工程力學課程中實踐教學的建設

羅偉林 楊曉翔

福州大學 福建福州 350108

工程力學課程中實踐教學的建設

羅偉林 楊曉翔

福州大學 福建福州 350108

工程力學是一門重要的技術基礎課，其中的實踐教學環節對于提高學生的科研技術水平、培養學生解決工程實際問題的能力有重要的作用。在“以學生為中心，強化工程意識，培養新型人才”的教學新理念的指導下，福州大學力學實驗教學中心進行了管理體制和工程實踐教學體系的改革。中心于2007年被評為福建省高校實驗教學示范中心，本文結合中心的建設和發展歷程，從實踐教學理念、實踐教學設計、課程開發、教學環境、教學管理、設備應用等方面闡述了工程力學課程中的實踐教學建設。

工程力學；教學改革；實踐教學

福州大學是一所以工為主，理、工、經、管、文、法、藝多學科協調發展的國家“211工程”重點大學。在黨的十六大制定的為我國實現社會主義現代化建設第三步戰略部署宏偉藍圖、確定在21世紀頭20年全面建設小康社會的奮斗目標的背景下，我校提出了“辦學模式從教學主導型向教學研究型轉變，把福州大學建設成為具有較強學科相對優勢、體現教學研究型辦學特色和開放型辦學格局的我國東南地區強校”的戰略目標，提出了“人才培養是高校辦學的根本任務，人才培養的質量是高校工作的生命線，學校的各項工作最終都要落實到培養人才上，必須堅持‘以人為本、質量為先’的基本方針，優質高效地培養符合我國經濟社會發展需要的高級科研人才、技術人才和管理人才，提高學生的就業率。讓我校所培養的學生對國家經濟建設和本省的經濟發展作出應有貢獻”這一工作方針。

作為以工為主的高校，工科基礎知識尤為重要，工程力學正是一門與工程實際密切相關的重要技術基礎課。目前，福州大學的工程力學課程主要分為理論力學(A，B)、材料力學(A，B)和工程力學(A，B)3門子課程，根據院系專業的不同，面向全校7個學院十幾個專業30多個班開課，每年計1500人以上，在專業培養計劃中，工程力學的先修課程有高等數學、大學物理、線性代數等公共基礎課，后續課程有機械原理、機械設計、結構力學等專業基礎課。工程力學在公共基礎課和專業基礎課之間起到了重要的橋梁作用。課程目標是使學生具備基礎的力學概念、推理方法，同時掌握解決工程中力學問題的基本方法。既培養學生計算能力、分析問題、解決問題的能力，也培養學生的工程能力。

在學校提出的“創業型”大學戰略建設目標的指導下，我校進行了創業教育課程新體系建設，相應的，工程力學課程在原有教學改革的基礎上，加大了改革的步伐，進行了更加有深度的探索。在教學內容改革上，一方面，隨著人文、社科類課程的增加，隨著外語教學的加強，以及隨著專業面的拓寬和交叉學科的滲透，課程的理論教學課時進一步減少，而給學生以更高的起點來認識工程力學的內容，注重建模能力和解決工程問題能力的培養，突出力學的工程概念；另一方面，隨著人才需求的市場化，對學生工程能力的要求更加突出，對實踐教學環節更加重視，提出了“以學生為中心，強化工程意識，培養新型人才”的教學新理念，進行了管理體制和工程實踐教學體系的改革，實踐教學從以往的主要起輔助作用的地位提高到與課堂教學互相配合取長補短的同等地位。同時，配合福建省教育廳要求，我校的力學基礎教研室在多方的支持下籌劃建立了力學實驗教學中心，以進一步提升實驗教學的質量和水平。該中心于2007年被評為福建省高校實驗教學示范中心，中心基本情況見表1。

表1 福州大學力學實驗教學中心基本情況

本文結合中心的建設和發展歷程，從實踐教學理念、實踐教學設計、課程開發、教學環境、教學管理、設備應用等方面簡要介紹我校在工程力學課程實踐教學方面所做的教學改革探索與實踐。

