力学课程中实验环节的重要性
论文关键词： 力学课程 实验环节 科学素养 创新能力
论文摘要： 力学课程是工程技术人才所必须学习的课程之一,由于课程的概念性强、抽象性强、应用性强等特点,课程中实验环节的设置是必不可少的,而且实验对课程的学习有着非常大的促进作用,实验环节是培养工程技术人才科学素养,创新能力的有效途径,我们在教学过程中应当加深对实验环节教学的探索,提高实验环节的课时比率,提高力学教学水平,促进教学方法的改革与创新。
1前言
力学课程作为专业基础课,大部分的工科专业的学生都要进行学习。按照学生层次、专业类别、力学知识深度的不同,力学课程包括《建筑力学》、《工程力学》、《材料力学》、《理论力学》等。对于建筑,机械,航空等这些与工程结合密切的专业来说,力学课程是及其重要的技术基础课,是这些专业学生学好专业课的一个重要前提。力学课程的特点就在于它所研究的问题都是与工程实际相结合的,是在生产生活中实实在在所遇到的问题。我们知道,实验也是解决实际工程问题的方法之一,因此力学课程的学习与实验就有了不可分离的关系。在力学课程中加开实验环节,就成了学好力学课程的有效方法。力学课程的学习离不开实验环节,加入实验环节是学好力学课程的最直观,最有效的方法。所以,实验环节在力学课程中的作用是十分重要的。
2实验环节可以更好的激发学生学习力学课程的兴趣
兴趣是推动人认识活动行为的重要动机,在课堂上,如果学生对所学的知识怀有兴趣,便会抱积极的态度、以愉快的心情去参与进去,从而体验到学习是一种无穷的乐趣。而力学理论的学习是枯燥无味的,课程内含力学相关基本概念和术语,有很多易混淆的名词,力学作用情景抽象,实际应用性强,如果不加以正确有效的引导学生学习,会很容易让学生知难而退,放弃对课程的学习。因此必须针对力学课程概念性强、抽象性强,应用性强等特点对学生进行一步一步的引导,这就需要力学实验的配合进行。力学实验主要包括材料力学实验,结构力学实验,根据课程的重点难点设置不同的实验项目,达到帮助学生学习的目的。比如在材料力学部分,材料的拉伸、压缩、扭转等内力的概念在学生中有很多疑点,必须给予明确而有说服力的解释,否则不利于培养学生的分析、思维能力。讲解每一概念后,到实验进行对应的实验项目,对实验过程进行详细的指导,对实验后的试件破坏形式和实验数据进行科学分析,使学生对相关的内力概念有一个深刻的'理解。从而解决了力学课程概念性强,情景抽象的问题。对于力学课程实践应用性强这个特点,这就要求在讲课过程中必须加入工程实际问题的举例。比如说,在材料的轴向拉伸和压缩试验中,做实验的目的是什么,在工程实际中的作用是什么,这个实验可以对机械零件,建筑材料进行检测,是研究材料性能,设计新零件等所必须要进行的实验,比如说:起重装置中载重件的设计、减速器中传动轴的设计等都需要进行实验,都需要经过周密的科学的计算才能设计尺寸选取材料。在力学课程的教学中根据课程的这些特点,有针对性的开设实验项目,激发学生们对力学知识的学习兴趣,养成从实验方面解决问题,在快乐中学习的习惯,教师应充分利用力学学科的特点及实验条件为课程服务,来激发学生的学习兴趣,解决学生在力学学习中的问题。
3实验环节可以培养学生的科学素养
科学素养(ScientificLiteracy)主要包括人们对于科学知识达到基本的了解程度;对科学的研究过程和方法达到基本的了解程度;对于科学技术对社会和个人所产生的影响达到基本的了解程度等三方面,科学素养是公民基本素质的一部分。当今培养学生的科学素养已成为时代呼唤高科技人才的需求,已成为今后社会进步、国家生存发展对公民综合素质的普遍要求。现在努力培养掌握科学技术的新世纪的公民就意味着将来提高国家的国际地位和综合国力。科学教育的目标有两个特点:一方面是把如何学习科学纳人科学教育的目标;另方面是强调学生个性和潜能的发展。