材料力学中实验教学的几点思考

摘要：材料力学作为高校中土木、机械、采矿等工科专业必不可少的专业基础课，它的课堂教学方法一直是授课教师研究的重要课题，而大多数的研究只局限于理论的讲授方式，忽略了实验在力学教学中所起的作用。因此，针对这一现象，本文重点分析力学实验的内容和方法，针对当前实验教学存在的问题，提出几点实验教学改革的方法。好的实验教学方式必会加深学生对理论知识的理解，增强实践能力，达到理论与实践相辅相成的目的，从而提高学生的综合素质。

关键词：材料力学实验;教学方法;基础实验;实验内容;改革

材料力学实验是该课程教学中的重要环节，在解决工程设计的强度、刚度、稳定性等问题时，首先要知道材料的力学性能指标，这些指标通常靠材料力学实验获得;同时较抽象的理论也可以通过实验变得更具象，让同学们更易理解和接受;再者好的实验课程是可以培养学生的思维方式和创新能力的。所以说材料力学实验是实践性教学和启发性教学中必不可少的组成部分，是所有从事力学教学的高校教师必须重视的环节，因此有必要对材料力学中的实验教学方法进行研究和探讨，以期获得更有效的教学方式。首先需要对材料力学实验的内容有更深的认识。

1材料力学实验基本内容

1.1测定材料力学性能的实验

材料力学公式只能算出杆件在载荷作用下应力的大小。为了建立其相应的强度条件、刚度条件、稳定性条件，则必须通过拉伸、压缩、扭转、冲击、疲劳等实验来测定材料的屈服极限、强度极限、弹性模量和持久极限等力学性能。这些材料的力学性能是设计构件时所不可缺少的基本参数和依据。

1.2验证理论的实验

将实际问题抽象为理想的模型（如杆的拉伸、压缩、弯曲等），再根据科学的假设（如平面假设、材料均匀连续性和各向同性假设等）导出一般性公式，这是研究材料力学的基本方法，但是这些简化与假设是否正确，理论公式是否能在假设中應用，都需要通过实验来验证。此外，对于一些近似解答，其精确度也必须通过实验检验后才能在工程设计中使用。

1.3实验应力分析

在工程实践中，很多构件的形状和受载情况比较复杂，单纯依靠理论计算不能解决或难以解决其内部应力大小和分布的情况，因而近几十年来发展了实验应力分析，即用实验方法解决应力分析问题。其内容包括：电测法、光测法、脆性涂层法、云纹法、声弹法等。目前实验应力分析的方法很多，材料力学实验中介绍应用较广的电测法实验。

随着科技的进步和实验设备的更新换代，材料力学实验的内容也变得越来越丰富，在完成拉压、扭转、弯曲等基本实验内容后，可结合工程实际增设组合变形等综合实验，以及采用新型测试方法进行一些创新型实验。实验内容的丰富和创新可以极大程度地激发学生的学习兴趣和积极性，更利于提高学习效果。

2材料力学实验教学中的不足

目前材料力学实验课程主要存在以下几个问题：（1）因学时限制造成实验内容过于简单和单调，尤其缺少综合性实验和带有一定设计性的实验，而且只是作为理论教学的辅助手段并不能充分激发学生做实验的积极性;（2）实验设备严重缺乏，分组实验时人数过多，使很多学生只能“看”实验而不能动手参与;（3）实验教学方式还比较传统，没有很好的使用多媒体等现代化的技术手段;（4）在教学过程中，采用灌输式的授课方法，忽视了学生的主体地位，不利于学生自主能力的培养。因此，必须对材料力学实验教学进行全面深入地改革，在现有资源条件下，调动学生自主学习的积极性，培养他们发现问题、分析问题和解决问题的能力，以适应高校应用与创新型人才培养的要求。

3材料力学实验教学改革

3.1实验教学向传授实验思想和实验方法转变

传统的实验教学都是教师向学生讲解实验原理，告知实验步骤，学生按部就班完成实验，这种灌输式的教学方法不能有效的激发学生的主动性，严重限制了学生独立思考和自主创新的能力，所以我们要向启发式教学转变，只向学生讲授实验原理和采用的方法，具体实验方案及步骤可由学生独立思考、自主设计，这将极大增强学生的创新意识，提高综合能力。

3.2增加综合性和设计性实验

传统的实验教学过于偏重基础实验，与学科发展前沿联系不紧密，也不利于学生自主创新能力的培养，因此要对实验教学内容进行改革，增加综合性和设计性实验。通过对实验内容的调整和整合，不仅要使学生更加透彻的掌握书本上的理论，更要提高学生的综合能力和创新能力。但在追求实验的综合性和设计性的同时，也不能忽视实验内容与学生认知结构的关系，否则将忽略学生的主体作用，与培养应用型人才的目标背道而驰。

3.3严控实验小组人数，做到合理化分工

材料力学实验课鉴于实验设备等实验条件的限制，大多实行分组实验，这就难免造成个别同学浑水摸鱼，抄袭实验报告的现象，如果组内人数过多，真正动手参与实验的只能有少数几人，这也不利于培养学生的动手能力。但若一组人数过少，可能会增加实验时间，实验的各个环节人手不够。所以合理分配小组人数是教师要仔细考虑的问题，争取做到每人负责实验的一个环节，让大家都能真正的动起手来，认识到互相协作的重要性。

3.4引入虚拟实验体系，增加有限元分析

在实验教学中普遍存在的现象是设备和人员不足，为了不影响教学效果，可将力学虚拟实验系统引入实验教学，该系统不仅能仿真实验结果，而且能仿真实验设备和操作过程。操作者除了用鼠标代替手进行实验操作外，整个实验过程与真实实验没有区别。同时，随着有限元软件的发展，也可以让学生将力学实验的内容在计算机上进行有限元分析，数值模拟的结果与实验数据和理论解进行对比分析，使学生尽早掌握科研的三种手段（理论分析、数值计算、实验），并能在以后的工作和学习中融会贯通，为社会培养高素质的应用型人才。

3.5实验内容要注重与后续课程的连续性

料力学实验内容可以根据学生专业进行调整，例如对土建专业学生来说薄壁结构的扭转和弯曲是比较重要的，而机械专业的学生更加重视轴的扭转，这些结构的精确计算需要用到弹性力学的知识，同时在实验内容中可以加入微观缺陷的萌生和演化，这涉及后续的断裂力学和损伤力学，这样材料力学实验将不再是单一的基础力学实验，也将成为后续课程之间衔接的桥梁。

材料力学实验不仅具有传授材料力学知识为验证力学理论服务的作用，更为重要的是肩负着全面培养掌握科学实验的基本技能、基本方法和独立进行实验解决、分析工程实际问题的综合能力。实验教学方法的灵活使用和教学手段的先进性是一堂好的实验课的重要标志。为提高材料力学实验的教学质量，培养出高素质、强能力的新型人才，就必须对实验教学方法及教学手段等进行改革与创新。

参考文献：

[1]姚胜卫，倪维宇。材料力学实验教学方法的研究与创新，教育教学论坛，2019.4（15）

[2]杨创战，刘杰。材料力学实验教学改革的探索与实践，电力教育，2014（24）

[3]陈红兵，郑应彬。材料力学实验教学改革探讨，实验科学与技术，2014.12（6）

基金项目：

省级教学研究项目（2019jyxm0175）;

精品线下开放课程（2019kfkc050）。

作者简介：赵丽霞（1980—），吉林磐石人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为动态断裂力学。