1 實踐教學理念

根據教育部“高等學校人才培養質量與創新工程”的總體要求和學校的相關部署，我校提出的實踐教學理念堅持傳授知識、培養能力、提高素質協調發展。根據學校的發展規劃，為適應科學技術的發展和加強學生實驗技能，培養創新型、復合型高素質人才的需求，力學實驗中心以本科生、教學為主體，兼顧研究生基礎力學和專業力學實驗，以科研為先導，注意教學與科研、工程應用相結合，把國內外有關科研、工程應用和教學的先進方法和實驗手段盡快融入到實驗教學中，不斷更新實驗內容、方法、手段和項目，強化學生的實驗技能訓練和創新精神培養。

根據這一教學理念，福州大學力學實驗中心面向國民經濟需要，向學生傳授實驗技術理論、驗證理論知識，培養學生的觀察能力、動手能力、分析能力、創新能力，養成理論聯系實際、勇于探索的科學精神。努力把中心建設成為在全省范圍內具有示范作用的實驗教學基地，致力于培養學生工程能力、創新意識和綜合素質，致力于建設前瞻性強、資源共享、開放服務的實驗中心。

2 實踐教學的設計

實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質工程技術人員的重要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。傳統的力學實驗教學依附于理論教學，已明顯地不能適應當前人才培養的需要。并且學生親自動手實驗的機會很少，這對于加深學生的感性認識和培養動手實踐能力是不利的。學生工程能力的培養很大程度上取決于學生動手的能力，因此，基礎力學的實驗教學應該以培養學生自己動手做實驗的能力為出發點。力學實驗中心對力學實驗教學的功能進行正確定位，追求力學實驗教學與理論教學的統籌協調，實驗教學與理論教學既有機結合又相對獨立，實現從應試教育向素質教育的轉變，培養既有堅實的理論基礎又有創新意識的新型人才。同時，改變過去以教師為中心的傳統教學模式，堅持以學生為主體，充分發揮學生的主動性、創造性，由過去“導入式”轉變為“互動式”和“自主式”，鼓勵學生個性發展。

實踐教學改革需要建立實踐教學新體系，實踐教學新體系以基礎型、綜合設計型和研究創新型實踐為層次，通過第一層次基礎型實踐使學生從感性上認識工程概念；通過第二層次綜合設計型實踐使學生逐步形成工程概念；通過第三層次研究創新型實踐進一步提高學生的綜合工程素質。這種層次化的設置，以基本操作技能為載體，使學生在學習基本技能和工藝知識的同時，增強工程實踐能力，提高綜合素質，培養創新精神和創新能力，接觸前沿科技，了解科學研究的探索方法。同時通過實施開放式實踐模式，實現了課內和課外相結合，教師指導和學生自主性學習相結合，教學和學生的科學研究相結合，從而調動了學生學習的積極性和創造性，激發了學生的創新思維，培養鍛煉了學生的綜合工程素質。

力學實驗中心積極推行全面開放政策，為學生和教師提供良好的實驗教學和科學研究平臺，做到時間開放、實驗內容開放、實驗設備開放。開放的目的是既為教師提供科學和工程應用的實驗研究平臺，又為培養學生的動手能力和創新能力，開設第二課堂，鼓勵學生不受時間和內容的限制，自選、自創課題自主進行實驗。

3 實踐教學課程開發

目前，福州大學力學實驗教學涉及7個院系共12個專業約1500名學生，具體學院及專業見表2。

表2 福州大學力學實驗中心面向學科專業

目前，福州大學力學實驗中心面向基礎課、專業課和研究生課分別開設了實驗課程，包括：基礎課中的理論力學、材料力學和工程力學；專業課中的結構力學；研究生課中的振動基礎等。其中，在基礎課程中，對理論力學課程，利用理論力學創新實驗展板及實物教具，學生可以通過實物演示及展板說明體會靜力學、運動學、動力學在工程實際及日常生活中的應用，加強學生的工程能力；靜力學、運動學、動力學的計算機模擬仿真實驗不僅可以提高學生分析問題解決問題的能力，還可以提高學生的計算機運用能力；學生每人還獨立寫出一篇力學在工程或在日常生活應用的小論文。小論文的實驗已經開展6年。在材料力學課程中，材料力學疊梁實驗，疊梁彎曲的應力分布在課堂上沒有講解。要求學生根據材料力學應力分析的方法自行推導兩個不同材料的疊梁在接觸面固結或滑動的情況下彎曲的應力分布，并自己設計實驗驗證推導的公式的正確性。培養了學生綜合應用材料力學知識分析處理工程實際問題的能力。工程力學課程實際上是由理論力學靜力學部分和材料力學組成，主要開設實驗與材料力學相同。所有實驗都由學生自己動手，并且重新修訂、編寫實驗指導書，開展“三性”實驗，大力培養學生動手能力，“三性”實驗具體內容見表3。

