力学教学实验

力学教学实验（精选11篇）

力学教学实验 篇1

摘要：力学实验教学中普遍存在的仪器和师资不足的问题严重影响了实验教学效果.本文发展了一套基于虚拟现实技术的力学虚拟实验系统, 不仅能仿真实验结果, 而且能仿真实验仪器和实验操作过程.系统可实现光弹性、电子散斑干涉、几何云纹、投影条纹、数字图像相关以及应变片实验共6个实验的仿真模拟.力学虚拟实验系统可作为常规实验力学教学的重要补充, 在很大程度上缓解实验力学教学中存在的问题, 改进教学效果.

关键词：实验力学教学,虚拟实验系统,虚拟现实技术

实验力学教学是力学和机械类专业本科生及研究生培养中一个重要环节.实验力学教学应以学生动手实验为主, 这是各种指导性大纲及绝大多数实验力学教教师的共识, 但目前大部分学校在教学实践中还很难达到这一要求:只讲课不做实验, 或仅做演示实验, 或十几个学生一组做实验的情况非常普遍, 这严重影响了实验力学的教学效果[1].导致上述问题的主要原因有两方面:第一是实验仪器台套数上的不足, 第二是实验教学师资力量, 尤其是实验技术人员上的不足.然而, 以上两方面的不足很难在短期内得到解决或缓解.目前, 基于计算机仿真和虚拟现实技术, 很多领域都建立先进而实用的仿真系统, 如虚拟装配系统、虚拟训练系统等[2], 如利用这项技术建立力学虚拟实验系统, 则有助于解决上述问题[3,4].

实验力学教学人员以往也常用一些多媒体课件或更复杂的软件仿真力学实验的结果, 但这些课件或动画只仿真结果, 实验操作者感受不到真实的仪器, 也不能进行自主操作, 因而与真实实验有很大区别, 对实验教学的促进作用有限.本文发展一种基于虚拟现实技术及三维模型操控技术的新型力学虚拟实验系统, 系统除对各种实验方法实现结果仿真外, 最重要的是实现了仪器的真实再现和操控.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.因而, 此虚拟实验系统可作为实验教学的强有力的补充, 甚至在一定程度上替代真实实验.力学虚拟实验系统包括光弹性、电子散斑干涉、几何云纹、投影条纹、数字图像相关及应变片实验共6个模块, 每个实验模块都能够对相应实验方法的仪器装置、实验操作、实验结果和数据处理实现全方位模拟.力学虚拟实验系统的造价和运行成本低, 可在网络上开放, 因此可在很大程度上缓解由于仪器台套数和师资不足而导致的实验力学教学中存在的问题, 从而大大促进实验力学教学.

1 力学虚拟实验系统的实现

力学虚拟实验系统的特点体现在:用三维显示技术真实再现实验仪器, 实现了实验场景的真实化;用立体模型操控技术实现仪器的个性化操作, 解除对具体实验过程的步骤化限制, 实现了实验操作过程的真实化;用高性能算法完成实验结果的真实再现与实时显示, 进一步加强了实验过程的真实化.

图1给出了虚拟实验系统中各实验模块的结构及其实现方法, 模块的实现可分为5部分:实验界面、虚拟实验仪器及模型、虚拟实验操作、虚拟实验结果生成和实验数据处理.系统界面总体控制实验过程, 实现各部分功能的串接, 用Visual Basic实现;虚拟实验仪器及模型部分对实验仪器及试件进行三维建模并显示, 用3D Studio Max实现;虚拟实验操作部分实现用鼠标在三维场景中进行实验操作的功能, 利用虚拟现实软件EON Studio实现[5];虚拟实验结果生成部分按操作中的实验参数实时生成实验结果 (如条纹图等) , 用C++语言实现 (为实现实时显示结果, 对算法进行了并行化处理) ;实验数据处理部分对所得实验结果进行处理获得最终结果 (如应力场、位移场等) , 用C++语言实现.

以光弹性实验为例介绍虚拟实验系统中实验模块的功能和操作[6].虚拟光弹性实验界面如图2 (a) 所示, 其中的光弹仪根据中国船舶重工集团公司第七一一研究所生产的DPH-1型同步数字光弹仪 (如图2 (b) 所示) 的真实外观和尺寸构建 (加载部分进行了少许改造) , 试件和相应夹具等也根据相应尺寸和外观绘制.

进入实验界面后, 可通过“实验介绍”学习实验目的、实验原理和实验操作等.可在三维实验场景中放大、缩小及旋转三维图形, 从各角度近距离观察光弹仪的组成 (当鼠标移过某元部件时, 会显示相应的元部件名称及操作提示) , 达到深入认识实验仪器的目的.实验仪器的操作与真实光弹仪完全类似 (如图3所示) :打开光弹仪光源, 通过点击光源控制器可切换光源为白光或单色光;点击并旋转检偏镜 (角度值可由刻度盘读出, 可调整亮场和暗场;点击四分之一波片可实现对四分之一波片的安装和拆卸, 切换平面偏振光场和圆偏振光场;旋转同轴转动手轮, 可实现检偏镜与起偏镜的同步旋转, 实现等倾线的观测.以上操作不限制先后顺序, 操作者完全可根据自己意愿随意操作.在虚拟光弹仪上进行实验的方法也与在真实光弹仪上一样:先安装试件, 在实验操作台上用鼠标点击选择试件及相应的夹具, 通过鼠标拖动试件和夹具将其置于光弹仪的加载装置中 (图2中例子选中了圆环试件和压缩夹具) .然后进行加载, 点击并旋转加载手轮对试件进行加载, 通过力传感器可读取载荷数值, 以此控制载荷的大小.在操作中, 系统会实时计算并显示检偏镜后出现的干涉光场结果.加载结束后, 可保存等倾线和等差线的条纹图像, 然后通过实验数据处理程序分析试件的应力场.

虚拟实验系统其他实验模块也按同一原则设计, 与虚拟光弹有同样的效果.

2 力学虚拟实验教学的特点及作用

基于虚拟现实技术的力学虚拟实验系统可在计算机上完全仿真力学实验的结果、仪器以及操作过程, 且建设成本低, 并可在网络上运行.因此, 力学虚拟实验系统可以大大缓解各高校, 特别是大幅度扩招的高校在实验仪器台套数和师资严重不足的情况下高质量地开设力学实验的困境.另一方面, 引入力学虚拟实验系统, 也可大大促进现有的力学实验教学:实验预习、仪器熟悉及基本实验步骤的练习可直接在虚拟实验系统上, 让学生在课余时间进行, 从而节省实验课时和师资;在真实实验仪器上进行少量实验后, 大量的对比性实验可让学生在虚拟实验系统上进行, 这些可在不损害实验教学效果的情况下, 大大增加实验内容;此外, 虚拟实验教学系统也可用于实验理论或材料力学等课程的课堂教学, 以直观的结果加深学生对相关内容的理解.

3 结论

在“真实性”原则的指导下, 基于先进的虚拟现实显示和三维模型操控技术, 结合实验力学仿真方法, 建立了包含光弹性、电子散斑干涉、几何云纹、投影条纹、数字图像相关、应变片实验的力学虚拟实验系统.虚拟实验系统中各实验模块达到了对实验仪器、场景、实验过程和实验结果的真实仿真, 因此可在一定程度上替代真实仪器进行实验教学.需要指出的是, 力学虚拟实验教学虽然“好用”, 但不能“滥用”, 虚拟实验还不能完全代替真实实验, 因为在虚拟实验系统中学生遭遇不到真正实验仪器操作中的实际问题.虽然如此, 力学虚拟实验可以作为实验力学教学的一个重要补充, 正确使用力学虚拟实验系统, 可大大改善高校实验力学教学的困境, 促进实验力学教学效果.

参考文献

[1]刘凤泰.关于实验教学改革的问题.实验技术与管理, 2000, 17 (4) :6-10

[2]黄斌, 姚正军, 王红杰等.材料力学性能检测虚拟实验的设计和开发.实验力学, 2005, 20 (4) :573-578

[3]计欣华, 张丽娜, 陈金龙等.光力学虚拟实验室.庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会2007论文摘要集 (下) , 2007.828

[4]杜华, 谢惠民, 刘战伟.虚拟云纹实验方法及应用.力学与实践, 2005, 27 (1) :80-82

[5]于辉, 赵经成, 付战平等.EON入门与高级应用技巧.北京:国防工业出版社, 2008

[6] Yan Dong, Ma Shaopeng.Computer simulation of pho-tomechanics.In:Proceedings of SPIE-Optical Metrologyand Inspection for Industrial Applications, 2010, 7855 (3) :1-6

力学教学实验 篇2

能力为本理念下的土力学课程实验教学改革初探

本文提出了实验教学的.以能力为指向的教学目标思想.基于这个思想,对土力学课程实验教学改革,从教学团队、教学资源建设、实验教学设计与组织以及考核评价等几个方面进行了探讨.

