(xué)、建筑力學(xué)、大學(xué)物理、電子技術(shù)等學(xué)科。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)實驗教學(xué)策略
中圖分類號：[O341]文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：
一、材料力學(xué)實驗教學(xué)的必要性
要了解材料力學(xué)實驗，我們先應(yīng)該知道什么是材料力學(xué)。材料力學(xué)是，研究工程材料力學(xué)的性能和構(gòu)件強度、剛度和穩(wěn)定性計算理論的科學(xué)。它的主要任務(wù)是為設(shè)計各種構(gòu)件提供必要的理論和計算方法以及實驗研究方法。一般來說，要合理地使用材料，就必須要先了解材料所用材料的力學(xué)性能，就必須要通過試驗才能測得相應(yīng)科學(xué)數(shù)據(jù)。實驗教學(xué)是是學(xué)生深入了解知識、驗證理論的有效途徑，是教學(xué)課程中的一個重要環(huán)節(jié)，材料力學(xué)實驗教學(xué)部分更是在整個材料力學(xué)教學(xué)中具有不能忽視的地位，并隨著高校教學(xué)改革的進一步深化，日益凸現(xiàn)它的重要性。
二、材料力學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題
實驗教學(xué)雖然是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑之一，但目前還存在著一些缺陷和問題，需要引起高校的重視：
（一）就目前試驗教學(xué)現(xiàn)狀而言，教學(xué)方法較不利于培養(yǎng)學(xué)生的積極性和主動性。由于教學(xué)時間和教學(xué)設(shè)備等外在因素影響，多數(shù)試驗教學(xué)還處于填鴨式教學(xué)。舉個例子來說，做金屬拉壓實驗時，通常的教學(xué)方式是多名學(xué)生圍著一臺實驗設(shè)備觀看實驗教師進行操作，同時實驗教師講解試驗內(nèi)容，這種“走馬觀花”地試驗教學(xué)，效果是可想而知的。材料力學(xué)目前的實驗大多停留在簡單的驗證性試驗，不足以調(diào)動學(xué)生的積極性。與此同時，試驗設(shè)備不足也是出現(xiàn)此現(xiàn)象的一個重要原因。由于此種現(xiàn)象，學(xué)生失去了寶貴的動手分析問題和解決問題的機會。
（二）在材料力學(xué)試驗中，學(xué)生做實驗的材料較為單一。實驗教學(xué)原本的目的，就是為了讓學(xué)生認識和了解工程中各種常用材料的力學(xué)性能，但目前學(xué)生所進行的實驗，與工程應(yīng)用中所需的實驗相差太遠，那些高溫、高壓等試驗由于設(shè)備和實驗條件卻不能涉及，因此實驗教學(xué)與試驗初衷相悖。
（三）上面提到實驗條件問題，但就現(xiàn)有的實驗條件而言，未能有效利用并在學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計中更好地發(fā)揮應(yīng)該有的作用。學(xué)生若能多做實驗，多動手實驗設(shè)計，提高實驗設(shè)備的利用率，并在畢業(yè)設(shè)計里體現(xiàn)出來，這樣才有利學(xué)生能力的提高。同時，教師在進行試驗教學(xué)時，對實驗教學(xué)的考核不夠完善。一般來說，教師考核學(xué)生常常采取實驗報告的形式，卻忽視了實驗的操作內(nèi)容，達不到對學(xué)生全程監(jiān)控的要求。
（四）實驗教學(xué)與科研結(jié)合地不夠密切。目前的實驗設(shè)備主要為教學(xué)所用，實驗室雖然也向所有教師和學(xué)生開放，但實驗設(shè)備的利用率問題以及與科研和產(chǎn)業(yè)結(jié)合的程度較低是一個重要問題，產(chǎn)學(xué)研要有效結(jié)合是一條漫長的道路。
（五）實驗項目需要更新和改革。例如梁的純彎曲正應(yīng)力電測法試驗，目前僅限于驗證性實驗，其電路及應(yīng)變片都是接好的，完全不能發(fā)揮學(xué)生的動手能力。而實際上，粘貼應(yīng)變片、焊接應(yīng)變片引線、設(shè)計電橋橋路等完全可以放手讓學(xué)生自己動手做。
三、有效改進材料力學(xué)實驗教學(xué)的策略
針對上面所提出的存在于材料力學(xué)實驗教學(xué)中的各種問題，作者提出以下一些改進策略和建議：
（一）由于教學(xué)方式和內(nèi)容較不利于培養(yǎng)學(xué)生的積極性和主動性，所以學(xué)校應(yīng)加強實驗教學(xué)內(nèi)容建設(shè)。其一，學(xué)校實驗教學(xué)多為驗證性試驗，因此我們可以從實驗的設(shè)計入手。在實驗教學(xué)中，可以多涉及一些演示性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗等等，從各個方面挖掘?qū)W生潛力；其二，作為實驗課堂教學(xué)，需要妥善保存教學(xué)資源，以便學(xué)生日后自行學(xué)習(xí)和研究，如制作實驗錄像和多媒體課件等等。
（二）提高實驗設(shè)備的利用率，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。為了充分發(fā)揮實驗室的作用，提高實驗設(shè)備的利用率，就必須要改革原來課程教學(xué)的體制，實行實驗室開放使用制度。目前對高校來說，缺乏的就是實驗經(jīng)費和實驗所需要的條件。由于這些因素，使得實驗教學(xué)無法上升到研究的層面，無法達到科研進而行程產(chǎn)業(yè)的程度。基于此，學(xué)校應(yīng)引進新的實驗設(shè)備，并且施行實驗室開放政策，鼓勵教師和學(xué)生多進實驗室，多開展科學(xué)研究。這不僅可以提高實驗室設(shè)備的使用率，更有利于學(xué)?？蒲兴降奶岣?，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。
