改革材料力学实验 提高学生创新实践能力
摘要：“材料力学”是工科院校中重要的专业技术课，它不仅具有理论性，又有一定的实践性，该课程对提高学生实践能力与创新能力具有极其重要的作用。主要总结了“材料力学”精品课建设中的实践教学改革措施，通过分层次实验教学、从科研项目中提炼出合适的子实验等改革手段，提高学生的实践与创新能力。
关键词：材料力学；实践教学；实施方案
作者简介：富荣昌（1965-），男，锡伯族，新疆伊宁人，新疆大学机械工程学院，讲师；迪丽娜尔·马合木提（1960-），女，维吾尔族，新疆
乌鲁木齐人，新疆大学机械工程学院，教授。（新疆 乌鲁木齐 830047）
基金项目：本文系新疆维吾尔自治区级材料力学精品课（2010.6-2015.6）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：Ａ 文章编号：1007-0079（2011）10-0133-01
一、课程改革概述
材料力学主要是研究杆件的强度、刚度和稳定性问题。它的基础是理论力学，从理论力学的力学模型，质点和刚体到材料力学的力学模型变形体，使“材料力学”课程的内容与工程实际结合得十分紧密，直接可以解决工程实际问题。它的切入点为实验，实验结果为理论分析的基础，再经过综合分析及严密的逻辑推理来解决变形体的力学问题。因此，材料力学实验是“材料力学”课程中的一个重要环节，对于提高学生的综合素质、培养学生的实践能力与创新精神具有极其重要的作用。多年来，新疆大学（以下简称“我校”）的“材料力学”课程教学中存在着重理论、轻实验的现象，在教学过程中只注重教授学生求解具体力学问题的技能，而忽视了培养学生将工程实际问题提炼成力学模型的能力。材料力学实验主要是验证性实验，实验简单、单调，缺少思维性，缺乏吸引力，不能调动学生的学习积极性，不利于21世纪具有创新精神的高素质科技人才的培养。本文主要探讨了如何通过材料力学实践教学环节的改革来提高学生的实践与创新能力。
二、材料力学实践教学的建设目标及措施
在“材料力学”课程的教学过程中，如何通过材料力学的实验教学改革来培养学生的实践能力与创新精神，这是值得商榷的问题。在“材料力学”精品课建设中，提出了“改变单一的材料力学实验教学模式，实行分层次实验教学，在教学过程中注重培养学生的实践和创新能力，采用以实验教学带动科研、再以科研促进实验教学的方式，逐步从科研项目中提炼出一些既有工程背景又有我校特色的综合性、设计性实验项目，为优秀学生的成长创造良好条件”的材料力学实验教学的建设目标。为了实现这一目标，采取了如下具体措施。
1.在实验教学过程中，注重培养学生分析问题和解决问题的能力、创新与合作的精神以及对待科学研究的正确态度
2.材料力学实验内容分为两部分
（1）基本实验，主要是培养学生的基本实验技能，为必做实验。
1）材料拉伸和压缩实验。主要测定低碳钢的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ，断面收缩率ψ，铸铁的强度极限σb；观察低碳钢、铸铁试件的拉压过程，给出破坏分析。
2）测定材料弹性模量实验。主要测定材料拉压时的弹性模量。
3）扭转实验。主要是测定低碳钢扭转时的屈服极限σs和强度极限σb；观察破坏面情况，给出破坏分析。
4）弯曲实验。主要是验证纯弯曲时横截面上正应力的分布规律及正应力公式。
（2）综合性和设计性实验，用于培养学生的力学建模能力与创新精神。
1）三点弯曲实验。主要是测定矩形截面梁在三点弯曲时弯曲弹性模量Eb和最大弯曲应力σbb。
2）主应力测定实验。主要是用电测法测定平面应力状态下主应力的大小和方向。
3）冲击韧度测定实验。主要是测定低碳钢和铸铁材料的冲击韧度值。
综合性实验不是必做实验，根据学生的兴趣分层次进行实验。积极鼓励并创造条件为优秀学生开设设计性实验，使这部分优秀学生设计一些实验用来验证理论知识。