作 者：佘跃心 SHE Yue-xin  作者单位：淮阴工学院建筑工程系,江苏,淮安,223001 刊 名：高教论坛 英文刊名：HIGHER EDUCATION FORUM 年，卷(期)：2009 “”(3) 分类号：G642 关键词：土力学   课程   能力  

流体力学实验的教学改革研究 篇3

关键词：流体力学；实验教学；教学改革

一、引言

在日趋激烈的全球科技竞争中，工程技术人才是推动国家技术发展的重要推动力量，这些人才不仅应具有扎实的专业基础理论和专业知识，更应具有较强的实践动手能力和工程创新能力。但当前的大中专毕业生中有相当一部分实践能力和创新能力较弱，无法满足用人单位的要求。造成这种状况的主要原因之一是我们的实验教学未能使学生的实践和创新能力得到很好的提高。

流体力学作为许多工科类专业必修的一门专业基础课，其理论应用行业广泛，实践性强，而实验教学是该课程教学的重要环节，对帮助理论知识的理解和对理论知识的验证具有重要作用，对于分析和解决工程实际问题也有重要的作用。因此，为适应人才培养的要求，应重视流体力学实验教学，积极探索和改革流体力学实验教学。

二、以往实验教学中存在的问题

（一）实验课时较少，实验内容单一

实验课的基本目标在于培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。但由于存在重理论课轻实践课的现象，实验课时安排较少，并且以验证性实验居多，综合性和设计性实验很少。学生做实验的动手机会不多，独立思考、设计和创新的机会更少，这种状况已经严重影响到学生思维的开拓和创新能力的培养。

（二）实验教学方法和考核方式单一

实验教学方法缺乏灵活性，实验教学时，将实验目的、实验原理、实验设备以及实验步骤等都详细讲解给学生听，再进行实验演示，学生只需按照实验步骤操作就可以完成实验，不需要自己去思考、去探讨、去创新。学生养成了惰性心理，只知道要这样做，不知道为什么要这样做，对做实验缺乏主动性、积极性，往往敷衍了事，将做实验当作是任务和负担，而不是当作提高自己实践能力的手段。

实验考核是课程考核的主要环节，应考核学生的理论知识应用能力、动手能力、分析和解决问题的能力、设计创新的能力等。而以往的实验通常采用出勤纪律（10%）、实验操作（50%）、实验报告（40%）这三部分来考核，过于强调实验操作与实验报告的重要性，学生为了得到较高的操作分和实验报告分，实验时就只按老师讲解的实验步骤按部就班地去做，因怕做错实验被扣分，不去探索其他较好的实验方法和步骤。做实验报告时，有的同学抄袭甚至修改实验数据以符合理论结果，实验报告的问题讨论也常有抄袭现象。因此，这种单一的实验考核方式无法体现出学生的创新能力和综合素质，急需改革。

（三）实验室开放工作开展较少

随着国家和学校加大对实验设备投入，流体实验室的设备台套数不断增加，已经基本满足老师和学生的教学和科研需求。但现有的实验室仅对参加学科竞赛同学、SRT同学以及部分教师的科研开放，对其他同学很少进行开放。这样，一方面实验设备未得到充分利用，另一方面有的学生有好的实验设计方案，想做开放性实验却不能使用设备。

三、当前实践教学中的一些探索

（一）改革实验内容

1.综合验证性实验。流体力学实验教学中，验证性实验有雷诺实验、沿程阻力实验、文丘里流量计实验、毕托管流量计实验、孔板流量计实验等，这些实验如果一个两学时地去做，需要较多的时间。由于实验方法类似，有些同学做过一二个实验后，就对做实验缺乏积极性了。因此，可以设计实验方案，将部分验证性实验合并进行，增加一点难度，这样既可以节约实验时间，又可以调动学生积极性，让他们了解各个实验的异同之处，便于分析总结，使所学知识能联系贯通起来。

2.将部分验证性实验设计成综合型或设计性实验。学生在这个设计过程中需要将所学的知识综合运用起来。如在雷诺实验中，通常用接水盘测量圆管内流过的水体积，用秒表测量水流的时间，进而计算圆管内的水流流速。也可以让学生设计几个方案，使用其他方法来测试管内水流速，比如用毕托管、孔板来测流量等。学生在设计方案时，通常会先了解毕托管或孔板等流量计构造及流量测量原理，巩固和掌握相关理论，再运用理论知识。设计的几个方案经过比较分析，确定最优方案，再根据最优方案将设备进行简单的改造，用实验的方法衡量设计方案质量。从设计的过程来看，设计是一个“动手动脑”的过程。它提高了学生的动手、分析和创新能力，激发了学生的创造性思维，拓展了学生的视野。

3.修改实验指导教材。以往的教材实验内容单一、档次不高，多为演示性和验证性实验，实验编排也比较零乱。对于每个实验，教材对实验仪器和实验操作步骤等介绍得过于详细，学生按部就班地进行就可以完成实验，对实验教材和老师产生依赖心理，教材上有的或老师讲过的会做，教材上没有的或老师没讲过的就不会做，思维不活跃。修改后的教材减少了演示性、验证性实验的数量，增加了一些综合性、设计性的实验，使实验教材编排先易后难、难易结合，涵盖大纲要求的所有内容，成为一个有机整体。教材中的部分实验只提供给学生实验目的、实验原理、实验设备等内容，至于实验的方法与步骤等需要学生自己查阅有关资料，进行实验方案设计，方案需经指导老师同意后方可进行实验。实验过程中，要求学生对出现的问题进行分析讨论，并解决问题。实践表明，采用这样的教材后，学生学习积极性明显提高，学生的思考、动手和创新能力均得到锻炼。

（二）改革实验教学方法

1.摒弃“说教式”，采用“启发式”实验教学方法。尽量不采用老师讲解、演示实验，然后学生实验的方法。而多采用让学生自己探索合理的实验方法，学生可以开讨论会，根据实验的原理，提出几种实验的方案，确定最优方案，讨论并确定实验的步骤。实验过程中，以学生讨论和自主设计为主，教师指导为辅，教师只对实验过程进行监控，对学生遇到的关键问题进行启发性指导。

2.让部分学生参与实验准备与设备调试。实验准备是一个繁琐的过程，要准备一些仪器仪表，调试实验装置。如果让学生参与实验准备，既可以减轻教师的工作负担，又可以锻炼学生能力。准备实验，就要对实验的目的、原理以及设备等有较详细的了解。学生根据实验原理确定需要测量的参数，从而准备好需要用到的仪器仪表。因此，这也是一个很好的实验预习过程。在实验设备调试过程中，经常会遇到各种各样的问题，既有本专业的问题，也可能包括电学、机械等方面的问题。这时就需要运用在大学里学到的相关知识去解决，要想解决这些问题就要对相关知识温习、巩固和掌握，就要会综合运用交叉学科知识。事实上，这些问题中有的可能是以后实践工作中经常遇到的问题，独立解决这些问题对以后快速适应实践工作有很大帮助。

（三）加强实验室开放力度，提高学生实践能力

开放实验室，可以给学生提供分析问题、解决问题的场所。在课外时间开放实验室，学生能较自由地选择实验时间，可以根据自己的兴趣选择实验项目和进行实验设计，这样做既有利于学生个性的发展，也能够让他们充分发挥自己的聪明才智，深入地进行科学研究，从而使学生的综合能力得到全面的培养和发展。

流体实验室在满足基本教学要求的同时，尽最大程度为师生服务，特别是为一些学生SRT项目、学生竞赛项目、科研项目等服务。比如上年度有几位学生做了一个建环专业实验结果验证软件开发——流体部分的SRT项目，主要是验证实验结果的正确性，参加项目的

图1 软件主界面

图2 动量定理的界面

学生做了动量定理、雷诺实验、沿程阻力、毕托管流量计、孔板流量计、文丘里流量计等六个实验项目，学生们在每台实验设备上做大量的实验，记录及分析数据，获得各个实验结果的变化范围。根据各个实验的原理及实验设备参数，用C#语言编写一个验证软件，该软件使用时只需将实验得到的数据输入软件，就会显示实验结果的正确与否。软件主界面如图1，其中动量定理的界面如图2。通过完成该项目，学生的实验设计与操作能力、数据分析能力等明显提高，初步养成了科学、严谨、求实的作风，同时也提高了学生的软件编程能力。该项目的成果可以大大减少指导老师检查学生实验结果的工作量，也利于学生及时发现错误，重做实验。该软件已经应用在实验教学课堂上，得到了学生较好的反响。因此，应继续加强实验室开放，使更多的学生有机会培养自己的兴趣以及进行科学探索。

（四）改革实验考核方式

建立更科学的考核体系，考核方式有专业理论知识考试、课堂提问、实验设计考试、实验操作考试等。考核时既重视实验涉及的理论知识考核，更重视对学生动手能力与创新能力的评价。在实验总评分中，体现动手能力和创新能力的内容应占有一定的权重，促使学生有意识培养自己的能力，提高综合素质。

