以能力培养为核心的力学实验教学模式探索与实践
（[1]重庆理工大学机械工程学院 重庆 400050;
[2]重庆大学网络教育学院 重庆 400044）
摘 要 文章提出促进和发展学生能力是现代力学实验教学的核心内容，并从实验教学理念、实验教学内容、实验教学方法、实验室建设、考核方法等方面，对如何培养学生的创新精神和实践能力进行了阐述。
关键词 能力培养 力学实验 实验教学
Exploration and Practice of Mechanics Experimental Teaching
Mode with the Ability Training as the Core
（[1] College of Mechanical Engineering， Chongqing University of Technology， Chongqing 400050;
[2] Network Education College， Chongqing University， Chongqing 400044）
Abstract Proposed to promote and develop the students 'ability is the core of modern mechanics experimental teaching， and in terms of the experimental teaching philosophy， experimental teaching content， experimental teaching methods， laboratory construction， assessment methods on how to cultivate the students' innovative spirit and practical ability are described.
Key words ability training; mechanic experiment; experimental teaching
1 概述
能力是人在观察、记忆、联想等智力活动的基础上形成的掌握知识、运用知识、进行创新的本领。高等教育理论认为：学习的目的在于运用，继承的目的在于创新，因此，高等学校在促进学生知识积累的同时，更要促进学生能力的发展。事实上，在当今市场经济、知识经济时代，随着我国高等教育的日益普及，人才培养出现越来越市场化的趋势。学生不仅仅需要掌握一定深度和广度的理论知识，其创新精神和分析问题、解决问题的能力已经被越来越多的用人单位所重视。然而，许多工科学生在毕业后走上工作岗位时，由于缺乏创新精神和实践能力，在工程技术和科研等许多领域不能很快适应工作需要，难以得到用人单位的满意，也制约了他们在科研或相关事业领域的发展。如何切实地培养和发展学生能力，成为高等教育工作者必须重视和认真思考的问题。实验教学的主要特点是直观性、操作性以及学生在实验中的能动性、探索性和创造性，所以高等教育理论认为，实验教学在培养和发展学生的科学素养、实验技能、创造性以及掌握科学研究方法等方面具有课堂讲授无法比拟的优势。重庆理工大学力学实验室在如何利用力学实验教学培养和发展学生能力方面进行了一些有益的探索和实践。
2 树立先进的实验教学理念
树立什么样的实验教学理念，关系到如何给实验教学定位，涉及到对实验教学的性质与目的的认识等思想观念。传统的实验教学理念把实验教学当成理论教学的补充和延伸，简单强调实验结果对理论知识的验证作用，忽视了实验教学的自身特点，使得实验教学的目的和作用狭隘化，学生难以形成综合的分析能力与实践能力。事实上，每一个实验都是多学科知识的综合应用，得到实验结果只是实验的目的之一，学生只有对实验目的、实验的工程背景、实验方法、实验过程、实验结果等各实验环节进行认真的综合分析和思考，把握住实验涉及的各学科知识点及其综合运用的方法和模式，并从中总结出经验和规律，才能真正完善自己的知识结构，切实提高自身能力。重庆理工大学在教学改革中充分认识到了实验教学的作用和重要性，将实验教学从理论教学体系中独立出来，制定了有利于培养学生能力和创新意识的实验教学大纲，并以此为依据建立了独立的实验课程和实验教学体系。力学实验也从各力学理论课程中独立出来，成为机械工程基础实验课程中的有机组成部分，使学生在潜移默化中认识到力学与其它机械学科的广泛联系，从而达到促使其思考，帮助其建立完善的专业知识结构，具备一定的分析能力和工程实践能力的目的。