（三）實驗考核方式的更新和改革。根據(jù)教師考核學(xué)生常常采取實驗報告的形式，卻忽視了實驗的操作內(nèi)容，達不到對學(xué)生全程監(jiān)控的要求這類現(xiàn)象，作者建議要對實驗教學(xué)的效果進行嚴格考核。首先學(xué)生做實驗，最重要就是保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，對實驗結(jié)果負責(zé)。對此，作者認為可以規(guī)定只有通過實驗人員簽字認可的方可離開實驗室，否則重做實驗。此種方法在于引起學(xué)生對實驗課程的重視和認真的態(tài)度。除實驗操作性題目外，還可以設(shè)置填空題、選擇題、簡答題等多種形式，多種方式進行實驗考核。
（四）強化實驗的基本要素。實驗的基本要素即：實驗者、實驗手段、實驗對象。實驗的主體是實驗者，是重要的能動因素。對于材料力學(xué)實驗教學(xué)來說，實驗者就是學(xué)生，主要突出學(xué)生的主體核心作用，目的是使學(xué)生通過做實驗受到基本的技能訓(xùn)練，培養(yǎng)實事求是、嚴謹細致的科學(xué)作風(fēng)。此外，為了更好的控制實驗教學(xué)，需要限制實驗人數(shù)并對實驗課程進行有效設(shè)計，鼓勵學(xué)生可以自擬題目、設(shè)計實驗，鍛煉學(xué)生用課程所學(xué)知識解決工程實際問題的能力。
參考文獻
[1]趙洪軍.材料力學(xué)實驗教學(xué)模式的研究與探索[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，（8）：P142-143.
[關(guān)鍵詞] 教學(xué)方法 實驗 多媒體 內(nèi)容重組
一、引言
材料力學(xué)既是一門基礎(chǔ)科學(xué),又是一門技術(shù)科學(xué),是許多工程與科學(xué)的基礎(chǔ)。長期以來已經(jīng)形成了相對穩(wěn)定的課程體系,在幾十年的人才培養(yǎng)中發(fā)揮了重要作用。傳統(tǒng)的經(jīng)典理論在現(xiàn)代工程和科學(xué)技術(shù)中仍廣泛被應(yīng)用。這就決定了材料力學(xué)教學(xué)仍應(yīng)以經(jīng)典理論為主。但在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天,在精簡學(xué)時的同時,必須改革材料力學(xué)課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法,減少重復(fù),增添與現(xiàn)代科技發(fā)展相適應(yīng)的新內(nèi)容,提高效率,保證質(zhì)量,適應(yīng)新時期的發(fā)展和要求。積極推進本課程的課程教學(xué)改革,對提高學(xué)生分析、研究、解決工程問題能力,提升專業(yè)素養(yǎng)十分重要。
多年來,材料力學(xué)教學(xué)大綱過分強調(diào)課程本身理論的系統(tǒng)性與完整性,注重公式的推導(dǎo),與本專業(yè)相關(guān)課程的聯(lián)系較差,聯(lián)系工程實際問題不夠,尤其缺乏對學(xué)生將工程實際問題轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)牧W(xué)模型的培養(yǎng)。
由于教學(xué)內(nèi)容過多過繁,增加了學(xué)生接受和消化知識的困難,也不利于學(xué)生獨立思考和分析與解決問題能力的培養(yǎng),更談不上培養(yǎng)學(xué)生分析解決工程實際問題的能力。
教學(xué)方法陳舊,課堂氣氛沉悶,力學(xué)知識本身的枯燥無味,再加上學(xué)生缺乏主動性與積極性,不能給學(xué)生留出充分的思維空間和討論空間,教學(xué)效果不理想,成績不佳,影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。本文結(jié)合師范學(xué)院機械制造與自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的特殊性,對材料力學(xué)課程的教學(xué)改革作如下的探討。
二、教學(xué)內(nèi)容的重組
按原來的基本類型分章,把教材內(nèi)容分為三大部分,第一部分為四種基本變形包括拉伸與壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切與擠壓、彎曲變形。第二部分為強度理論和組合變形。第三部分為壓桿穩(wěn)定。四種基本變形用相同的研究方法重點介紹受力特征、變形特征、應(yīng)力分布及強度校核理論,講授時注重工程實際問題的應(yīng)用,著重培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握用強度校核公式解決三類不同問題的方法。材料力學(xué)的研究對象也應(yīng)從各向同性(單一的金屬材料)拓寬到復(fù)合材料上。在強度理論方面可以加入斷裂破壞準(zhǔn)則。拉、壓、彎、扭及其組合變形是材料力學(xué)的基本內(nèi)容,掌握這部分內(nèi)容的關(guān)鍵就是準(zhǔn)確進行各種變形的外力、內(nèi)力、應(yīng)力和變形的計算與分析,尋找危險點的極值應(yīng)力。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容有它本身的整體性與系統(tǒng)性,重組后的內(nèi)容要與傳統(tǒng)內(nèi)容達成完美結(jié)合,還需要一個過程,這就需要在實際組織教學(xué)時進行大量的教學(xué)實踐和研究。
