基于开放式实验教学模式的创新人才培养的研究与实践

陈云信

（江汉大学机电与建筑工程学院 湖北武汉 430056）

基于开放式实验教学模式的创新人才培养的研究与实践

陈云信

（江汉大学机电与建筑工程学院 湖北武汉 430056）

针对本校材料力学实验教学中存在的一些问题，研究和探索了创新人才培养的新模式。通过对实施开放式的实验教学方式与内容的研究，用开放式教学思想指导实验教学整个过程，实行多种形式、相互衔接的开放式实验教学，营造一个创新型人才的培养环境，由此探索创新人才培养的最佳模式。为创新人才培养，提供一个参考思路。

开放式；实验教学；创新人才

一、前言

实验教学是人才培养的需要，力学量的测试与分析技术是当代科研与工程技术人员的基本素质之一，基础力学力学实验可以培养学生创新思维的能力，可以培养学生团队协作能力。然而我国大多数高等院校，特别是我省普通院校的基础力学实验现状是：实验课时分配严重不足，并且实验内容大多数都是验证性的，缺乏设计性、综合性实验课题。实验设备的欠缺，导致学生实验课动手机会很少，因此学生普遍不重视实验课[1]。这种“保姆式”的实验教学模式，让学生依赖心理大，学生的力学学习的兴趣不大，探索积极性不高，这种教学模式已经完全不能激发学生的求知欲以及创造性，更谈不上培养出能适应当今时代需要的创新型人才。

开放式实验教学模式的思路来源于国际上一些知名大学的人才培养模式。近年来，这种模式逐渐被国内一些重点院校所重视。开放式实验教学模式是基础力学实验教学改革的一个重要方向，是基于创新人才培养为目的的，是基础力学实验教学的一种创新。目前国外发达国家实验室开放情况比较合理、完善。发展中国家实验室开放情况不是很理想。因此构建以培养学生创新能力与实践能力为目标的开放式实验教学模式，是高等院校实验教学改革中亟待解决的课题和必须尽快达到的目标[2]。

二、开放式实验教学模式的研究意义

1.实施开放式实验教学，从内容到方法与传统实验相比，对于学生巩固所学知识，培养独立工作能力及养成严肃认真的科学作风等方面具有明显的优越性，有利于完成教学目标，培养出适应于社会需求的具有创新素质的综合型人才。

2.开放式实验教学尤其在高年级学生的教学中，是一种更为科学、更为先进的实验教学模式。开放式实验教学给参加全国周培源力学竞赛的同学、毕业设计的同学或者其他对力学现象感兴趣的同学提供了很好的实验研究条件。

3.由于实验教学的开放性，实验安排非常灵活，弹性大，有利于因材施教，为学生的自由发展创造了良好条件。

4.任课老师负责与自己课题相关的开放实验，在辅导学生的过程中也在不断地反思和调整教育教学方法，从而能更好地服务于教学和科研。

三、开放式实验教学模式具体研究内容包括：

1.把加强实验教学资源的共享和开放作为目标，将实验教学体系进行系统化、深层次的改革和建设。在仪器设备和环境设施上，以现有的先进的实验仪器设备和实验教学环境为基础。根据新的教学体系及新的内容配置实验仪器。尽可能地发挥现有仪器设备的潜在能力，适当合理配置新的仪器设备，逐步建立起健全仪器设备的梯次配置，力争能满足各类实验教学要求。

2.进一步完善以培养学生创新能力为目标的开放式实验教学模式，加强实验教材的建设和改革力度。并适时对实验内容作出调整，将实验内容安排成“两阶段、多样化”。

第一阶段为基础内容训练实验；第二阶段为力学综合性或课题设计性实验。

在第一阶段中，学生必须结合所学的理论知识熟悉基本要求的实验仪器使用方法，掌握好必要的实验技能以及科学实验的基本程序和方法。

在第二阶段中，要求学生完成教材或者生活中力学问题应用所提出的一个综合性或设计性实验，实验题目可由学生自己选择，由实验室提供需要的仪器设备，教师提供指导以及答疑，鼓励部分具有创新能力的学生在安全的前提下进行开拓性、创造性实验。综合设计型和研究型实验项目，采取Project实验方式。学生自由以组合方式形成项目小组，每个项目小组从教师预先开发的Project项目库中自主选择一个项目，根据完成项目的要求，收集资料，结合力学专业知识，分析解决项目中涉及到的具体工程实际问题，撰写实验研究报告，答辩。即解决如何培养学生创新精神与实验技能的问题。

例如，可以设计应力电测法综合实验；任何材料在受到外力作用时，都会产生应力与应变。外力不同，其应力、应变也不同；同时，不同形状、结构的零件在受到相同的外力时，不同的位置将产生不同的应力与应变。应力电测法综合实验主要内容：“多用途梁”的纯弯曲和横力弯曲应力测试实验、弹性模量E和泊松比μ测定实验、受压元件的压力测定实验、偏心拉伸工程构件的应力测试实验、等强度梁的应力测定实验等。“多用途梁”的实验装置见图1。