3 合理调整和扩充教学内容，将实验教学与科研结合起来
对传统力学实验项目内容进行扩充和变化可以提高其起点、增加难度、使其更具备思考性，做到相同的实验、全新的内容、更多的收获。比如，在传统的低碳钢、铸铁力学性能测试实验中引入一些经济的新型材料、复合材料的力学性能测试，就能在少量增加实验消耗的条件下加强学生对不同材料力学性能的认识及其在工程实践中的应用。再比如纯弯曲正应力电测实验，我们可以把45钢制成的矩形截面梁换成不同材料多梁胶合而成的复合梁，学生无法直接预测实验结果，必然首先要利用已学过的理论知识对该梁建立正确的力学模型和计算模型，然后从纯弯曲变形的假设条件开始一步步推导，得出组合梁横截面上的正应力分布规律及理论计算公式，最后通过具体的实验对自己的推导结论进行验证。即使有的同学暂时推不出正确结论，也可以通过实验现象和结果获得启发，重新导出正确结论。这样做，不仅能使学生对弯曲正应力理论计算公式有了深刻的理解，而且也能培养和训练学生的创造性思维能力。
3.2 将实验教学与科研结合起来开设综合型实验项目
教学与科研相结合是高校的教学原则之一，将两者结合起来是培养专门人才的需要，而且把科研引入教学过程可以有力地促进学生对知识的掌握和能力的提高，可以大大提高教学的实际效果。所以，高等教育学理论认为教学与科研的结合是提高专门人才质量的一个重要措施。在教育理论的指引下，我们认为将实验教学与科研结合起来是有益并且必要的。力学实验室在这方面已经开始了尝试。我们在将老式万能液压式实验机测量系统进行数字化改造的过程中吸纳了有意愿的学生全程参与。这个过程中，学生兴趣很高，查阅了很多相关资料，并且主动到市场上了解改造所需相关仪器设备的信息，可以说，他们充分发挥了自身的主观能动性，获得了系统的知识，并且动手实践能力得到很好的锻炼。我们还设想与先进制造技术实验室合作，利用机械振动实验室的设备测量高速加工中心电主轴的固有频率，从而介入到先进制造技术实验室关于如何提高电主轴动刚度的科研活动中。我们相信，如果学生能够参与这样有一定深度的科研活动，那么不仅他的力学知识可以得到巩固，还能丰富他在机械设计、加工工艺和装配工艺等方面的知识，使其能够具备多学科知识综合运用的能力，初步形成一定的独立科研能力。
4 改革教学方法，实现开放式实验教学
4.1 教师主导与学生主动相结合
传统的实验教学理念将实验教学当作理论教学的附庸，简单强调实验结果对理论的验证作用，这样的实验教学理念在很大程度上限制了实验教学的内容和作用，很容易造成实验课成为理论课的简单重复，形成与理论教学类似的“教师中心”现象。由于学生在实验课前已经完成了理论知识的学习，实验课再重复已经没有意义，这样的实验课很难吸引学生的兴趣，教学效果可想而知。显然，传统的实验教学理念衍生出的教学方式很难完成实验教学肩负着的培养学生创新精神和工程实践能力的任务。新的实验教学理念倡导教师主导与学生主动相结合的教学方式，强调学生的主观能动性。力学实验室认为，在教学方式上可以从两个方面提高学生主动学习研究的愿望。
第一，在演示性和验证性实验中营造研究氛围。教师要引导学生对实验各个环节进行深入的思考，搞清楚为什么要安排这个实验？实验涉及到哪些学科的哪些知识？这些知识是如何综合运用的？还有别的方法能达到相同的目的吗？实验步骤为什么这么安排？实验结果的误差来自哪里？经过这样细致的反思，一个简单的验证性实验就能成为学生思维发散的平台，学生才会觉得实验有意义，自己有收获。第二，在综合型实验中引导学生独立思考和深入研究，切实提高学生的科研素质和能力。教师在教学过程中只提出问题，并提供一定的硬件条件，学生则需要思考和回答问题性质是什么、解决问题需要哪些知识、解决问题的方法是什么、如何合理利用现有的仪器设备等非常具体的问题。学生经过这样一番探索和构建，必将促进其创新精神和实践能力的发展。