三、教學(xué)方法的改革
教學(xué)的目的,除了讓學(xué)生掌握材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容,還要讓學(xué)生掌握分析問題、解決問題的方法。不但教給學(xué)生知識,還應(yīng)該教給學(xué)生獲取新知識、創(chuàng)造新成果的思維方式和思想方式,要使學(xué)生的思維活躍起來,求知欲強烈起來。所有這些都需要我們改變過去“填鴨式”的教學(xué)方法,針對機械專業(yè)學(xué)生的特點,以激發(fā)學(xué)生的求知欲、競爭欲和表現(xiàn)欲為目的,采取一定的措施來改革教學(xué)方法。
突出學(xué)生主體地位,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力。教學(xué)過程是教與學(xué),教師是主導(dǎo),學(xué)生是主體。教師不可能傳授給學(xué)生終生享受的知識和技能,但卻可以通過對學(xué)生能力的培養(yǎng),傳授給他們學(xué)習(xí)與應(yīng)用的能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,每章內(nèi)容講授前,首先要讓學(xué)生預(yù)習(xí),通過預(yù)習(xí)提出每章內(nèi)容的重點、難點,并引導(dǎo)他們自己查資料解決問題,不僅培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,還要培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力,突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性。為了培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力,即分析解決問題的能力,材料力學(xué)教學(xué)除了按教材教學(xué)外,還將國內(nèi)外新材料、新工藝、新技術(shù)等方面的知識滲透到教學(xué)中,擴大學(xué)生知識面,強化學(xué)生分析問題、解決問題的能力,使他們在走向工作崗位后對所學(xué)知識有較強的應(yīng)用能力。
四、采用現(xiàn)代化教學(xué)手段,提高教學(xué)的效率與效果
充分利用材料力學(xué)課程的工程背景,利用多媒體技術(shù),將工程實例生動地展現(xiàn)在學(xué)生面前,用動畫將抽象難懂的內(nèi)容形象地表達出來,化解教學(xué)難點、縮短學(xué)生的認知過程;吸引學(xué)生的注意力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)生基本上能當(dāng)堂消化該節(jié)課的內(nèi)容,大大地提高了課堂教學(xué)效率和效果。
五、加強實驗環(huán)節(jié),提高學(xué)生實驗?zāi)芰?/p>
實驗是材料力學(xué)教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié),是理論聯(lián)系實際的重要手段。目前的實驗指導(dǎo)書并沒有對實驗的全過程進行系統(tǒng)闡述,實驗報告多是填空式,對學(xué)生認知能力及動手能力的培養(yǎng)極為不利。為此,結(jié)合拉壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲三大實驗,實驗前指導(dǎo)學(xué)生進行認真的準(zhǔn)備,自己動手設(shè)計實驗方案;實驗過程中,讓學(xué)生認真觀察實驗現(xiàn)象,分析總結(jié)實驗結(jié)果,重點培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的工作方法,嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及踏實的工作作風(fēng);實驗完成后,由學(xué)生通過思考,按實驗規(guī)范自行設(shè)計、完成一份科學(xué)合理的實驗報告。通過實驗全過程的實施,讓學(xué)生清楚地知道實驗是科學(xué)研究的重要手段,使學(xué)生對材料力學(xué)知識有更加深入地了解。由此可見,實驗課可起到理論課起不到的作用,對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有很重要的意義。
六、結(jié)束語
材料力學(xué)的課程改革,是一項長期而又艱巨的任務(wù)。改革既要符合專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),保證學(xué)生具有寬厚、扎實的基礎(chǔ)和基本的應(yīng)用能力,又要積極穩(wěn)妥,循序漸進。由于力學(xué)課程教學(xué)涉及面廣,各專業(yè)對力學(xué)課程教學(xué)的要求又不盡相同,所以改革應(yīng)該分層次、分階段、有針對性地進行,要在探索中不斷總結(jié)經(jīng)驗,逐步完善。所有的改革都應(yīng)以發(fā)展學(xué)生智能,提高學(xué)生素質(zhì),培養(yǎng)高質(zhì)量的應(yīng)用型本科人才為出發(fā)點。
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關(guān)鍵詞：虛擬實驗系統(tǒng) web 材料力學(xué)