四、继续探索研究，深化流体力学实验教学改革

（一）利用专业软件，进行模拟实验

流体力学的很多实验由于实验设备和条件的限制，无法深入地进行下去。如果采用模拟实验，学生可以改变不同的初始参数，得到不同的实验结果，较好地解决了这些限制。比如在雷诺实验中，如果想研究不同类型流体的下临界雷诺数，就要准备不同的流体，当采用具有危险性或毒性的流体时，进行真实实验的难度就增大了。这时可以考虑采用CFD软件进行模拟实验的方法，将模拟实验的结果与参考资料上的数值进行比较，以确认模拟实验的正确性。模拟实验可以用动画形象地演示实验的过程，帮助学生理解实验，还可以得到真实实验难以得到的数据，比如速度场、流线等。模拟实验使学生初步掌握了专业理论知识的运用，加深了对专业知识的理解；模拟实验也使学生学会了CFD软件的使用，初步了解这种科学研究的新方法。

（二）利用多媒体技术，提高实验教学质量

实验前，可以利用多媒体技术播放科技短片，介绍有关流体实验的历史背景、当时的实验细节以及对流体力学发展产生的作用等，使学生在听故事过程中开始实验，激发继续探索研究的兴趣。利用多媒体动画技术也可以演示实验的详细过程，并利用交互功能控制过程的速度，为学生记忆、理解知识创造良好的条件。在实验中，如觉得有疑问或在实验中没看清楚现象，可以重复播放实验的过程，使实验效果明显增强。

五、结语

流体力学实验教学在流体力学学习中起着非常重要的作用，它能使学生将理论知识与实践结合起来，调动学生的学习积极性和主动性，增强学生的动手能力，培养学生的创新精神，并促使教师加强学习，完善自己的知识结构，提高自己的专业知识水平。因此，改革和完善实验教学，使学生的知识和能力水平适应当代社会对学生的要求，是我们的一项重要任务。

参考文献：

[1]袁银男，许桢英，刘会霞，等.完善实践教学体系，强化创新能力培养[J].实验室研究与探索，2010，29（4）：92-94.

[2]张玲，洪文鹏，李岩.流体力学实验教学改革的探讨[J].大学物理实验，2002，15（4）：84-86.

独立学院力学实验教学改革 篇4

力学实践教学是力学教学体系的有机组成部分, 通过力学实验教学可以使学生验证力学理论的正确性, 加深对原理和概念的理解, 主要培养学生运用所学的理论分析和解决实际问题的能力, 掌握一些工程学的实验研究方法和实验技术, 我们在通过实践与创新培养学生创造思维和创新能力方面因地制宜, 根据学院的特点, 整合自身的优势, 形成天院特色的培养方案。然而众多独立学院的实验室普遍存在以下问题:实验条件不够完善, 实验室面积有限, 实验老师缺乏而以任课老师兼任实验员角色, 实验设备台套数少, 不利于学生动手能力的培养, 实验手段落后, 管理封闭, 以理论验证性实验为主, 过于简单, 对学生缺乏吸引力和思考性;以往, 我院没有“综合性、设计性”试验, 这样既不利于系统地学习理论, 也不利于学生综合素质的培养。在试验教学过程中, 采用固定的模式, 先由任课老师发放所有的实验指导书和实验报告, 准备好实验材料和仪器设备, 按传统的教学模式手把手地带学生实验, 限制了学生能动性的发挥及学生的思维, 束缚了学生的创新意识和创新能力, 不利于学生个性的发展。因此, 改革传统的力学实验, 建立新的实验教学体系势在必行。

2 独立学院力学实验的改革措施以及成效

2.1 改善实验教学条件

实验教学条件是一切实验的后备力量, 是学生充分利用能正常或超常发挥的实验平台, 是教学正常运行的前提, 以往陈旧的实验设备用于实验教学, 已难以适应教学改革和人才培养的需要。因此, 我院加大对实验教学的投资力度。 (1) 扩大实验室面积, 由原来仅占40平方米, 与建筑结构和建筑材料实验室公用活动空间的建筑力学实验室转移到580平方米的大空间独立实验室内, 可以最大限度地发挥实验室的空间优势; (2) 将机电工程系的力学实验室合并到建筑工程系力学实验室之后, 变成力学实验中心, 融合两系的实验教学优势, 仪器设备得到充分利用, 减少了实验管理人员数量, 锻炼实验员管理沟通能力, 为两系提供一个很好的研究交流平台。实验室面积的翻倍扩大, 为引进现代化实验设备提供了优越的条件, 力学实验中心在完善基础设施的同时, 增购了16套等强度梁实验设备, 4套建筑力学综合实验教学系统和4套材料力学综合实验教学系统, 1套动态电阻应变仪, 还采购了90种力学实验模型作为理论教学展示之用。所有的仪器设备可以完成包括理论验证性实验和综合性设计性实验在内的30多种实验, 可以使学生联系课堂内容, 大展拳脚地施展自己的创新能力。

2.2 全面改革实验课教学方法[1]

2.2.1 我院传统的实验教学方法, 是把实验教学从属于理论教学, 只作一些验证性实验, 不能满足人才创新能力的培养要求。

基于实验教学条件的限制和“重理论, 轻实践”教学观念的影响, 我院各专业均将实验课安排在理论课表排好后, 见缝插针, 适时排课, 或者集中安排在学期末一次性完成。这种排课方式, 本身就轻视了实验教学的重要性, 淡化学生做实验的意识, 进而影响学生对实验课的积极性。我院力学实验中心在原有验证性实验的基础上, 开发增设一些综合性、设计性试验项目, 如材料弹性模量和泊松比的测定试验、纯弯曲梁正应力测定试验和薄壁圆筒弯扭组合主应力测定试验等, 以学生为主体编实验报告、实验方案, 教师为引导审核报告和方案, 师生共同探讨, 经多次实验, 研究出最优实验方案。这种开放性、创造性的互动式实验教学模式, 可促进学生创新思维的形成, 培养师生更深厚情谊。

2.2.2 对于必做的验证性实验, 以往是由教师讲解、演示, 学生

模仿、记录数据的实验方法, 改革后教师完全放手, 学生自己做实验, 小组与小组之间采取传帮带的形式进行实验教学。学生首先进行课前预习, 课上由实验员介绍仪器、设备、工具等操作与使用的方法后, 学生分组独立完成实验, 先完成实验的小组帮助后来的小组完成实验。教师只起指导和监督作用, 随时检查实验结果并提出问题, 让学生进一步完善实验。如结果偏差太大, 帮助学生分析原因后重做实验, 这样既培养了学生的动手能力, 又培养了他们严谨求实的科学态度。另外, 原来每实验组6~8人, 学生动手机会少, 观看实验的多, 不利于学生的实验技能的训练。实验教学改革后要求, 每实验组不得超过4人, 人手上交一份实验报告, 每位学生都积极动手, 既提高了学生学习乐趣, 又培养了学生严肃认真的学习态度。

2.3 完善实验考核制度[2]

实验室建设和完善作为实验员KPI考核的项目之一。而学生的实验成绩占期末总成绩的30%, 其中以学生是否参加实验、实验报告质量以及实际操作为依据考核实验成绩;期末考试试题可包含部分与实验内容相关的题目, 考核学生对实验内容的理解与掌握, 既加强了学生理论基础的扎实性, 调动学生实验学习的积极性, 又提高了学生理论与实践相结合的能力。

2.4 以薄壁圆筒弯扭组合主应力测定为例, 简述综合性设计性实验的方法

2.4.1 教师在力学教学课堂上发布试验任务书, 要求学生分组完成薄壁圆筒弯扭组合主应力的测定。

在试验前学生需提交实验方案, 方案中包括搜集到的实验参数, 提出设计思路、试验步骤、测试方法和手段、预期效果和风险预测等。

2.4.2 以组为单位向指导教师汇报其准备情况, 指导教师对其提出问题或指导, 通过审核的实验方案, 确保合理后方可进行试验。

2.4.3 实验室提供实验所需的材料, 如薄壁圆筒装置、材料力学综合实验教学系统, 静态电阻应变仪及其说明书等。

学生要先仔细地阅读实验教学系统和应变仪的说明书, 再进行试验台的安装参数设定、调试及数据的采集等各项工作。

2.4.4 试验结束后学生自己编写整理实验报告, 并对试验结果进行分析处理。

指导老师批阅实验报告, 若实验数据偏差太大, 超出容许范围, 可要求学生重做实验。

综上所述, 我们的力学实验教学取得了一定的成效, 但我们还要在此基础上做进一步的探索和实践, 力争把力学实验中心建设成具有研究功能的实验室, 使实验教学更上一个台阶, 以发展成为省重点实验室为目标而努力。

3 针对实验室建设提出几点建议

虽然我院力学实验中心在一年时间内作出重大改革并取得可喜成效, 但还存在些许瑕疵, 为此对实验室的建设提出一点建议:

3.1 实验室的建设不能先斩后奏。

实验室建设如同校园规划, 把实验室规划到教学楼的建设行列中, 先提出建设意见, 作出可行性研究报告之后, 统一规划, 统一建设, 统一管理;实验室建立一个专门的管理部门, 以期实验教学步入更规范的运行中。

3.2 加强实验员的培训教育, 多组织参观学习各大仪器设备厂

商和各大高校的实验室, 有条件的可以组织到省或者国家重点实验室参观学习, 了解最先进的实验仪器设备, 学习必要的操作、维护等日常事物的处理。

参考文献

[1]朱梅, 张念生, 张华标, 朱德泉.农业院校材料力学实验教学改革措施与实践[J].安徽农学通报, 2012, (3) :107-109.[1]朱梅, 张念生, 张华标, 朱德泉.农业院校材料力学实验教学改革措施与实践[J].安徽农学通报, 2012, (3) :107-109.