表3 福州大學工程力學課程“三性”實驗

在“三性”實驗中，理論力學實驗綜合性、設計性實驗所占比例占80%以上，材料力學實驗中綜合性、設計性實驗所占比例占60%左右。圖1所示為我校開設的材料力學關于疊梁實驗的設計性創新實驗；圖2所示為理論力學靜力學部分的創新應用實驗。

圖1 材料力學創新實驗—疊梁實驗

圖2 理論力學(靜力學)創新應用實驗

4 實踐教學環境的建設

從20世紀90年代中期開始，我校工程力學課程的實驗室建設取得不斷改善，體現在：1996年，投入經費50多萬元，新建設了純彎曲和彎扭組合變形實驗室，購置了20多套實驗設備，可以做到學生一人一組，還增添了數顯電子拉伸試驗機。2003年建成力學參數測定實驗室。2004年，投入經費150萬元，打破理論力學長期沒有實踐教學環節的局面，在我省高校中首次開設了“理論力學創新實驗”“動力學參數測定試驗”和“計算機仿真實驗”，徹底改變了實踐教學落后的局面。2005年建成材料力學綜合與創新實驗室。2006年形成力學實驗基地。2007年，在新校區實驗室建設的契機下，將力學實驗室進一步擴充整改，建立了力學實驗教學中心，同年力學實驗教學中心被評為“福建省力學實驗教學示范中心”。

福州大學力學實驗教學中心實驗用房面積約600m2，目前下設9個實驗室，設備固定資產總值多達300多萬元。中心建有完善的管理體制和實驗室開放運行機制，使實驗資源得到了優化和利用；制定了教師、學生實驗規則，實驗質量評價體系和實驗室人員的考核體系，對實驗教學的質量進行有效的控制。建立了實驗教學中心網站，提供學生利用網絡進行學習的條件。在設備管理和使用方面，學校和中心制定了一系列的安全管理制度，對工程實踐規定了安全技術守則、操作人員安全操作規范，對具體設備詳細制定了設備安全操作規范、操作人員安全使用規范，做到有章可循，制度規范。中心成立中心主任掛帥的安全領導小組和工作小組，制定了安全防火緊急預案，應急設施和措施完備，確定了安全責任人，層層簽訂安全責任書，定期和不定期進行安全檢查，發現隱患及時整改，做到了以人為本，防微杜漸、消除隱患。

5 教學管理

福州大學力學實驗教學中心是以機械工程及自動化學院、土建學院等相關學科為背景的實踐教學基地，實行學術委員會領導下的中心主任負責制。中心人員實行專職為主、專兼結合的主任聘任制和學術委員會制度，使中心人才資源與其他各院系人才資源交融與共享，達到理論教學隊伍與實踐教學隊伍的動態平衡。為了加強規范化管理、加快中心建設和可持續發展、保證教學質量穩定和不斷提高，保障貫徹教學理念和實施教學新體系的順利進行，學院出臺了與之配套的實踐教學管理體系。實踐教學管理體系由教學質量保障與監控體系和組織管理體系組成，并通過制度和政策來保證落實，保證了中心教育教學資源統籌調配。同時，學院保證中心充足的運行經費，保證中心教學工作的正常有序進行。

為了貫徹教學理念、穩定教學質量、保證訓練項目的實時性和先進性，學校和學院，完善并制定了一系列與之配套的教學督導制度。教學執行機構由學術委員會、工程實踐教研室、教學組組成，層層落實實踐教學責任，保證了理論教學與實踐教學的統籌協調；質量保證機構由學校教學督導組、學院教學督導小組組成，執行學生評價、教師互評的評價制度，采取學院教學督導小組督導、學校教學督導組抽查、學術委員會把關的措施，對教學質量起到有效的督導與保證，形成了由規劃、實施、督察到持續發展的教學質量保障與監控體系。

在管理制度方面，中心制定了一系列相關政策和管理制度、實踐指導技術人員的考核聘任辦法，堅持在制度面前人人平等,保證了實踐教學的正常、有序及高效。主要包括如下制度：(1)對實驗教學工作量考核及津貼發放實施細則；(2)中心對外服務管理辦法；(3)中心設備管理制度；(4)中心教學管理制度；(5)中心安全規程匯編。對實踐教學人員，主要從教學內容、教學方法、教學態度、教學效果等4個方面進行考核和評價。