中圖分類號：TP391.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0181-01
1 引言
隨著計算機的發(fā)展，計算機已經(jīng)在日常各類教學(xué)活動中扮演著無可替代的角色，計算機的高效和智能解決了教學(xué)生活中許多重大或者難以解決的問題。計算機網(wǎng)絡(luò)也繼承了這些特性，同時，計算機網(wǎng)絡(luò)比起計算機軟件又擁有著許多特有的優(yōu)點，比如計算機網(wǎng)絡(luò)可以做到實時更新與維護，而且比計算機軟件占用更少的資源，開發(fā)難度也大大降低。
虛擬實驗是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬技術(shù)。早起僅在模擬電路中被提出。比如著名的電路模擬軟件Labview便是虛擬實驗系統(tǒng)的典型案例。在結(jié)構(gòu)和力學(xué)領(lǐng)域，國內(nèi)外采用有限元軟件、結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件、以及部分建造軟件進行實驗，但是，這一類軟件主要是以分析和設(shè)計為主，但是在功能上，操作的流程和實驗的現(xiàn)象展示往往很難滿足實驗教學(xué)的需要。
力學(xué)實驗教學(xué)一直是力學(xué)教學(xué)中一個必不可少的組成部分，但是隨著力學(xué)科學(xué)的發(fā)展，以及力學(xué)學(xué)科內(nèi)部劃分的紛繁復(fù)雜，力學(xué)實驗器材種類特別繁多復(fù)雜，而且作為教學(xué)器材，數(shù)目巨大，且頻繁使用增加了器材的損耗，這無疑大量增加了教學(xué)費用的開支。
本課題利用計算機網(wǎng)絡(luò)所具有的特性，通過計算機web的開發(fā)，利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，制作了一款解決現(xiàn)實世界材料力學(xué)實驗教學(xué)所面臨的各類問題的虛擬實驗系統(tǒng)，通過網(wǎng)頁接入的方式，非常方便快捷高效的將現(xiàn)實世界材料力學(xué)實驗教學(xué)移植于網(wǎng)絡(luò)平臺。將所有教學(xué)活動網(wǎng)絡(luò)化，將使材料力學(xué)實驗教學(xué)變得非常低廉、高效和可持續(xù)。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述
材料力學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)開發(fā)分為以下幾個階段完成。第一個階段由材料力學(xué)教研室完成典型的實驗項目和內(nèi)容，為進一步開發(fā)提供理論保障；第二階段由學(xué)習(xí)材料力學(xué)的學(xué)生提實驗操作的實際要求，操作的簡易程度；第三階段由開發(fā)人員根據(jù)教師和學(xué)生提出的實驗要求進行開發(fā)和推廣。材料力學(xué)虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)的總體設(shè)計目標(biāo)為：（1）對已有的教學(xué)實驗內(nèi)容和項目進行有效分析、整理和完善。特別對影像照片、力學(xué)圖紙、力學(xué)使用說明和操作流程等技術(shù)資料進行歸檔，為后期開發(fā)提供素材；（2）利用計算機虛擬技術(shù)，在線模擬實驗的全過程，再現(xiàn)不同測試方法和實驗現(xiàn)象，將該技術(shù)應(yīng)用于本科實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)；（3）利用大型虛擬設(shè)備，并借助于虛擬現(xiàn)實技術(shù)再現(xiàn)實驗外的典型應(yīng)用和操作流程，用于本科生入學(xué)，其他專業(yè)學(xué)生和實驗人員開展相關(guān)活動。
本系統(tǒng)主體是web網(wǎng)站，采用了B/S模式下的三層架構(gòu)的實現(xiàn)模式和 JavaEE及相關(guān)技術(shù)進行界面開發(fā)，采用SQL數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)對信息進行高效安全管理。系統(tǒng)主要由三大功能模塊組成：學(xué)生界面模塊：主題是在線模擬實驗?zāi)K，同時包含在線交流答疑、公告廣播接收等輔助功能。教師界面模塊：主要提供模擬實驗的更新、公告廣播的、學(xué)生檔案管理等功能。數(shù)據(jù)庫模塊：主要是對各類信息數(shù)據(jù)的管理。
3 系統(tǒng)的需求分析
在力學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)中，系統(tǒng)需求分析主要分為三塊，一塊是學(xué)生端實現(xiàn)，一塊是教師端實現(xiàn)，另一塊為數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。
3.1 學(xué)生端
學(xué)生端主要為虛擬實驗的實現(xiàn)。系統(tǒng)的虛擬實驗?zāi)K，雖然包含多個物理實驗?zāi)Ｐ停浠炯夹g(shù)原理相同，受文章篇幅的限制，本文將以拉伸實驗為例介紹虛擬實驗?zāi)K的原理。
3.2 學(xué)生端登陸
學(xué)生若要使用本系統(tǒng)，必須擁有已注冊于服務(wù)器的賬號，如若沒有則需通過注冊向服務(wù)器錄入學(xué)生個人信息。注冊將會對注冊信息進行必要的合法性檢查，其利用本地的JavaScript，通過后才會將個人信息錄入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。登陸完成后即可進入學(xué)生端界面。