力学竞赛与实验教学的互促机制 篇5

关键词： 力学竞赛 实验教学 互促机制

力学竞赛和力学实验教学属于两个不同的概念，是两个不同的研究对象，它们在时间、内容方面都呈现不协调性。目前，很多学校忽视力学竞赛和力学实验教学，力学竞赛只是为了取得成绩而竞赛，力学实验教学只是单纯理论知识的灌输。实践证明，竞赛与实验教学存在紧密的联系，两者相互制约、相互牵连。将竞赛与教学有机结合，可以达到在教学中竞赛、在竞赛中教学的良好效果，故探讨力学竞赛与力学实验教学的互促机制具有重要的意义。

1.力学竞赛组织方案的优化

土木工程专业力学竞赛主要包括全国周培源大学生力学竞赛和省级大学生力学竞赛。力学竞赛的目的之一在于促进高等学校力学课程的改革与建设，力学实验课程作为力学课程的小分支，急需结合竞赛进行改革。有必要在制订力学竞赛的组织方案中融入力学实验教学元素，可在力学竞赛的报名、校内选拔赛的组织、竞赛的准备和培训、竞赛的考试等环节不断添加力学实验教学的内容。

在力学竞赛报名环节，通过传递力学实验课程的趣味性等相关信息，一方面提高学生的报名热情，另一方面促进学生对力学竞赛的认识，达到营造良好力学氛围的目的；在力学竞赛校内选拔赛的组织环节，结合本校学生具体情况，制定校内选拔机制，通过选拔赛培训和命题环节，融入力学实验知识。校内选拔赛培训中，不仅在教室培训力学理论知识，还使学生亲临力学实验室，现场讲解力学实验的相关规律和性质，培养学生的力学思维和学习兴趣。在选拔赛命题时，针对力学竞赛题型的灵活性，通过力学实验教学促进学生对理论知识的理解；在力学竞赛的准备和培训环节，结合参赛学生的具体情况，面对难于掌握的力学理论知识点，通过融入力学实验教学内容，提高学生的领悟力和理解能力；在力学竞赛的考试环节，针对学生的畏考和弃考心理，通过力学实验室的现场模拟教学，增强学生的备考信心。

力学竞赛组织过程中，通过优化竞赛组织方案，融入力学实验教学元素，寻求竞赛和实验教学的契合点，让学生在竞赛中学习实验理论，既可以消除单纯理论辅导的枯燥性，又可以提高学生的竞赛热情和学习兴趣，形成力学竞赛组织的良性循环模式。

2.力学实验教学的转型

土木工程专业力学实验是力学课程的重要分支，旨在加深学生对理论知识的理解，进一步培养学生实验操作技能和实践能力。实验教学是课堂理论教学的深化和拓展，用于检验和探索理论知识的正确性，主要培养和训练学生的实践能力。目前在我校力学实验教学过程中，实验教学与工程实践比较疏远，欠缺实验教学资源，学生积极性不高，实验效果不好。通过将力学竞赛引入实验教学过程中，实现竞赛向实验教学资源成果的转化。

力学实验教学在重视实验操作技能的同时，容易忽略力学理论知识的理解和学习，对于实验现象和实验结果，学生容易进入知其然、不知其所以然的误区。故将竞赛理论知识融入实验教学体系，加深学生对实验结果的理解深度，实现实验技能和实验理论的双丰收。力学竞赛是力学实验教学的“催化剂”，在实验教学中添加竞赛知识，避免实验教学进入“机械化”误区，学生在掌握实验实践能力的同时，也深刻理解了力学理论和实验知识。故有必要在力学实验教学中添加竞赛元素，促进实验教学的完善和发展，借竞赛促进力学实验教学的转型。

3.力学竞赛与实验教学的互促机制

以力学实验教学为衬托，强化力学竞赛的效果，以力学竞赛为契机，促进力学实验教学的转型。探究力学竞赛和实验教学的有效机制，可激发学生的力学学习兴趣，提高学生的力学素养和实践能力。

针对力学竞赛的短期性和参赛群体的稳定性，可制定一套短期的力学竞赛和实验教学互动机制，实现竞赛与实验、理论与实践的完美结合。考虑竞赛的规律性和参赛群体的长期波动性，在力学竞赛中优化实验教学，在实验教学中引进竞赛技能，消除力学竞赛和实验教学的差异性和矛盾性，建立“以赛促学、以赛促教、赛教结合”的有效模式，构建力学竞赛和实验教学的互促机制。

4.互促机制的成效

力学竞赛与实验教学互促机制在我校取得了显著的成效，一是营造了良好的力学竞赛氛围，提高了学生的参赛积极性，消除了部分学生的畏考和弃考心理；二是取得了良好的力学竞赛成绩，我校在“第十届全国周培源大学生力学竞赛”中取得优秀奖两名，在“第十一届湖南省大学生力学竞赛”中取得三等奖一名；三是提高了学生对力学实验课程的学习兴趣，实现了教学互促的良性循环模式。

5.结语

构建力学竞赛与实验教学的互促机制，消除竞赛与教学的矛盾性，一方面提高了力学竞赛的参赛积极性，取得了良好的效果，另一方面形成了“以赛促教、以赛促学”的良好局面，提高了学生对力学实验技能的学习热情。力学竞赛与实验教学的互促机制虽然取得了一定的成效，但是这种互促机制具有联动性和机动性，在后续竞赛和教学过程中需要进一步改善，以满足竞赛和实验教学的需求。

力学教学实验 篇6

近年来, 各大高校为了适应新形势下快速发展的社会对人才综合素质的更高要求, 满足对高技能高素质人才的需求, 高校对人才培养模式进行了多想改革和创新。本文通过分析土力学实验室的现状, 就相关实验教学改革提出几点建议:

1. 目前土力学实验教学中存在的问题

1.1 对实验教学的重视程度不够

首先, 通过对比各大高校土木工程专业土力学这门课程的实验课课时, 可以看出该课程实验教学部分学识较少, 教学大纲大都规定在8-10个学时内完成5-6个实验内容, 这就造成每个实验都不能完全保质保量的完成。而且由于实验设备有限, 每班需要分成2-3批进行实验, 而实验课时又极有限, 部分实验根本没有进行, 只是写了书面的实验报告就草草结课。

其次, 实验室普遍存在实验教学的师资力量薄弱的现象。因在变实验员人数有限, 有的实验室安排在校研究生或外聘实验员为本科学生的实验课授课。由于授课经验欠缺, 常常影响实验教学质量。长期以来, 理论教学与实验教学之间脱节, 理论授课教师不主动参与实验教学, 学生不能把理论课上学到的知识很好的融入到实践中。

1.2 实验教学的内容和方法更新慢

调查个高校土力学实验课的授课内容后不难发现实验内容大体相同, 基本上以验证性和经典型实验为主, 内容和方法陈旧, 缺乏时代气息, 不能适应和满足当前社会发展的需求。这种情况严重影响了学生上课的积极性, 不利于锻炼学生的动手能力和分析解决问题的能力。

试验安排不合理, 基本上安排在理论课完成之后进行, 这样也不利于调动学生的主观能动性, 导致学生被动学习, 学习效果差。实验规定死板, 教学方法单一, 学生只是按照实验员的知道按部就班操作, 不思考不分析, 更谈不上创新, 导致实验课失去了应有的教学意义。

1.3 实验设备落后, 利用率低

由于实验内容缺乏改革, 使用多年的实验仪器设备任然可以用于教学, 实验设备落后, 学生掌握的也仅仅是过时的技能, 不能在今后的工作中很好的应用。

实验室平时并不开放, 只在教学期间的8-10学时内开放, 导致实验设备长期闲置, 教学资源没有得到充分利用。一些老的设备因得不到很好的养护, 故障较多, 使用率很低。

1.4 实验基地条件有限

室外实习能够让学生接触到在实验室无法接触的新知识, 实验现场能把抽象的理论知识转化为具体的实物, 有利于更好的激发学生的兴趣, 开拓思维, 提高创新能力, 从而提高教学效果。

高效虽然每年都会与施工单位签订学生实习协议, 但由于实际操作困难, 施工单位往往不能满足大量学生长时间进驻施工现场, 所以每位学生真正在现场学习的机会非常有限, 远远不能起到实习应有的作用。学院自行建立的实验基地因为资金和设备的欠缺, 往往不具有实际代表性。

2. 创新改革实验教学的具体措施

2.1 开放土力实验室, 改革教学内容

结合几年的教学经验发现学生只有在实验室、科研基地、施工现场多动手、勤动脑, 才能达到提高学生综合素质和实践能力的目标。而要解决目前学生动手动脑能力差、眼高手低的问题, 必须要整合课程体系, 开放实验室, 建设跨学科、跨专业的实验中心, 各学科交叉学习使用实验资源, 增加学生自主动手的机会, 逐步在教学中在教学中提高学生自主学习的意识。

