基于开放性实验的电阻应变片实践教学模块研究

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摘要：开放性实验教学将教学与实践紧密结合在一起，解决了教学难点，加强了学生实践能力和创新意识的培养，满足学校对学生高素质人才培养的需求。本文阐述了开放性实验在电阻应变片教学模块中的组织与实施过程，将理论应用于实践，进行实验设计，培养学生的科学素养和探索精神，取得了良好效果。

关键词：电阻应变片；开放性实验；教学模块

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1671―1580（2014）02―0051―02

一、引言

电阻应变片知识单元是材料成型检测与控制课程中一个重要单元，该课程涵盖自动检测与自动控制基础理论，机电、液压、PLC等基本内容，知识点比较抽象，理论上理解有一定困难。尤其是电学知识比较薄弱的材料加工类专业学生，给教学带来很大的难度。因此，如何使所讲的内容由抽象变形象，让学生更好地理解该课程的专业知识，掌握分析问题、解决问题的方法，培养学生的实际动手能力，是该课程教学改革的主要目标。本课题抽取电阻应变片教学模块做开放性实验教学并对此做了初步研究。

二、开放性实验的组织与实施

开放性实验大体可分为三类：基础性、综合性和设计性。一方面，实验开课教师可以根据实际教学需要自拟题目，学生根据自己的兴趣爱好来选择实验项目；另一方面，学生可以利用现有的知识体系，结合生活实际，自行拟定题目。本课题为前者，教师选定实验项目为设计性实验，学生采取自愿报名原则，利用晚上或节假日业余时间来完成。

1.开放性实验任务设计

开放性实验任务设计首先应该充分体现课程原有的教学目标，同时还要面向解决实际问题。开放性实验任务尤其是设计型任务，一定要把握好难易程度，太难，学生就会容易产生放弃的情绪；太简单，学生很容易就做完，就不会有成就感。笔者要求学生结合自己焊接作品及实验室现有条件，自行设计焊缝应力应变实验的测定。学生查阅大量资料，并及时与指导教师相互沟通，最终确定了实验方案：先搭建最简单的等强度梁实验平台，通过实践完全弄懂了基本应力应变测试原理，以及实验中应变片的粘贴技巧，然后再应用于实际焊缝应力应变的测定。

2.教学过程设计

传统实验课的教学模式都是学生先预习实验指导书，写预习报告，教师在上课时现场讲解实验目的、原理、操作步骤、实验过程中注意的问题，然后进行实验，最后进行实验结果分析等等。学生完全处于被动地位，并且很多实验结果是可以预知的。但设计性实验更倾向于一种研究问题的思路，查阅大量文献资料，初步拟定方案，并在实践过程中不断修订初始方案，直到最终解决所有问题。在整个教学过程中，老师要做好安全教育，确保整个实验过程安全，还要保证学生熟练操作设备同时保证其完好无损。教师要根据学生的方案准备好相应的材料，教师与学生要时常沟通交流以及给予相应的指导。

3.开放性实验的组织实施

实验分为五个模块：a.等强度梁实验台的搭建。学生在搭建等强度梁时，要求梁宽与长度必须满足线性关系，贴应变片在对称贴片基础上，要考虑好拉应力和压应力的贴片位置，砝码如何施加力，底座平行度等因素。学生根据这些实际情况，绘好相应的CAD图纸，并且经小组讨论通过，指导教师认为具有可操作性才可以进行实际加工。b.学生在根据图纸进行电火花线切割、数控加工中心、手工焊实际操作过程中，指导教师指导学生熟练掌握相应技术时，方可让学生结合自己图纸进行独立加工。整个过程指导教师全程陪同，指导教师可以现场答疑解惑，但不参与实际操作。c.电阻应变式传感器的贴片及焊接技术。学生自己查阅资料，对等强度梁进行打磨、划定位线、表面清洗、选片、崩片、贴片、固化，并对贴片质量进行检查；传感器桥路焊接相关技术要领及焊接质量检测都要求学生自己完成，指导教师仅提供相应的实验材料和实验焊接、检验等工具。d.进行电阻应变片在电桥中的接法实验、电阻应变片横向效应、温度特性、灵敏度系数标定实验，结合理论来分析实验数据的准确与否，如出现较大误差，找出误差原因，并加以改善。e.最后形成成熟的关于电阻应变片知识理论结构及相应各种实验测定原理，采用盲孔法对学生金工实习完成的焊缝进行应力应变测定，焊缝的前期处理，拉应力和压应力区贴片处理，最后整理实验数据，并对数据进行相关理论分析。

整个开放性实验采用8人小组形式，学生为模具和焊接学生混搭，实验任务结构分为个人和小组两部分。所有任务的完成，既离不开个人的参与，也需要大家协同完成。同时小组推荐一名总的项目负责人，负责实验的整体进度及实验安排，并及时汇总大家各个阶段的相关实验资料和数据，为日后形成该实验的模块开发资料做参考资料。同时，项目负责同学每周一次例会，及时跟大家汇报进度以及实验过程遇到的问题，大家集思广益，找到问题的解决方法。教师只负责提供相关实践设备，原则上不参与实际操作，除非大家讨论后仍无解决问题思路时，指导教师给予引导性意见。

4.实验评价体系的建立

实验最后的评价体系由三部分组成：个人的报告总结、个人任务完成情况、集体相互配合情况以及最终的实验目标完成情况。然后由指导教师进行最后的总结、成绩评定。

三、实施效果

根据2011级材型专业（模具、焊接）部分学生参加该项开放性实验教学，大部分学生还是采用传统理论教学，经走访了解并比较，得出结论如下：开放性实验模块化教学培养了学生查阅资料、设计实验的能力，能有效地将微观思想转化为实际实物形式；培养了学生专业素质，如绘图、焊接、加工中心、线切割、钳工等基本专业技能，有效地整合了实验室资源，避免了实验室资源闲置带来的浪费；充分调动了学生学习的积极性，变被动为主动，将晦涩难以理解的电阻应变传感器理论应用于实践，并指导实践，激发起了学生强烈的求知欲望，达到了良好的教学效果；培养了学生实践动手能力、独立思考能力，为后续的科研、工作打下了坚实的基础；同时，教学相长，教师在开放性实验教学中摸索了新的教学方法，为教育质量的提高打下了坚实基础。

四、存在问题与不足

1.涉及实验室很多，管理协调上存在一定困难。学校虽然积极鼓励教师和学生共同申报开放性实验课题，但开放性实验大多采用业余时间，并且每个实验人员除了正常开设专业课实验的同时，还要接纳很多这种开放性实验，而学校对基础实验人员却没有相对政策激励，这使得开放性实验在运行过程中磕磕碰碰，效率低下，难以达到预计的效果。

2.受益人数太少。鉴于学校目前现有的实验设备和条件，仅能为部分同学做开放性实验教学，对于全体学生的全面培养高素质、创新性人才还有很长一段路要走。

五、结束语

在开放性实验电阻应变片教学模块的研究过程中，不仅将晦涩难懂的基础理论转化为实践研究，使学生对知识的把握更加透彻，同时还与专业其他技能如加工中心、线切割、手工焊接、钳工等基本操作有机结合为一体，有效地提高了学生的实践能力、解决问题能力和创新能力，为高素质人才的培养跨出了重要的一步。

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