3.3 虛擬實驗
虛擬實驗界面中包含“實驗大綱”、“實驗指導(dǎo)”、“儀器試件”、“虛擬實驗”、“實驗報告”、“留言答疑”以及“我的信息”等板塊?！皩嶒灤缶V”、“實驗指導(dǎo)”界面為收錄的本次實驗的原理教學(xué)和實驗流程，“儀器試件”則通過圖片形式展示本次實驗所用到的各類儀器。學(xué)生用戶可以通過瀏覽這些分類板塊了解本次實驗的原理、流程、目的以及實驗要求等信息，達到實驗前的教學(xué)目的。當(dāng)學(xué)生充分理解實驗后，就可以正式開始“虛擬實驗”環(huán)節(jié)，這也是本系統(tǒng)核心功能模塊。
“虛擬實驗”環(huán)節(jié)開始后，系統(tǒng)會通過前提JS，一些復(fù)雜的實驗則通過后臺servlet和 javaBean，依據(jù)具體實驗隨機生成一定合理范圍內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)，并通過request或session對象傳遞給jsp頁面。當(dāng)完成以上實驗步驟后，學(xué)生用戶即可將虛擬實驗所得數(shù)據(jù)代入具體公式計算得出實驗結(jié)果，至此整個“虛擬實驗”環(huán)節(jié)結(jié)束。
3.4 報告提交
當(dāng)學(xué)生完成整體虛擬實驗后，即可將整個實驗流程和所得數(shù)據(jù)結(jié)果整理成報告，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳提交與服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，以備教師調(diào)閱或者學(xué)生自己查閱。同時系統(tǒng)也提供在線答疑功能，學(xué)生可將實驗步驟中難以理解的環(huán)節(jié)通過郵件形式發(fā)予任課教師進行咨詢，回復(fù)也以郵件形式發(fā)回學(xué)生郵箱中。
3.5 教師端
教師使用此系統(tǒng)也需要進行賬號注冊以及信息的驗證，驗證過程同學(xué)生模塊，注冊完成后將信息收錄數(shù)據(jù)庫中。教師模塊的權(quán)限要高于學(xué)生模塊，教師模塊擁有整個系統(tǒng)的控制權(quán)限，教師可以通過教師端界面管理整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。
3.5.1 報告管理
當(dāng)學(xué)生將實驗報告提交于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫之后，教師即可通過“報告管理”模塊查詢到所需要調(diào)閱的報告。查詢功能采用模糊搜索方式，可以根據(jù) “名稱”、“起始時間”、“結(jié)束時間”等條件對數(shù)據(jù)庫中的報告進行檢索。教師擁有對報告數(shù)據(jù)庫表的更新管理權(quán)限，可以隨時刪減數(shù)據(jù)庫中的報告文件，并且教師可以上傳報告模版文件，供學(xué)生下載使用。
3.5.2 成績管理
通過“成績管理”模塊，教師可以在線打開學(xué)生提交于報告數(shù)據(jù)庫中的文件。在打開后的報告界面會出現(xiàn)“評分”選項，教師可以通過審閱學(xué)生提交的報告對學(xué)生虛擬實驗的完成情況進行等級評定工作。當(dāng)評定完成之后，評定的結(jié)果信息會被儲存于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，對不及格的報告，教師可在“報告管理”模塊將其刪除。學(xué)生可在收到評定結(jié)果為“不合格”的消息后再次進行模擬實驗并重新提交報告，直至評定結(jié)果為“合格”為止。教師也可在評定結(jié)果后再次進行修改，更改評定的結(jié)果。
同時，教師也可在此模塊中進行檢索，搜索出所有“合格”或“不合格”的學(xué)生信息及報告，并通過相應(yīng)模塊做后續(xù)的管理操作。
4 結(jié)語
本文通過詳細的介紹，描述了材料力學(xué)虛擬系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作流程，闡述了材料力學(xué)虛擬系統(tǒng)的優(yōu)越性，以及對現(xiàn)實物理實驗所面臨的問題的解決策略，材料力學(xué)模擬系統(tǒng)極大減少了現(xiàn)實物理實驗的人力財力支出，是對現(xiàn)實物理實驗的強大補充和替代。
參考文獻
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關(guān)鍵詞： 仿真實驗；材料力學(xué)；實驗教學(xué)
中圖分類號：TB30 文獻標(biāo)識碼：A
1概述
實驗教學(xué)是高等學(xué)校人才培養(yǎng)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力有著不可替代的作用。材料力學(xué)實驗是高校工科專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程《材料力學(xué)》、《工程力學(xué)》、《建筑力學(xué)》的重要組成部分。通過材料力學(xué)實驗，可以讓學(xué)生加深對材料力學(xué)基本概念、基本理論的理解和認識，使學(xué)生牢固掌握材料性能指標(biāo)的檢測方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題。材料基本變形、組合變形測量等實驗涉及眾多電測方面的知識，如應(yīng)變片、應(yīng)變儀、力的傳感器、橋路及其連接、貼片與溫度補償?shù)?，是力學(xué)與電學(xué)知識相結(jié)合的實驗。近年來，由于專業(yè)熱點變化，這類材料力學(xué)基礎(chǔ)實驗在高校普遍存在壓減學(xué)時、實驗室規(guī)模萎縮、儀器使用損壞率高、實驗經(jīng)費有限等問題，同時，實驗中應(yīng)變片的粘貼實驗周期長，而且因為虛貼等操作會造成材料損耗，測量前的線路焊接、電橋搭配等的不正確操作也會造成儀器的損毀，所以實驗中的這些步驟都在實際實驗中省略了，學(xué)生失去了動手動腦進行科研訓(xùn)練的機會，實驗做完后對電測原理一無所知，教學(xué)效果很不好。