开放性实验室的开发利用, 要不断的探索和实践教学内容的改革。土木工程下属的各个学科因相互交流整合实验教学内容, 开设一些设计性、综合性强的实验项目, 在培养学生动手动脑解决问题能力的同时, 让学生学到最新的、真正有价值的先进知识, 而不是学习哪些陈词滥调的陈旧知识。

2.2 开放土力实验室, 鼓励创新实验

实验室的开放使得学生能够自由分配学习时间, 有充足的时间进入实验室学习, 并且自由使用实验仪器设备, 最大限度的提高学生实验的积极性。定期给学生开会提醒实验安全问题, 检查实验设备是否存在损毁和安全隐患, 实验室将一起使用规则和注意事项粘贴在实验室的显眼位置加以警示即可。

2.3 开放土力实验室, 改革授课方式

原始的土力学实验授课模式是教师的教和学生的学并重, 教师以教会学生实验内容为教学目的, 这种灌输式的教学钝化了学生的思维, 使得学生依赖性变强, 缺乏思考和动手能力, 更谈不上创新。所以土力学实验室的授课方式应该本着学生学会、学活、创新的目的, 利用引导式和启发式的教学模式授课, 有利于培养学生的学习兴趣。

实验室作为教学中重要的教学环境, 应该避免太过单调、枯燥, 而当前是信息化时代, 要充分利用一切资源, 如开展远程实验教学, 接收远程教学信息, 扩宽学生视野。这种远程授课方式打破了传统的教学模式, 不收时空的限制, 有利于充分利用最新的、高科技、高质量的教学资源, 所以该种教学手段会成为未来教学中的重要手段。

结语

土力学实验是有关土力学教程中的重要组成部分, 实验教学质量的好坏直接影响着整体教程的教学质量。如何有效的提高学生学习质量和培养学生自主创新的能力是土力学实验教学中急需解决的问题。为了适应当今社会人才的更高要求, 土力学实验室必须进行教学改革和创新, 这样才能跟得上个时代发展, 为社会培养有用的人才。

摘要：在整个土力学课程中, 实验教学是其中一项重要的环节, 而当前土力学实验室的软件和硬件设施、实验教学内容及教学模式已经不能很好的满足培养创新型人才的需求, 迫切需要对土力学实验室的教学进行改革。结合以往的教学经验, 就当前土力学实验室的特征简要分析, 介绍了几点关于改革土力学实验教学的措施, 旨在加强学生自主学习和创新能力, 培养出社会发展真正需要的人才。

关键词：土力学,创新,改革

参考文献

[1]杨叔子.创新源于实践[J].实验室研究与探索, 2004, 23 (7-8) :2-31.

流体力学实验教学改革与探索 篇7

1 改革实验教学内容, 增设设计型实验, 注重学生动手能力的培养

现有的实验内容多以验证型和演示型为主要内容, 学生按照实验指导书上的实验步骤, 被动地完成实验内容, 不能启发学生的求异思维能力, 因此在教学改革过程中.我们在实验内容中增加设计性实验。在实验项目设置上, 把伯努利方程实验和雷诺实验作为验证型实验, 水静压实验作为演示实验, 把沿程阻力和局部阻力测定作为设计型实验, 提高了实验的难度, 指导教师把实验任务和要求讲给学生, 只参与讨论启发和引导, 不具体参与实验过程, 把学生分成小组根据实验室现有的设备仪器自行设计实验方案, 独立完成数据的采集和整理, 对实验结果和实验现象进行分析、判断和总结。实验过程中培养了他们分析问题和解决问题的能力, 也使实践动手能力得到了相应的提高。

2 改革实验教学方法, 推行开放式实验, 激发学生的创新意识

传统的教学方法是指导教师先进行实验原理、实验内容等的讲解, 下来是学生按实验指导书上的实验步骤做实验, 最后得出实验结果, 按要求完成实验报告上的内容。这种实验模式很大程度上抑制了学生思维的发挥。开放实验是实验教学创新的新途径, 开放实验是先给学生规定好本学期必做的实验项目, 做实验之前, 学生要充分理清实验步骤, 在实验室开放的时间段内的任何时间, 都可以来实验室做实验, 仪器设备也同时开放, 为学生创造一个自由主动的学习条件和环境, 使学生由机械地被动实验转移到积极主动地实验, 学生通过自己设计实验方案到仪器仪表的调试再到实验数据处理、结论得出等一系列的实践活动, 不但提高了学生发现问题解决问题的能力, 又培养了学生实事求是的科学态度和一丝不苟的进取精神, 从而激发了学生勇于探索不断创新的精神。

3 改革实验教学手段, 加强模拟仿真技术在实验教学中的应用

我们充分利用现代化多媒体教学手段, 制作多媒体教学课件, 改变了实验教学依靠在黑板上讲解实验原理和实验方法的传统模式, 提高教学效率, 压缩了老师讲解的时间。增加了学生实验时间, 利用流体力学课件模拟演示, 加快学生对实验目的、实验内容和实验步骤的理解和掌握, 进一步提高学生实验的效率。可利用计算机模拟动画技术与真是实验相结合, 重复展现实验发生的现象和过程, 增强实验效果, 利用仿真来进行实验操作演练, 可以用来强化实验中的关键问题, 有助于提高学生实验的成功率。随着全球科技的不断发展, 利用多媒体对相关前沿的技术做介绍, 使学生了解到当今先进的仪器和本专业相关的实验技术, 使学生产生紧迫感和使命感, 能有效地激发学生的学习兴趣, 总之, 计算机多媒体技术在实验教学中起到了非常重要的作用。

4 改革实验考核方式, 实行综合考核制度, 全面评价学生

实验考核是实验教学过程中的重要环节, 传统的考核方式是以实验报告为主, 实验成绩的评定是以实验报告来进行的, 这样一来, 就出现学生实验报告的抄袭现象, 有的甚至为了实验结果的合理性, 竟然更改实验数据, 拼凑实验结果, 导致实验报告千篇一律, 很难反映出学生的综合实验能力, 因此改革实验考核方式势在必行。实验成绩应从平时实验操作能力和测试技能来综合评定, 平时操作能力可分成基本操作、分析问题、处理问题、实验报告的质量来给定, 测试技能为学生现场随机抽取选做的实验项目, 根据要求, 回答指导教师提出的问题, 做相应的回答, 根据回答问题的质量来给定成绩, 最后按平时成绩占60%, 测试占40%来给出最后实验总成绩, 通过实行全程多元化的考核后, 学生从开始就十分重视实验课, 思想始终不放松, 有效地提高了实验教学效果。

通过对实验内容、实验方法、考核方式等方面的改革探索, 建立科学有效的实验教学体系, 需要我们积极不断地进行实验教学方法的更新和实验教学环节的优化, 只有这样才能提高实验教学质量和效果, 培养出适应现代科技需要的高素质的创新人才。

摘要：随着素质教育的推进, 提高学生的综合能力越来越显得重要。针对目前流体力学实验课教学现状及存在的实际问题, 我们对实验教学内容、实验教学方法、实验教学手段及实验考核方式进行了积极的改革探索, 并提出了一些有益的方法和建议。

关键词：流体力学实验,实验教学,教学手段

参考文献

[1]向文英, 程光均.流体力学教学与实验创新.重庆大学学 (社会科学版) 2003, 9 (6) , 210—211

[2]李莉娅, 郭进武.加强高校实验工作改革.努力提高实验学质量.高教论坛, 2007 (1) , 58—60

[3]乔威.浅谈实验教学改革与创新型人才培养.高校实验工作研究.2009 (3) , 24—25

[4]张林.实验课体系改革的探讨.实验室研究与探索.2001, 0 (4) :14—16

力学实验教学改革中的探讨 篇8

1 实验教学的现状与问题

在国外高校中,对学生的教育培养,最注重的就是对学生的动手能力、创造能力、创新意识的培养,而这一目的的达成,最重要的一个环节就是实验。因此,在国外高校中,对实验环节特别重视。而在我国的高校中,实验教学却没有得到足够的重视。以我校的力学实验教学情况为例,主要存在以下问题:

1.1 实验观念落后

高校中普遍存在这种看法:理论教学是学校最重要的工作,而实验教学只是一种服务于理论教学的辅助手段。从事实验教学工作的人员被称为教辅人员,实验教学的作用就是帮助学生加深对理论知识的理解,它是处在次要、辅助的位置。而教辅人员也不被学校重视,其学历往往要求不高,由于实验室得不到重视,在职的实验技术人员也认为教学质量的好与坏是教师的事情,与自己无关。只要做好实验前的准备,上好实验课,管好实验室的门、窗、水、电就行了。

1.2 实验设备落后,设备闲置浪费

由于学校对实验室的投资力度小,导致诸多设备处于落后状态,比如力学实验中E、μ值及弯曲正应力的测定所用的组合材料力学试验台最早的生产年代是1997年。这样就会造成学校所培养学生的实验操作能力与工作中的所需严重脱节。除此之外,学校购买的一些用于科研和实验教学的仪器,由于实验学时少等原因常处于闲置状态,造成浪费。

1.3 教学方法陈旧

由于力学实验中有的实验学时安排不合理,导致时间有限等原因,实验教学多是教师先将板书写好,然后按照实验步骤一步一步地操作下去,学生按部就班地完成实验内容,这样就导致有的学生做完实验也不能真正理解实验的原理,不会设计实验,分析问题。