因此为了适应国家建设、科技事业发展的需要,创新型人才应该具备良好的科学素养,应该具备必要的科学知识,科学的思维方式,对科学的理解,科学的态度与价值观,以及运用科学知识和方法解决问题的意识和能力 [1] 。力学知识作为工程技术人才的所必须具备的知识,力学课程的教学也就显得格外的重要,在教学过程中,必须要把对学生科学素养的培养和提高作为教育的一个基本目标。学生经过高等学校的学习,理工科的学生应该具备良好的道德品质、丰富的知识和技能、具有创造性思维和分析问题解决问题的能力,具有诚信的态度和健康向上的精神,成为国家建设的栋梁。为了达到教育目标,需要靠教育过程中的各个教学环节来体现,而实验环节对学生科学素养的培养起着重要作用。对于理工类的许多学科和专业,力学是主修骨干课程,它既有一条发展的主线,又与其它课程有着密切联系。通过对力学专门知识的系统的深入的钻研和专业工程中的应用训练,学生逐步掌握广博深入的力学知识,学会正确的思维方法,获得分析和解决工程中与力学有关问题的能力。实验又在学生科学素养的培养过程中处于承上启下的重要阶段。力学实验对培养学生良好的科学素养至关重要。在实验环节进行过程中让学生对实验内容进行有意义的建构,通过使用先前所学的力学理论去进行有意义的建构当前试验内容,如果遇到问题需要课后找资料自学,这就培养了学生继续学习的能力,即学会学习;同时在实验中,学生通过一个完整的科学研究过程的训练,初步瞳得如何从事科学研究,培养了实践能力,即学会做事;在实验中,与指导老师的沟通,与同组同学的沟通与合作,在全班同学面前的表达能力等,既学会协作;同时,学会力学实验的实践操作技能,掌握技术,适应生存。在这一系列的过程中,学生的科学素养在慢慢的培养起来。
4力学实验与工程实际结合紧密,是培养工程技术人才的必要手段
实验在各个学科中的地位都是十分重要的,科学技术的发展,离不开实验,不经过实验检验的理论,也仅仅是空头理论。力学课程的教学过程更是离不开实验环节,在力学发展的道路上,许多科学家的发明、创造都是靠大量科学实验而得到的结果,因而实验能力在培养现代工程技术人才中,占有重要的地位。在力学知识的学习过程中,肯定会遇到很多困难,结合实验进行学习是一个十分有效的方法。实验教学是一种智力与能力,理论与实践相结合的教学活动。其功能是巩固加深对力学基本概念,基本理论的理解,并使学生在接触和熟悉实验仪器的使用过程中掌握基本测试技能,了解科学的实验方法,培养学生应用所学理论综合分析问题和解决实际问题的能力,有利于养成学生手脑并用,细心观察事物的习惯,让学生了解进行实验是解决工程问题的有效手段。所以,实验教学是整个教学过程的重要环节,与理论教学是相辅相成的。要培养出优秀科技人才,离不开实验教学。
5力学实验是培养学生创新能力的基础
创新能力是能够创造出具有社会价值的新理论和新事物的各种心理特点的综合,是指能独创性解决问题的能力。主要包括创造性思维与创造性想象,而以创造性思维为创造性心理的核心。创造性思维是人类思维的综合,是智力发展的高级表现形式。当人类进入了21世纪,科学技术的发展是日新月异,国家之间,行业之间的竞争越来越激烈,其中,人才的竞争更是愈演愈烈,说到人才的竞争归根结底是创新能力的竞争。在培养工程技术人才的教育过程中,创新能力的培养是十分必要和重要的。创新能力的培养是各个学科教育的重要目的,学科发展,科学技术的发展离不开创新能力[2]。力学学科的教育更是应该注重对学生创新能力的培养,这就要求在教学过程中通过多方面的训练提高学生的思维能力,发挥学生的自主学习能力,激发学生的求知欲,更好地培养学生的创新能力。力学实验就是一个很好的训练手段。工程力学实验作为工程力学课程的组成部分,它对学生实际操作技能的训练,动手能力的培养,创新思维的形成等都有重要作用。在力学实验包括基础实验、综合性实验、开放性实验等,学生通过基础实验熟练掌握了仪器、设备的使用方法和工作原理,完成教学大纲要求的基本实验技能。