图1 “多用途梁”的实验装置

学生通过对理论公式的分析，设计出不同截面或不同点的测试方案，再进行电桥的测试方案设计，实验完成后，对测试数据进行强度问题分析与讨论。通过该实验，学生对“应力电测法”有了较为感性的认识，极大地提高了学生的动手能力与创新意识。

又例如2010年全国高等学校基础力学实验竞赛的题：如图2所示壁厚为0.9mm的薄壁不等边角钢，为了方便加载，在其两端焊接两块对称的连接板，板上分布4个螺孔可以作为加载点，如图3所示。假设C点为该角钢的形心位置(实际加工中有微小位置偏差)。要求：测量该角钢材料的弹性模量和泊松比、若B点在该角钢的形心主惯性轴上，试确定B点到C点的距离、假设A-A点加载时所产生的弯曲符合平面弯曲条件，请实验确定该角钢的形心主轴方位、两端沿D点拉伸力F=1000N时，比较角钢长边内、外表面E处主应力[3]。这些都是非常典型的综合实验，可以培养学生创新思维的能力

图2 不等边角钢

图3 加载连接板

四、开放式实验教学模式

1.建设以开放实验教学为基础、以学科优势为依托、以工程实践命题为内容、以能力培养为特色的实验教学体系。用开放性教学思想指导实验教学全过程，实行多种形式、相互衔接的开放式实验教学，营造创新型人才的培养环境，由此探索创新人才培养的最佳模式。为创新人才培养，提供一个参考思路。

2.通过自制设备开发和传统实验改进，让学生综合运用所掌握的知识以及实验技能，自主设计实验方案，完成测试分析，从而提高了学生的自主创新能力、动手能力及团队协作能力。冲破了传统的力学教学模式，建立了全新的力学实验教学体系，丰富了力学教学内容。以学生为本，以应用创新型人才培养为核心，实施开放式实验教学，促进学生知识、能力、素质的全面协调发展。增设开放性实验，以培养学生个性能力。通过研究性实验，培养学生初步科学研究能力。可以薄壁圆筒的弯扭组合作用下电测实验、T型和工字型方框拉压实验等；又例如，单杠弯曲正应力测定，测定单杠在纯弯曲时横截面上的正应力分布，单杠示意图见图4，验证平面假设理论和弯曲正应力公式。了解生活中的弯矩现象，让实验走进生活。思考：分析试验误差产生的原因、实验中弯曲正应力大小是否受材料弹性模量E的影响、单杠的弯矩试验与实验室横梁弯矩实验方法有何不同。

图4 单杠示意图

3.建成网络化实验教学和实验室管理信息平台，实现网上辅助教学和网络化、智能化管理的目标。

五、总结

实施开放式实验教学，从内容到方法与传统的实验教学比较，在巩固学生所学的理论知识，培养学生独立思考能力以及养成严肃认真的科学作风等方面具有相当明显的优越性，这种教学有利于完成教学目标，能培养出适应社会需求的并且具有创新素质的综合型人才。开放式实验教学尤其在高年级学生的教学中，是一种更为科学、更为先进的实验教学模式。开放式实验教学给参加全国周培源力学竞赛的同学、毕业设计的同学或者其他对力学现象感兴趣的同学提供了很好的实验研究条件。

实施开放式实验教学可以很好的为实现学生自主式、合作式、探究式为主的实验教学模式提供平台，让学生有机会真正的经历科学研究的实践过程。为创新人才培养提供了一个标准的研究场所和一个适宜的培养模式，使学生具备基本科研能力，培养学生创新精神和创新能力，切实提高本校学生的综合能力。

[1]张波.《材料力学》课程教学改革探索[J].甘肃科技,2010(12).

[2]关琛,李志江,左锋.本科生研究型开放式实验教学的实践与探索[J].农产品加工(学刊),2011(03).

[3]2010年全国大学生基础力学试验竞赛思路.网上资料.

Research and practice of innovative talents training mode based on open experiment teaching

Chen Yun-xin

(School of Electromechanical &Architectural Engineering,Jianghan University,Wuhan Hubei,430056, China)

Aiming at some problems of material mechanics experiment teaching of our school, study and explore the new mode of cultivation of innovative talents. Through the research of the implementation of open experimental teaching method and content, by the open teaching idea of experimental teaching of the whole process, carrying out the open experimental teaching between the various forms, create a culture environment, an innovative talents, thus to explore the best mode of innovative personnel training. Training innovative talents, provide a reference. For cultivating the students' ability of learning theory knowledge, practical engineering and applied mechanics knowledge has positive significance for solving real life problems and engineering.

Open; experimental teaching; innovative talents

C961

A

1000-9795（2014）03-0176-02

［责任编辑：刘丽杰］

2014-01-17

陈云信（1972-），女，湖北天门人，副教授，从事理论力学、材料力学等方面的教学与研究。