1.4 实验考核体系不完善

实验成绩的考核以实验报告成绩为主,不计入理论课成绩中,这样就使一些学生只重视实验报告,个别学生实验操作很差甚至不做实验,但实验报告写得很好考核成绩就好。由于实验考核成绩不能真实地反映学生实验技能的实际水平,这样就失去了考核的导向作用,这种成绩的评定方法直接影响到学生学习的积极性和能动性。

2 实验教学的改革创新

针对以上实验教学中存在的问题,可以采取以下措施进行改革创新:

2.1 转变观念,建立完善的实验教师梯队

我国传统的以知识教育为主的教学目标,决定了实验教学依附于理论教学的关系,而以创新能力培养为教学目标的新型教学体系,则强调实验教学与理论教学的相互配合、相互促进的关系,二者各有自己的功能,无法相互替代。而这一观念的转变要靠大力宣传,学校可以定时举办相关培训,由学校将相关精神传达给每位教师,只有观念转变了,改革才能顺利推进。

学校应该加大对实验室高学历人才的引进。引进的人才在最初的几年中扎根于实验室,从实验的具体操作到实验室的管理做起,在提高动手能力的同时,熟悉实验室的各项操作程序,培养实验兴趣。实验教师也可以从事理论教学,变被动为主动,进一步提高理论教学水平。同时,学校还可根据专业的需要,适当地安排高职称、懂专业、动手能力强的教师和实验教师一起讲解实验课,实验教师可以吸取不同的教学经验,另外,实验教师还可以参与理论教师的科研项目,从不同方面提高实验教师的水平,逐步建立合理的实验教师梯队。

2.2 加大实验设备投资力度,进行开放性实验,充分利用好实验设备

学校应根据国家发展的需求,加大对实验设备的投资力度,引进先进的教学仪器,使我们力学实验教学仪器赶超国际一流水平。除此之外,还应增置一些计算机仿真辅助软件以及实验数据的分析软件等。在经费允许的情况下供学生自主学习研究。

为了避免仪器闲置浪费,学校还应加大开放性实验的建设力度。开放性实验有利于培养学生的动手能力和创造精神,进一步提高学生的综合素质。在开放性实验中本专业的学生甚至全学校的学生都可以参与,学生可以利用课余时间,充分根据自己的兴趣爱好安排实验,也可以加入教师的研究课题,这样既可以锻炼学生,又充分利用了实验室设备资源。开放性实验适应了高等教育深化改革的要求,是开放教学的一大亮点,更是提高实验室整体效益的有效途径。

2.3 教学方法多样化

为了改变陈旧的教学方法,可以采用多媒体教学,将实验安全问题、实验规范规程、操作方法及步骤等内容通过录像、动画、视频等的形式直观演示出来,这样就使简单的、枯燥的讲述变得更为生动、活泼有趣,富有启发性和真实性,比传统的讲授更加能加深学生的印象。另外,还可以采用双语教学,这也不失为实验教学的又一亮点。这样既能给学生提供英语学习交流的环境,又能加强学生专业英语的训练。

2.4 实验考核体系的完善

对实验成绩采取不同的考核方式,使学生在实验中得到全面提高。例如,将学生的实验操作和实验报告都纳入实验的最终成绩,并且将实验成绩计入理论课成绩中,这样既能要求学生重视实验课,又规范了学生的实际操作能力。

2.5 合理安排教学课程

有的力学课程经常安排在学期末,而有的又是必做且学时多的实验,学生到学期末都进入考试或者复习考试阶段,所以学校应该根据实验课程的情况合理安排理论课程,保证实验课正常按期顺利完成。

3 结束语

针对我校力学实验教学中存在的问题,提出了相应的改革措施,经过实践,方法是可行的。但教学改革任重道远,在以后的工作中仍要不断地发现问题、总结问题、改正问题,为培养创新型人才做出应有的贡献。

摘要：针对河南理工大学力学实验教学情况,分析了现状及存在的问题。在教学观念的转变、实验设备的更新、教学方法的多样化及实验考核体系的完善等方面,讨论了相应的教学改革措施。

关键词：力学实验,教学改革,创新

参考文献

[1]葛新,丁红.实验室建设与实验教学改革[J].药学教育,2003,19(2):43-44.

[2]方允樟,丁革建.浅议实验室主任应深入思考的几个实验教改问题[J].实验室研究与探索,2008,27(6):100-102,147.

力学教学实验 篇9

《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课, 在航空、交通运输、土木水利等工程领域有着广泛的应用。工程力学包括静力学、材料力学两大部分内容, 其主要任务是使学生掌握物体的受力分析和平衡规律;掌握基本构件的强度、刚度和稳定性问题的分析及计算;具备将工程中的力学问题简化为力学模型并运用相应的力学公式进行求解的基本能力, 具备解决工程实际问题的基本能力。该课程的主要目的是通过对简单构件的受力分析及强度、刚度和稳定性计算, 实现为工程设计提供理论基础与决策依据的目的。因此, 本课程的学习对于土木专业学生后续专业课的学习及工作都起着重要的基础性理论支撑作用。鉴于该课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点及其重要性地位, 本文特对《工程力学》课程教学和实验改革模式进行探讨, 以提出一套既利于教师教学、又利于学生理解掌握的教学和实验综合改革模式。

二、教学方法和手段改革

1. 充分利用多媒体及网络辅助教学。

由于《工程力学》课程主要讲授的是工程建设领域的梁、轴、柱等构件的受力及功能设计问题, 与工程实际问题结合紧密, 其课程理论性强、工程结合紧密, 而教学学时有限的特点特别突出。为有效解决上述问题, 在《工程力学》课程改革中可采用多媒体与传统板书相互结合的授课方式。在教学中, 教师可充分发挥多媒体的优势, 多媒体授课不仅可以节省大量板书的时间, 而且可以引入大量的动画、工程实例等, 其图、文、声并茂及较好的交互性特点可提高学生的感性认识、传输更多的教学信息, 这样更利于学生的理解和掌握。其次, 在《工程力学》课程教学时, 针对应用型人才培养的特点, 加强案例教学的内容与时间。实践证明:省略大量繁杂的理念推导过程, 把时间用于案例教学上, 更能让学生牢固掌握理论知识并能灵活运用, 真正把所学应用于工程实际。同时, 课后教师还可以借助QQ群、微信等网络平台与学生进行及时交流, 通过辅导答疑、学习进展追踪等进一步提高教学效果。

2. 采用启发、互动式教学。

《工程力学》课程的工程应用性决定了其每一章节知识点的开展基本都是围绕具体的工程实例开展的, 而土木专业的学生在日常生活、学习过程中已经对房屋建筑中的梁、柱等实际工程构件已经有了一定的感性认识。因此, 教师在授课时可有效结合课程的实际特点, 通过教室里面的梁、柱、门等实际工程构件的受力特点、变形规律等对学生进行启发、互动式教学。如在讲授房屋建筑中最为常见的梁、柱、板构件时, 可让学生对教室的结构进行观察, 首先分辨出什么是梁、柱构件, 然后启发学生思考梁和柱两种工程构件在受力载荷特点、变形特点、主要工程作用方面有什么不同。在学生们充分思考和讨论后, 最后由教师对上述问题进行详细讲解, 这样可让学生很快地了解基本构件的概念, 并熟练掌握荷载作用的基本原理等知识。

3. 微课教学手段的引入。

近年来, 网络和多媒体教学方法逐步成为各类教学活动的主流教学手段。但随着应用的发展, 多媒体教学模式也具有一定的缺陷和不足, 如:很多教师课程教学多以宣读PPT为主, 满堂灌, 学生在PPT中迷失, 找不到教学重点和难点等。因此, 需要组织一些主题明确、时间精短, 能详细展示重、难点的多媒体片断及课后自助学习的互动平台来深化学习效果。也正是为有效解决上述问题, “微课”教学模式逐渐在全球范围内兴起。“微课”以微型的知识点讲解为主, 通过简短的微视频, 借助文字、声音或动画等多媒体技术, 并配以相应的作业与讨论, 设计开发的时长在5~10分钟。“微课”教学模式不仅提供给教师一个知识挖掘的平台, 还告诉学生如何根据学习所需搜索相应的资源, 自主地挖掘所需的知识点、有针对性地开展学习, 并且这种主题集中的“微课程”能够有效地节约学习时间。鉴于上述“微课”教学模式的优点, 作者特提出在以后《工程力学》课程教学中引入“微课”教学模式, 与课堂教学有效结合, 达到更好的教学效果。

三、课程考核方式改革

教学质量是高等院校办学的立校之本, 而考试又是检验教学质量的最基本、最重要的手段。《工程力学》课程作为一门专业必修基础课程, 其学习的好坏直接关系到后续专业课程的学习。鉴于该门课程的理论性特点及重要性地位, 本文特对该课程的考核方式进行有效改革, 在以往传统的期末考试方式基础上, 注重加强对学生平时上课学习、必修实验以及开放性实验、力学竞赛等第二课堂学习等方面的考核, 其中:平时成绩占20% (包括学生出勤、上课回答问题、开放性实验参加积极性等方面) , 实验成绩占10%, 期末考试占70%, 重点对基本概念和方法等知识点进行考查, 采用多样性的题型对学生学习的掌握程度进行全方位考核, 考试题型及难易度分值比例设计如下。