3.结合课程组成员承担的国家自然科学基金项目“维医沙疗热学及力学耦合问题试验研究（项目编号：30760322（2008.1-2010.12）”，开发出新的综合性、设计性实验项目
（1）设计并建立了室内维医沙疗实验室。维医沙疗，是维吾尔医学在独特气候和地理条件下创造出来的一种治疗疾病的方法，它的有效性已经被大量的临床实践所证实。尤其对治疗各种类型的关节炎、风湿病、慢性腰腿痛等有明显效果。为了探究维医沙疗的机理，模拟吐鲁番沙场建立了沙疗实验室。在实验室建设过程中，积极鼓励优秀的学生参与。如何模拟吐鲁番沙场建立室内维医沙疗系统，这有很多基础工作要做，从图纸、采光系统的设计到温度的采集，这些工作需要学习应用传热学、生物传热学、测试技术和医用生物力学等其他交叉学科知识。通过实验室的建设，培养了学生们综合应用基础知识、专业知识和模拟计算的能力，掌握了先进技术和科学研究的方法。
（2）兔股骨的压缩与拉伸实验。主要是测定经室内维医沙疗实验室沙疗后的兔股骨的拉伸与压缩力学性能以便对比研究。兔股骨的提取、拉压试件的制作、实验方案的设计以及实验数据的处理都要求学生独立完成，这极大地激起了学生的兴趣，调动了学生学习的主观能动性，培养了学生的动手能力和创新精神。
（3）兔股骨的三点弯曲实验。主要是测定经室内维医沙疗实验室沙疗后的兔股骨的弯曲力学性能并进一步验证沙疗疗效。该实验要求学生独立设计实验方案和处理数据并在教师的指导下进行模拟计算，这锻炼了学生的实践能力、建模及模拟计算能力。
4.积极推进开放性实验教学
要求学生在进入实验室前写出试验申请及可行性报告，可行性报告審查通过后方可进入实验室完成自主设计的实验，试验完成后必须向实验室提交相应的实验报告。这为学生提供了提高实践能力与创新能力的环境。
在综合性、设计性实验中，不给学生任何框框，不抱着学生走，不怕学生摔跟头，让学生充分发挥自己的想象力，施展自己的才能，开发学生的智能，培养学生的自学能力，只有这样，才有利于学生的创新精神的培养。解决工程实际问题的关键是建立模型，在综合性与设计实验中，通过“实验—理论—再实验”的过程，培养学生的力学建模能力和求解能力，其中第二次实验是用来验证模型的合理性和解的正确性。
这些实验有利于启发学生的思维，为学生提供了充分施展自己才能的机会，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的理论分析能力与实验操作技能。
三、结束语
在材料力学教学中，改革实验教学环节，分层次的进行实验教学，充分发挥了学生的主观能动性，提高了学生的实践与创新能力。除了基本实验外，根据学生的兴趣和需求开设实验使学生对材料力学实验产生了浓厚的兴趣，从而有效激发学生自主学习。这有利于提高学生的学习积极性和创新能力。从课题组正在进行的科研项目中提炼出既有工程背景又有区域特点的实验项目，鼓励一些优秀的学生参与进来，为他们提供施展才华的空间，促进科研。在综合和设计实验中，积极鼓励学生独立处理数据、制作多媒体并汇报，这便于提高学生的文字编辑和表达能力。在实验过程中产生的问题多了，促使学生自发查找资料，这有利于提高学生分析、解决实际问题的能力。同时，在实践教学环节的实施过程中，教师和学生的互动多了，促使教师不断思考新问题，不断更新所学知识，提高自己的知识水平和科研能力。
参考文献：
[1]单辉祖.材料力学（I）[M].北京:高等教育出版社,2009.
[2]李艳辉,谢占魁,关学锋.材料力学实验教学改革的探索与实践[J].华北工学院学报(社科版),2004,20(3):92-93.
[3]杨少红,章向明,曾晓玲.改造材料力学实验室,提高实验教学效果[J].实验室研究与探索,2006,25(12):1108-1110.
[4]黄俊,杜成斌,杨辉.材料力学拉伸和扭转模拟实验课件的研发[J].实验技术与管理,2008,25(1):68-72.
[5]乌兰.材料力学试验教学改革之我见[J].呼伦贝尔学院学报,2009,17(2):75-76.
（责任编辑：苏宇嵬）