6 實踐教學設備應用

福州大學力學實驗教學中心的儀器設備購置的經費來源主要是學校實驗室建設資金(包括學校自籌資金、“211”建設資金)以及通過立項的中央與地方共建基礎實驗室專項資金。中心所建設的內容、購置設備，都經過專家的充分論證，以保證建設具有一定的前瞻性，設備品質精良，組合優化。近年來，隨著學校對力學實驗中心投入力度的加大，中心的教學條件得到很大改善；教學設備更新率、利用率均有大幅度提高，保證了本科工程實踐教學的正常進行。目前，中心大多數設備維護良好，90%以上能正常運行，材料力學基本實驗(拉壓、彎曲、組合變形)、理論力學參數測定以及理論力學創新實驗，開出率達100%，面向全校12個專業1500名學生，幾乎每天都有實驗。材料力學創新實驗(疊梁實驗也經常開展)，設備利用率高。

為了確保實踐教學的正常進行，學校、中心建立和健全了一系列設備管理制度和措施。中心設有專門機構(設備管理組)，由中心副主任負責，對中心儀器設備的使用和維護情況進行定期檢查。中心采用儀器設備專人負責制，負責儀器設備日常使用保養、記錄設備使用狀態并及時報告儀器設備故障情況。設備維護維修費經費足額到位，專項管理。學校按中心設備總值3%下撥設備維護維修費，設立專項基金，按需使用，由實驗室建設與設備管理處管理。

7 結束語

幾十年來，福州大學力學教研組(課程組)在教學嚴謹性和學生的教育質量方面為國內同行所贊許，2003年工程力學課程被評為省級精品課程，是福州大學首批精品課程之一；2007年力學實驗教學中心被評為福建省省級實驗教學示范中心,是福建省惟一的力學省精品課程和省示范中心。在實踐教學改革方面,通過實施開放式實驗模式,實現了課內和課外相結合,教師指導和學生自主性學習相結合,教學和學生的科學研究相結合,從而調動了學生學習的積極性和創造性,激發了學生的創新思維。力學實踐中心開展的創新實驗提高了學生的創新能力和工程建模能力。每名學生在創新實驗后均寫出2000字以上的小論文。通過求解器的使用,掌握了建模的基本方法和工程思維能力,使學生具備了4個方面的能力，即對復雜工程對象正確建立力學模型的能力；對這些力學模型進行力學分析的能力；力學的基本概念判斷分析結果正確與否的能力；對工程結構進行力學建模和創新的思維能力。

為進一步提高實踐教學水平和教學質量，中心將立足于地方，放眼全國，與時俱進，不斷發展，逐步成為在國內具有廣泛輻射和示范作用的、辦學水平與國內知名大學接軌的綜合型實踐教學基地、省內高校相關專業資源共享的基地。計劃在以下幾方面加強建設：(1)中心將多渠道籌措資金加強硬件建設；(2)進一步完善教學體系，堅持實踐教學改革；(3)加強師資隊伍、管理隊伍的建設；(4)進一步完善網絡化教學環境。

[1]艾薇，侯作富，周思柱.理論力學課程教學的現狀與教學改革的探索[J].力學與實踐，2009，31(5)：75～77

[2]喬雅敏.材料力學精品課的建設與實踐[J].交通科技與經濟，2008，46(2)：127～128

Abstract: Engineering mechanics is one of the most important technical basic courses. Practical teaching plays an important role to undergraduates in cultivating the abilities of scientific research and solving engineering problems.Under the direction of new teaching idea, i.e., centering on undergraduates, strengthening consciousness of engineering and educating new type of professionals, innovations about management system and practical teaching system are conducted by the mechanical experimental centre of Fuzhou university. The centre was awarded as one of the experimental teaching demonstration centers in Fujian colleges and universities. This paper elaborates the development courses of the practical teaching in engineering mechanics, from the teaching idea, teaching project, course exploitation, teaching environments, teaching management and equipment applications.

Key words: engineering mechanics; teaching innovation; practical teaching

Practical teaching in engineering mechanics course

Luo Weilin, Yang Xiaoxiang
Fuzhou university, Fuzhou, 350108, China

2010-12-20

羅偉林，博士，講師。楊曉翔，博士，教授。