四、实验设计

1. 实验室实验设计。

力学研究方法包括理论分析方法、实验分析方法和计算机分析方法。其中, 实验研究方法在力学领域占有十分重要的地位。实验教学是《工程力学》课程教学的重要组成部分, 它与理论教学相辅相成, 实验是力学理论的基础, 理论也需要实验的验证。力学实验方法可以用于检验理论分析的正确性, 检验工程结构设计的合理性、安全性和可靠性。对于已经投入运行的工程结构, 例如高层建筑、大型桥梁等, 为了确保安全, 需要对这些结构的动力学响应、动态的应力和位移进行实时监测, 这些实时测试都是以力学实验技术为基础的。鉴于上述力学实验对于理论课程学习、工作的重要性和意义, 特在《工程力学》课程尝试开设下列必修实验和开放性试验。

2. 数值模拟实验设计。

长期以来《工程力学》实验内容属于常规、验证性试验, 内容单一, 缺乏综合性、创新性试验, 难以提高学生的动手能力和培养学生的综合素质。随着计算机技术的发展, 借助现代数值模拟技术虚拟模拟《工程力学》实验, 并依靠数值模拟软件强大的后处理功能, 将虚拟模拟的实验结果直观地展现在学生面前。目前比较常用的数值模拟软件有基于离散元原理的UDEC、3DEC, 还有基于有限元原理的ABAQUS、ANSYS、MARC等, 这些软件具有强大的前处理及后处理功能, 对于模拟《工程力学》中的实验非常有利。通过数值模拟实验将《工程力学》的教学与数值仿真技术结合起来, 不仅可以提高学生的学习积极性和分析创新能力, 减小学时少对课程教学的影响, 还可以培养学生的学习兴趣、提高学生的计算机应用能力。为此, 本次《工程力学》实验教学改革将引入数值模式技术进行实验教学探讨, 如:悬臂梁横力弯曲现象模拟、矩形截面梁应力集中现象的模拟等。

五、力学竞赛及第二课堂开设

为有效提高学生对于《工程力学》课程学习的积极性和创新意识, 做好全国大学生周培源力学竞赛和湖南省大学生力学竞赛的工作, 落实教育部关于教学质量工程和教学改革工程, 提高应用型本科学生科技创新能力、实践能力和就业能力, 展现我校办学实力, 提升我校形象, 力争在大学生力学竞赛取得更好的成绩。特结合理论力学、材料力学 (工程力学) 课程的教学特点及教学团队优势, 开展力学竞赛的初赛、专项培训、复赛等相关教学改革工作, 并将学生的学习及参与情况纳入专业学分方面的第二课堂考核。

六、结语

《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课, 对于土木类学生后续专业课的学习及工作都具有重要的基础作用。本文正是鉴于该门课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点, 提出从教学方法和手段、课程考核方式、实验设计以及力学竞赛等方面对该门课程的教学模式进行改革, 最终形成了一套系统的教学和实验综合改革模式, 该课程改革成果对于地方院校培养复合应用型人才将具有重要的意义和作用。

摘要：《工程力学》是“大土木”专业必修的一门专业基础课, 对于土木专业学生后续专业课的学习及工作起着基础性理论支撑作用。本文针对该门课程理论性强、课时有限、学习难度大等特点, 提出从教学方法和手段、课程考核方式、实验设计以及力学竞赛等四个方面对该门课程的教学模式进行改革探讨, 最终形成一套系统的教学和实验综合改革模式, 以为应用型土木专业学生的培养提供理论依据和决策支持。

关键词：工程力学,课程教学,实验,改革模式,微课

参考文献

[1]张旭光, 王秀振, 李莉, 等.独立学院土木专业材料力学课程实验教学研究与探讨[J].高等建筑教育, 2013, 22 (5) .

[2]龙连春, 刘海宏, 杨庆生.材料力学概念数值模拟分析系统[J].实验技术与管理, 2013, 30 (8) .

[3]杨永明.高校工程力学课程教学改革研究与实践[J].重庆科技学院学报 (社会科学版) , 2013, (1) .

[4]马林, 李天珍.工程力学课程互动式教学研究[J].湖北广播电视大学学报, 2010, 30 (3) .

力学教学实验 篇10

1 高中物理教学中的探究实验教学

目前，随着人类社会的不断发展，社会对人才提出更高的要求，同样地社会也对教育事业提出更高的要求，社会需要全面发展的高素质人才，所以在教育教学中教师应该积极采用一些有效的教学方式促进学生的全面发展.在高中，学生依然要面对高考的压力，而高中物理又是一项理性思维比较强的学科，所以，高中教学更应该改革教育教学方法，促进学生的全面发展，下面主要针对高中的物理教学作出探讨.

1.1 在现代社会的教育模式下，教师应该根据学科自身的特点实行因材施教

物理这门学科的特点主要是：

（1）探究性增强

在学习物理的过程中，所有的答案都要通过实验得到.对于深入的了解物理，进行实验探究是一個便捷有效的途径，也可以提高学生对事物认识的高度.

（2）突出实验的社会性和生活性

把实验推向所有同学，所选教材尽量贴近生活，让学生深切感受到物理无处不在，并且能把所学知识运用到现实生活中，让学生学有所用.

（3）理论性比较强，很多专业的物理理论需要借助实验才能得到很好的理解，而且，在物理的教学过程中运用最多的就是探究式教学法.

1.2 在高中物理的教学过程中应该做到以下几点

（1）注重实验探究，开发实验教学的动机功能.现代物理实验教学，要求学生能发现问题，提出质疑并找到解决问题的方法，促使学生在已有知识和未知知识产生激烈冲突.

（2）以探究为核心，在实验教学中培养学生的科学探究能力.

（3）重视加强实验的教学.现代的物理教学目标就是促使学科的物理教学能够全面的实现学生的素质教育.

2 高中物理教学中探究实验对力学前概念转变的教学探究

在高中的物理教学过程中，物理的理论知识也是教学的难点之一，同时物理理论知识也是教学重点，物理的理论知识是学习物理的基础，是学生掌握探究实验的基础，所以教师也应该注意物理理论知识的教学.在这之前，也有学者针对教学前概念的转变作出教学策略的探讨.

物理前概念是存在于每一个学生思维中的，这些前概念是学生积累的生活、社会经验，前概念能够解释各种物理现象，在高中物理课堂中，教师很难通过讲课的方式改变学生的前概念.探究实验能够帮助学生对原有的知识经验产生质疑，并转变观念，形成科学、正确的物理概念，生动的物理探究实验更能够有效地转变学生的前概念.

物理探究实验教学以其自身的功能，能够有效实现学生前概念的转变.物理探究实验具有提高学生思维能力、转变学生认知结构、促进学生学习迁移等功能，它能够帮助学生在原有生活经验的基础上，通过探究实验过程实现知识的迁移，也可以转变学生的前概念.

心理学认为物理探究实验是建立在学生原有经验的基础上的自我建构新认知的实验类型中的一种，它能够通过实验现象和结果的刺激实现学生的概念同化，为学生前概念的转变提供保障.在教育学领域，一些研究还发现探究实验转变学生的前概念对教育教学具有非常重要的作用.高中物理探究实验能够通过直观的实验过程，设计出生动的实验教学，促进学生积极主动参与到实验教学中去，转变学生头脑中的物理前概念.

以物理教学中的力学中的水的压力为例，学生会有以下几种错误的认识：在水中的同一位置，物体在各个方向上会受到不同的压力；位置越深，上表面的压力越大，下表面的压力越小等等，在这种情况下，教师就可以设计一些探究实验，让学生亲自动手操作，发现实验中的变化规律，之后再通过教师的科学引导得出正确的结论，实现力学前概念的转变.

调查还发现在转变学生力学前概念的探究实验中总会存在一些问题，有些问题如果处理不好将会直接影响到学生前概念的转变效果，这就需要教师采用正确的教学方法，正确引导，降低探究实验过程中的出错率，确保前概念的转变能够有较好的效果.