如何在現(xiàn)有條件下發(fā)揮有限資源的最大效率，并顯著提高材料力學(xué)實驗教學(xué)效果，是廣大實驗教學(xué)老師正在探討的課題。近年來，國內(nèi)各高校不斷嘗試將計算機仿真技術(shù)引入到實驗教學(xué)中，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使得教與學(xué)的方式發(fā)生了革命性的變化。
仿真實驗是通過計算機及其相應(yīng)的模擬程序來完成實驗過程，不受實驗室儀器設(shè)備、實驗材料的限制，因其具有經(jīng)濟性、開放性、針對性及安全性等特點，是培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的一種有效實驗手段。
為此，結(jié)合材料力學(xué)電測實驗課程的特點，運用信息技術(shù)尋求一種合理、高效的仿真實驗途徑具有非常現(xiàn)實的意義。研制材料力學(xué)電子測量仿真系統(tǒng)，可以讓學(xué)生在較短的時間內(nèi)通過仿真貼片、接線、加載、測量，對電測原理有個完整了解，作為課內(nèi)實驗的補充，也可大大提高實驗教學(xué)效果。
2 材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)開發(fā)
1）材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)的技術(shù)選型
系統(tǒng)開發(fā)選用C++ Builder， C++ Builder具有快速的可視化開發(fā)集成環(huán)境，內(nèi)置了大量完全封裝了Windows公用特性且具有完全可擴展性的可重用控件，利用C++ Builder可以快速完成復(fù)雜的界面交互，讓我們將開發(fā)的重點放在內(nèi)部流程與算法，無需考慮界面實現(xiàn)與數(shù)據(jù)交互，從而提高開發(fā)效率。
后臺數(shù)據(jù)庫選用比較通用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Sever，采用兩層的C/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫中記錄實驗操作人員、實驗場景數(shù)據(jù)、實驗過程操作記錄、實驗結(jié)果記錄等，實驗老師可以通過系統(tǒng)管理程序查看記錄，了解學(xué)生實驗情況及仿真系統(tǒng)使用情況。使用通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Sever的好處之一是可以支持網(wǎng)絡(luò)并行操作，學(xué)生可以在不同終點同時做不同實驗；另一個好處是保存大量的實驗記錄數(shù)據(jù)而不會導(dǎo)致系統(tǒng)明顯變慢。
2）材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)構(gòu)成
材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)主要分為兩大部分：超媒體的教學(xué)演示系統(tǒng)（表1 ）和仿真模擬實驗。超媒體的教學(xué)演示系統(tǒng)主要利用計算機將每一個實驗項目的實驗?zāi)康摹⒒驹砗筒僮鞑襟E以文字、動畫、聲音、視屏等方式組合展示出來，目的是使學(xué)生了解實驗的基本原理、實驗過程、實驗中的重點難點等。
仿真模擬實驗部分主要是材料力學(xué)的五個主要電測實驗：分別是 材料彈性常數(shù)測量實驗、材料切變模量的測量實驗、材料純彎正應(yīng)力測量實驗、材料彎扭組合主應(yīng)力測量實驗、材料彎扭組合內(nèi)力素測量實驗。每個實驗提供一個虛擬的三維實驗場景（如圖1為彎扭組合的實驗場景），實驗者可以通過鍵盤與鼠標(biāo)與程序交互，完成相應(yīng)的實驗。
3）仿真實驗過程
下面以材料彎扭組合內(nèi)力素測量為例來說明仿真實驗過程：
①試件參數(shù)確定：選擇主界面的材料彎扭組合內(nèi)力素測量實驗，進入圖1的實驗場景，就可以選擇實驗的材質(zhì)、尺寸，確定材質(zhì)就相應(yīng)確定了材料的彈性常數(shù)，選定尺寸就是需要輸入梁的長度、內(nèi)外徑及加力臂的大小。
②貼片：如果2所示，可以在放大的工作區(qū)及溫度補償區(qū)進行貼片，可以在應(yīng)變計面板選擇不同型號的應(yīng)變計，
③橋路設(shè)計：通過點擊鼠標(biāo)并拖動，可以在應(yīng)變計引腳與應(yīng)變儀A、B、C、D1、D、D2等引腳間連線，不同連線方式形成不同的橋路設(shè)計。
④加載測量：開啟應(yīng)變儀電源，應(yīng)變儀顯示屏顯示應(yīng)變輸出，如果橋路設(shè)計不準(zhǔn)確，應(yīng)變儀顯示屏將顯示錯誤“E”，這時需要回到上一步重新進行連線操作。如果屏幕顯示隨機變動的值，點擊清零后就可以恢復(fù)為零，并可以開始加載實驗，加載過程點選記錄實驗數(shù)據(jù)，當(dāng)前外載荷及應(yīng)變輸出系統(tǒng)就會記錄。
