基于可视化技术的材料力学实验课程创新与设计

黄 凯， 王正直， 吴文平， 何 勇， 尹 颢

（武汉大学土木建筑工程学院，武汉 430072）

0 引 言

新工科背景下，“学科交叉性”显著的材料力学实验，是众多高校本科专业实验科目中的必修之课，是与工程项目、产业应用和科学研究密切联系的一项综合性实验［1］。实验课堂教学质量对大学生的综合实践能力的培养起到关键作用［2］。然而经过多年的课堂教学，发现相当一部分学生对材料本征、受力状态和宏观变形行为，这几种“联动影响，互相印证”的概念和现象理解还不是很清晰，对其作用机制了解程度较低，导致了实验做完后，只知道发生了什么实验现象，而不清楚这些现象背后的机理。这不仅影响了基础知识的吸收，也会导致人才培养的滞后，因此材料力学实验课程的改革创新势在必行。基于多场耦合监测技术手段的创新，对主要实验课程内容进行了可视化设计，利用多媒介对实验授课形式进行了优化，从观测角度丰富了实验内容，旨在让学生看清实验现象背后的“本质”。

1 基于可视化技术的材料力学实验课程的创新内容

材料力学本科基础实验课涵盖了拉伸压缩、扭转、弯曲等多项综合实验，这些分项实验区分并验证了材料的固有属性，又重点关注材料的受力和变形行为（宏观和局部）［3-5］。课程内容设计的重点是为了让学生充分了解材料受力时变形演化的机理，加深对材料力学行为的认知。为达到此效果，行之有效且直接的办法是将实验过程中难以观测的特征要素用视觉图的形式表现出来，带给学生强烈的感官感受，引导学生对实验原理自主思考和充分理解。……