力学教学实验 篇11

关键词：实验报告,实验教学,教学效果,误差分析

土力学课程是土木工程专业中一门非常重要的专业基础课。土力学实验是土力学课程学习中非常重要的实践性教学环节。在对土力学基本概念、基本理论学习的同时, 穿插进行一定数量的土工实验课程的学习与实践, 以便深入了解土的工程力学性质, 熟悉土工实验各种仪器设备, 学会整理测试资料和分析测试数据, 充分调动学生学习的主动性和学习兴趣, 循序渐进地提高学生对土力学理论的理解和科学研究能力, 有利于培养学生的工程意识和综合素质, 为今后从事土木工程专业技术工作打下基础[1]。

毫无疑问, 实验前的预习与准备、实验过程、实验结果的处理等各个环节都是非常重要的, 任何环节的疏忽都可能导致最终实验效果的不理想。本文拟基于学生实验结束后提交的实验成果——实验报告为切入点, 来探讨如何提高土力学实验教学的效果。

1 实验报告中普遍存在的问题

实验报告是学生通过实验过程将其实验原理、操作步骤、原始数据、测试结果等进行汇总的过程, 通过写实验报告可以使学生进一步巩固理论基础知识, 自检实验中数据误差产生的原因, 分析操作过程中失误的地方, 是培养学生独立分析问题和解决问题的重要环节[2]。一般地, 实验报告的主要内容包括:实验预习 (实验目的、原理、所需实验仪器、方法及学生自己设计的实验步骤) 、实验内容 (实验步骤、现象、数据记录) 、结果与讨论 (数据处理、结果分析及思考题) 、指导教师评语及成绩等。只要学生能够按照上述内容进行认真分析与归纳, 实验教学的效果基本可以保证。但在实际教学过程中, 相当一部分学生提交的实验报告达不到基本要求, 主要问题有:1) 实验报告内容大量摘录于实验指导书。每门实验课大都配有实验指导书, 其对实验原理、实验步骤、实验方法等进行了详细的介绍, 是学生预习实验的主要参考资料。而实验报告也需对整个实验的原理、步骤与方法等进行介绍, 这些内容均可从实验指导书中找到, 于是相当多的学生把实验指导书中的相应内容直接摘录到实验报告中。这种做法显然没有调动学生学习的主动性, 使写实验报告成了枯燥的抄写活动。因此, 我们主张学生用自己的语言来完成实验报告, 是基于动手实验后对实验知识理解与掌握的一种自然表述。而且学生实际实验过程中的步骤与方法, 未必与实验指导书中罗列的实验步骤与方法完全相同, 直接摘录相关内容显然是不妥的。2) 实验观察不仔细、数据记录不全面。在实验过程中, 对各种现象的仔细观察与数据的准确读取是保证实验成功的关键。如在采用搓条法测定黏土的塑限实验中, 需要搓滚土条使其直径达到3 mm且表面开始出现裂纹并断裂成数段时, 便判断此时土条的含水率为塑限。在实际实验过程中, 判断土条直径是否达到3 mm、土条表面裂纹是否开始出现等均需要仔细观察, 若观察马虎粗糙则会导致实验结果出现较大误差。各类原始数据需准确读取, 有效数字要规范, 特别不能对数据进行人为修正。3) 不重视实验结果的分析与讨论。学生基于实验数据得到的实验结果往往误差较大, 即出现实验结果与预期结果的不一致。学生对这种偏大的误差 (甚至是错误的数据) 深入探讨较少, 往往用“偶然误差”“仪器精度不够”这些普遍存在的模糊原因去解释[3], 较少探究产生误差的原因, 更难以提出减小误差的措施与方法。事实上, 对实验误差进行深入分析、探究产生误差的原因是实验报告中的重要议题, 也是学生认真对待实验的具体体现。因此, 重点关注学生实验报告中对实验结果的分析与讨论, 是加强实验报告管理的关键内容之一。

2 忠于实验过程, 理性对待实验误差

由于受实验设备、操作方法、读数误差等因素的影响, 土工实验成果总是存在一定的误差。特别地, 由于学生知识的有限性与实验经验的不足, 实验过程中往往得到超过允许平行误差的实验结果[4]。严格来讲, 这样的实验结果不能算是实验成功。但由于学生的实验目的并不是为实际工程提供准确的实验参数, 而仅是通过实验教学达到对相应理论知识的理解与掌握, 并培养动手能力与解决问题的能力。从这个意义上讲, 学生得到误差较大的实验数据 (甚至错误的实验结果) 都是可以容忍的。但问题的关键在于, 实验教学过程中怎样对待学生得到的误差较大的实验结果。首先, 实验指导教师不必过于苛求学生实验结果的准确性与可靠性。有部分老师甚至提出“实验误差较大需要重做实验”的指导意见, 导致部分学生得到误差较大的实验数据后, 为了避免重做实验的麻烦而篡改实验数据, 使最终实验成果满足“误差要求”。这种做法显然引起了较大的负面作用, 没有培养学生严谨治学、尊重客观实际的基本准则, 扭曲了学生的价值观与科学观。

事实上, 学生得到误差较大的实验数据是正常的。指导老师应引导学生继续思考:是什么因素引起了较大的误差, 怎样减小或消除这些误差。学生带着这些问题重回实验室, 仔细琢磨, 并同时查阅资料或相互讨论, 逐步解决问题。部分爱钻研的学生, 会提出一些减小实验误差的可靠措施, 甚至对一些实验仪器进行改进, 并申请发明专利。这个过程就是对学生动手能力、分析问题与解决问题能力的有力培养, 也是对学生学习兴趣的有力提高。这种教学效果, 往往是理论教学达不到的。因此, 学生得到误差较大的实验数据, 反而给学生提供了一个非常好的学习机会, 只要正确引导, 可以得到一个满意的实验教学效果。

所有的这些处理误差的学习过程, 都最终反映在实验报告中。通过查阅学生的实验报告, 可以了解学生对实验过程的理解程度, 掌握学生对实验结果的处理过程, 关注学生对实验过程中产生的问题的思考。如果学生提交的实验报告较粗糙, 没有对实验过程中所发现的问题进行分析与处理, 可以让其进一步补充完整后再提交。可见, 实验报告是学生实验成果的集中体现, 抓好实验报告的质量, 可以促进实验教学效果的提高, 有力培养学生分析问题与解决问题的能力。

3 注重实验结果的分析与讨论

现以直剪试验为例, 探讨如何引导学生对实验结果进行分析与讨论。根据土工实验规程的实验方法与步骤, 直剪实验是为了得到土样在垂直压力分别为100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa作用下的抗剪强度τf, 然后根据τf—σ曲线确定土样的粘聚力c与内摩擦角ϕ。图1为部分学生得到的τf—σ实验曲线。

乍一看, 如图1所示的实验结果肯定是错误的, 因为垂直压力为400 kPa时的土样抗剪强度比100 kPa和300 kPa时的相应值还小, 这明显不符合常理 (竖向应力越大, 土体的抗剪强度越高) 。看到这样的实验报告, 我们并没有轻易的断定为学生的实验失误, 而是积极引导学生查明实验数据失真的原因。经过深入探讨, 我们发现了下列原因:1) 试样的离散性太大。由于参加实验的学生人数较多, 指导老师需在实验前预先准备好直剪试验的试样, 才能保证实验按时完成。试样是由干土加水拌匀后压入环刀内制成的, 一般一次实验课需制作60个～80个试样。由于试样数量众多, 制作过程中很难保证所有试样的含水率、密度等特征的同一性, 制作后养护过程中各试样水分的挥发情况也不尽相同。特别地, 部分试样是由勤工俭学的学生负责制作的, 其性质的均匀性与稳定性更难以得到保证。实验时, 学生从所有试样中随意领取4块试样进行实验, 试样的非均匀性决定了实验结果的离散性, 这是实验数据失真的主要原因。2) 在某一垂直压力下的试样抗剪强度τf是通过读取τ—Δl曲线上的峰值来确定的。而部分试样的τ—Δl曲线峰值不明显, 或者峰值出现太晚, 导致学生确定τf过程中存在较大的误差, 再加上绘制τ—Δl曲线也存在误差, 从而引起实验结果失真。3) 实验操作过程中存在失误, 如开始剪切前忘了拔去插销, 使得量力环变形过大受损;读数前剪切盒上盒前端钢珠与测力计接触不良等。4) 转动手轮的速度不能很好的控制, 仪表的读数也存在误差。通过查找原因, 使学生加深了对实验的理解, 领会了实验过程中的关键步骤, 培养了学生严谨的科学品质, 并可引导学生进一步建立减小上述误差的措施。这种实验教学方法不仅仅是让学生受到严格的、系统的实验技能训练, 掌握进行科学实验的基本知识、方法和技巧, 更重要的是培养了学生敏锐的观察力和严谨的思维能力, 培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力, 充分调动起学生学习的积极性与主动性。

4 结语

实验报告是学生实验活动的总结, 可以集中反映学生的实验态度、实验能力及实验成果, 是培养学生认知能力和分析、研究、解决问题能力的重要环节。当前学生提交的实验报告中普遍存在实验报告抄写实验教材、数据记录不全面、缺乏对实验结果深入分析等问题。只有严把实验报告的质量关, 积极引导学生对实验结果进行深入分析, 查找实验过程中产生误差的原因并尝试建立减小误差的有效措施, 才能培养学生敏锐的观察力和严谨的思维能力, 充分调动起学生学习的积极性与主动性, 达到满意的实验教学效果。

参考文献

[1]时伟, 章伟, 董攀.“土工实验课”改革的探索[J].中国冶金教育, 2007 (2) :36-38.

[2]马铭杰.确保实验报告质量是提高实验教学效果的重要措施[J].实验室研究与探索, 2004, 23 (11) :64-66.

[3]唐孟希.实验报告的水平急需提高[J].中山大学学报论丛, 1998 (2) :218-220.

[4]姚丽红, 周烨.土力学实验课教学的几点改革措施[J].辽宁省交通高等专科学校学报, 2001, 3 (2) :55-56.