4.2 以人为本的开放式实验教学
以人为本是现代教育的价值理想和思维原点，其内涵在于推动人的全面发展。将以人为本的理念转变为方法运用到实践教学中能最广泛地调动学生的积极性，最充分地激发学生的创造活力，最大限度地发挥学生的主观能动性。我们认为，开放式的实验教学是以人为本的理念在实验教学中的最佳体现。目前力学实验室已经实现了实验时间的开放，学生可以根据自身时间安排和兴趣在网上预约实验项目。实践证明，开放实验时间客观上减少了每组同学的人数，使每个学生都有机会动手实践，由于他们都对同一个项目有兴趣，因此参与意识和合作意识很强，能够培养学生的团队协作意识。另外开放实验时间还提高了设备的利用率。时间开放当然不是开放式实验教学的全部，实验内容的开放才是开放式实验教学更重要的组成部分。实验内容的开放是根据实验室的条件允许学生对所学知识或所感兴趣的问题进行实验，而不管该内容是否为课堂所学知识，以激发和培养学生的探索精神、创新能力。目前力学实验室暂时还没能做到实验内容的开放，但实验内容的开放是我们下一步努力的目标。
5 注重实验室建设
5.1 加大硬件投入
硬件建设是实验教学的基础，要想从根本上提高实验教学的水平，必须加大对硬件的投入。力学实验室抓住学校实验教学改革的契机，深挖潜力，一方面购入必要的先进设备，一方面自主研发，节约经费，为基本力学性能实验进行了万能液压式实验机测量系统的数字化改造;为电测实验购入了多功能信号采集分析仪，自制了多功能应力实验台;为振动实验购入了信号采集分析仪和功率函数发生器，自制了振动实验台。总之在硬件建设方面可谓不遗余力，努力保证实验设备的实用性和先进性。
5.2 建立健全开放式的管理体制
开放式的实验教学是实验教学的发展趋势，为了保证开放式实验教学的顺利开展必须建立和健全开放式的管理体制。目前力学实验室已经实现了实验时间的开放，相应地在校内网建立了实验选课系统，使学生能够方便地预约登记某个感兴趣的实验项目。 （下转第153页）（上接第87页） 5.3 加强实验教师队伍建设
实验教师是实验教学活动中的主导。开放式的实验教学要求教师不仅需要坚实专业理论基础，较强的科研能力，还必须重视相关教育理论的学习，关注学生的学习心理。因而，加强实验教师队伍建设刻不容缓，一是引入高学历或具有丰富工程经验的教师，一是加强对现有教师的培养。目前，重庆理工大学力学实验室引入的实验教师均具有硕士以上学历，并且提供年轻实验教师技能培训的机会，使实验教师队伍在结构和素质上得到了优化。
6 建立科学的考核方法
长期以来实验报告都作为实验教学考核的依据。实验报告只能反映实验结果，不能真实地反映学生的动手能力，这样的考核方式是传统实验教学理念作用下的结果，与实验教学改革的目标是不相适应的，既难调动学生学习的积极性，也很难全面了解教学质量。我们必须建立科学的考核方法，全方位地考核学生在实验中的能动性、动手能力、综合分析能力以及实验报告。目前力学实验室实行的办法是根据学生在实验中表现出来的实验态度、动手能力和综合分析能力课堂现场打分，最后结合实验报告成绩给出最终的成绩，其中课堂得分占有较大的权重。
7 结语
教育理论的指引、教学改革的发展以及社会的需求都已指明能力培养是实验教学的核心。重庆理工大学力学实验室在长期的教学实践和思考、探索的过程中得到了一些经验，并取得了一定的成果，我们会继续坚持力学实验教学改革，为切实提高力学实验教学质量，培养学生的创新精神和能力而努力。
重庆理工大学重大教学成果培育项目：“一条主线 四维协作”建立适应机械专业创新人才培养的实践教学和质量保障体系（0119130868）
参考文献
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