⑤實驗結(jié)束，選擇打印實驗報告，將輸出帶全部實驗參數(shù)及實驗過程記錄的完整實驗記錄報告，需要手工完成的是實驗數(shù)據(jù)后處理。
4）材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)主要特色
①目前國內(nèi)有些高校在電測仿真系統(tǒng)有些探索，但主要還停留在實驗過程的輔導(dǎo)上，如應(yīng)變片選擇、貼片、橋路設(shè)計、加載、測量等，每個過程都是最優(yōu)的單一選擇，就像一個電子教案。材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)在此方面進行重點突破，提供一個完整的實驗場景，試件的材質(zhì)、尺寸可以在許可范圍內(nèi)自由設(shè)定，應(yīng)變花可以隨意選擇，補償片的選擇，橋路選擇都有充分的自由度，系統(tǒng)內(nèi)依據(jù)選定的參數(shù)及橋路設(shè)計、加載情況計算出相應(yīng)的應(yīng)變儀輸出，并在輸出結(jié)果上加上白噪聲和時漂移，操作人員可以按照真實測量那樣進行實驗數(shù)據(jù)處理。
②材料力學(xué)電測實驗仿真系統(tǒng)涵蓋了材料力學(xué)課程中的所有電測實驗，國內(nèi)涉及材料力學(xué)課程的所有專業(yè)因?qū)嶒瀸W(xué)時的原因最多只會實做兩個實驗，短學(xué)時的專業(yè)只會做最簡單的材料彈性常數(shù)測量實驗。由于貼片到可以測量一般需要數(shù)天時間，實做實驗都不會涉及貼片和接線。而仿真系統(tǒng)就可以由淺入深的包含全部5個電測實驗，并可仿真全部的實驗過程。
4 結(jié)語
材料力學(xué)電測仿真實驗是一種全新的虛擬實驗環(huán)境，在這種環(huán)境下學(xué)生可以反復(fù)進行“實驗”，并迅速獲得實驗結(jié)果其方便性是實物實驗所不可比擬的。仿真實驗作為一種全新的教學(xué)手段，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新意識，尤其是在實驗經(jīng)費和設(shè)備受到限制的條件下，能有效地緩解當(dāng)前材料力學(xué)實驗教學(xué)的困境，也是高等教育的大眾化發(fā)展的一種必然趨勢。
參考文獻
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關(guān)鍵詞 電測法 材料力學(xué)實驗 彈性模量 泊松比
中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.02.055
2011年教育部下達了實施“關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見”的通知，主要目的是針對當(dāng)前我國工程教育培養(yǎng)過程中，理論教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱、學(xué)生動手能力差的現(xiàn)狀；要求改變現(xiàn)有的灌輸式教學(xué)，形成創(chuàng)新教育的氛圍，進一步推動工程教育教學(xué)改革，提高工程教育的教學(xué)質(zhì)量。①
材料力學(xué)實驗是土木、材料和機械等工科類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，是進一步加深學(xué)生對材料力學(xué)的認知、鞏固材料力學(xué)的基本概念、樹立嚴謹科學(xué)態(tài)度、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、增強工程實踐能力、提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。②近幾年隨著高校學(xué)生人數(shù)的不斷增加，相應(yīng)配套的實驗教學(xué)儀器設(shè)備不足、新的儀器設(shè)備購置時間漫長等一系列問題的出現(xiàn)，導(dǎo)致高校實驗教師往往要投入大量時間來應(yīng)付，因此嚴重影響了實驗教學(xué)過程，從而很難實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的實驗教學(xué)效果，更談不上通過實驗教學(xué)提升學(xué)生的綜合能力。
目前，大多數(shù)高校的材料力學(xué)實驗教學(xué)遵循這樣的步驟：首先由教師講解本次實驗的內(nèi)容、儀器操作流程以及注意事項，隨后向?qū)W生演示實驗過程；然后學(xué)生按照演示的步驟完成實驗過程；最后記錄并整理數(shù)據(jù)，提交實驗報告。在整個實驗教學(xué)過程中，學(xué)生只是按照教師或教材的指導(dǎo)機械地完成操作儀器，對于實驗?zāi)康?、實驗現(xiàn)象所反映的問題缺乏深入的思考，實驗做完后很多學(xué)生只知其然不知其所以然。尤其是在材料力學(xué)實驗中對金屬材料彈性模量和泊松比測定需要用到電測法，然而初學(xué)者對力學(xué)實驗中出現(xiàn)的電學(xué)原理和方法一下子很難接受，并且很難跟其所掌握的理論知識相結(jié)合。整個材料力學(xué)實驗完成以后，由于學(xué)生對實驗原理的理解不夠透徹，無法提高和加深對理論知識的掌握與運用。
1 電測法的基本原理