之后,再通过进行综合性实验,让学生把相关的知识用实验的方法结合起来去解决问题,提高学生对知识的综合认知水平。最后,发挥学生的主观能动性,指导学生进行设计性,创新性实验,此类实验才是实验环节的关键所在,实验者的设计思想和动手能力将在这一阶段集中地体现出来。让学生自己设计实验方案,包括实验所用仪器,实验步骤,实验原理等,在设计性实验中,学生将成为实验研究的主角,通过专业基础知识与工程实际相结合,一定能激发出学生的创造性,尤其是提供了所学知识的纵向和横向扩展与创新的舞台,既加深了学生对所学知识的理解和应用又训练了学生解决问题,处理问题的能力,提高了学生的创新思维和实践能力。
6小结
力学教学具有理论性、工程实践性强的特点,实验环节是教学过程中必不可少的,实验对教学的作用也是十分明显的,但是,现阶段我们的实验教学环节还不是很成熟,有些院校对力学实验课时比率设置较低,或者借课改减少其所占比率。我希望广大的力学教育工作者继续加深对力学教学方法的探索,尤其是对实验教学环节的创新,充分发挥实验教学的特点,提高力学教育的水平,多多培养出具有良好科学素养,创新能力强的新时代工程技术人才!
参考文献:
[1] 钟启泉.国外科学素养说与理科课程改革[J].比较教育研究,1997(1):16—21.
[2]唐晓雯.改革材料力学实验教学注重培养学生的工程素质与创新能力[J]高等建筑教育,2003,(4):83-84.
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物理力学是力学的一个新分支，它从物质的微观结构及其运动规律出发，运用近代物理学、物理化学和量子化学等学科的成就，通过分析研究和数值计算，阐明介质和材料的宏观性质，并对介质和材料的宏观现象及其运动规律作出微观解释。主要包括静力学、动力学、流体力学、分析力学、运动学、固体力学、材料力学、复合材料力学、流变学、结构力学、弹性力学、塑性力学、爆炸力学、磁流体力学、空气动力学、理性力学、物理力学、天体力学、生物力学、计算力学
物理力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，物理力学主要借助统计力学的方法。
物理力学对非平衡现象的研究包括四个方面：一是趋向于平衡的过程，如各种化学反应和弛豫现象的研究；二是偏离平衡状态较小的、稳定的非平衡过程，如物质的扩散、热传导、粘性以及热辐射等的研究；三是远离于衡态的问题，如开放系统中所遇到的各种能量耗散过程的研究；四是平衡和非平衡状态下所发生的突变过程，如相变等。解决这些问题要借助于非平衡统计力学和不可逆过程热力学理论。
物理力学的研究工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，研究气体在高温下的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的弛豫现象；稠密流体性质，主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质以及相变行为等；固体材料性质，利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。
物质的性质及其随状态参量变化规律的知识，无论对科学研究还是工程应用都极为重要，力学本身的发展就一直离不开物性和对物性的研究。
近代工程技术和尖端科学技术迅猛发展，特别需要深入研究各种宏观状态下物体内部原子、分子所处的微观状态和相互作用过程，从而认识宏观状态参量扩大后物体的宏观性质和变化规律。因此，物理力学的建立和发展，不但可直接为工程技术提供所需介质和材科的物性，也将为力学和其他学科的发展创造条件。