電阻應(yīng)變測量簡稱電測法，其原理是在被測物體表面的力學(xué)量、物理量等非電量變化通過傳感元件轉(zhuǎn)換成電量變化的一種實驗方法（如圖1所示）。電測法作為應(yīng)變測試方法中的一種在材料力學(xué)實驗教學(xué)中經(jīng)常用到，根據(jù)電學(xué)原理金屬絲在受到拉伸或壓縮時，其截面面積會發(fā)生微小變形從而使電阻發(fā)生變化，通過信號采集器將電量轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃瘟?。進行實驗前，首先將電阻應(yīng)變片，用特殊的膠合劑粘貼在被測物體上，當(dāng)試件受到載荷作用發(fā)生變形時，電阻應(yīng)變片中的電阻絲隨之一起變形，導(dǎo)致電阻絲長度及截面積的改變，從而引起其電阻值的變化?？梢?，電阻的變化與應(yīng)變有一定的對應(yīng)關(guān)系。通過電阻應(yīng)變儀，就可測得相應(yīng)的變化。利用胡克定律就可求得應(yīng)力值。③
2 金屬材料彈性模量和泊松比測定實驗中運用電測法出現(xiàn)的問題
彈性模量和泊松比是反映材料性能的重要參數(shù)，是材料本身固有的兩個常數(shù)，是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的兩個重要物理量，也是設(shè)計各種工程結(jié)構(gòu)時選用材料的主要依據(jù)之一，因此對材料的彈性模量和泊松比這兩個參數(shù)的準(zhǔn)確測量顯得非常重要。④一般構(gòu)件受載，表面上的點處于平面應(yīng)力或平面應(yīng)變狀態(tài)。通常采用拉伸實驗來測定材料的彈性模量，在材料的彈性范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，即 = ，從而可以得到彈性模量 = /。大多數(shù)的材料在受到拉力作用時，不但沿著材料的長度方向發(fā)生變形，同時橫向發(fā)生短縮的橫向變形。由材料力學(xué)可知，在彈性變形范圍內(nèi)，橫向變形 和縱向變形 成正比關(guān)系，這一比值稱為材料的泊松比，一般以表示，即 = | / |。⑤
筆者一直以來承擔(dān)著全校14個工科專業(yè)的材料力學(xué)實驗教學(xué)，絕大部分學(xué)生通過材料力學(xué)實驗，以及材料力學(xué)、工程力學(xué)等專業(yè)理論課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對彈性模量和泊松比的概念有一個初步的理解，但是在實驗測量過程中為何要用到電測法，以及如何實現(xiàn)力學(xué)實驗與電測法相結(jié)合，并不能完全理解，對如何把力學(xué)的量（應(yīng)力、應(yīng)變）用電學(xué)的方法表達這個原理還一知半解，無法很快接受并做到融會貫通。為了讓學(xué)生盡快地理解并掌握電測法原理，并與材料力學(xué)實驗充分地相結(jié)合，筆者在教學(xué)過程中經(jīng)過不斷嘗試，取得了一些教學(xué)體會。
3 運用電測法在材料力學(xué)實驗教學(xué)中的體會
3.1 從理論到實驗的切入
為了讓學(xué)生對電測法這一原理有更清楚、更直觀的認識，筆者在進行材料力學(xué)實驗課教學(xué)時，先從所要測定的材料兩個基本物理量入手，先引入彈性模量的概念，再結(jié)合學(xué)生已學(xué)的理論知識 = ，得出 = /。以圖2為例， = /， = / 。若能求得應(yīng)力、應(yīng)變，則彈性模量很容易就得出。荷載是在實驗過程中施加的外力，可由壓力傳感器測得，橫截面面積可以用 = 椎貿(mào)觶渲形約嶠孛嬋磯齲嶠孛婧穸取J約腦た梢圓飭康貿(mào)觶衷詰奈侍饈塹越錐蔚摹∫蛭芐。苣延媚殼暗牟飭渴侄尾飭砍隼矗雜？= / 這個公式無法求得。從而引入了電測法求解。
3.2 電測法如何與實驗相結(jié)合
講解電測法，先從應(yīng)變片的構(gòu)造介紹，當(dāng)粘貼在試件表面的應(yīng)變片跟隨試件一起變形時，應(yīng)變片的電阻絲會因其變形而發(fā)生電阻的變化 / = ?，而值是應(yīng)變片敏感系數(shù)，出廠時廠家會標(biāo)定。因此應(yīng)變與電阻的變化率之間存在一個比例關(guān)系，通過電阻應(yīng)變儀就可以根據(jù)電阻的變化率和靈敏系數(shù)直接把應(yīng)變值采集出來，由于應(yīng)變片與試件緊密粘貼在一起，此時應(yīng)變片的應(yīng)變就代表應(yīng)變片粘貼部位試件的應(yīng)變值。這樣，學(xué)生就可以明白為何引入電測法，以及電測法的工作原理，等他們自己動手實驗的時候思路就可以非常清晰，對數(shù)據(jù)的處理也可以比較準(zhǔn)確。
4 結(jié)束語
筆者在近幾年的材料力學(xué)實驗教學(xué)過程中，不斷探索教學(xué)方法，經(jīng)過一些嘗試，發(fā)現(xiàn)在材料力學(xué)實驗中，首先介紹學(xué)生的理論知識，讓學(xué)生有一個回顧，然后再啟發(fā)學(xué)生在實驗中如何用理論公式求解相應(yīng)的參數(shù)，再慢慢引入電測法，讓學(xué)生一步步理解了實驗的原理，后期學(xué)生自己動手實驗時思路比較清晰，處理數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，整個實驗過程中師生互動較好，達到材料力學(xué)實驗教學(xué)的目的，提高了學(xué)生分析問題、動手解決問題的能力。
注釋
① 徐國強，胡玉林.材料力學(xué)實驗教學(xué)模式改革的探索和實踐[J].高校實驗室工作研究，2011（4）：36-37.
② 鄭艷，莫時旭.PBL教學(xué)法在材料力學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育，2013（11）：139-140.
③ 張烈霞.電測法測量彈性模量和泊松比的實驗研究[J].機電工程技術(shù)，2012（9）：97-99.
