建設高水平實驗室 培養高水平人才—訪哈爾濱工業大學力學實驗教學中心主任孫毅教授

□本刊記者 安 健 張 鵬

建設高水平實驗室 培養高水平人才—訪哈爾濱工業大學力學實驗教學中心主任孫毅教授

□本刊記者 安 健 張 鵬

哈爾濱工業大學力學實驗教學中心主任孫毅簡介

孫毅，1982年畢業于哈爾濱工業大學基礎部工程力學專業，1989年在哈工大獲得工學博士學位，1989～1991年在法國電力公司研究與發展部力學與管道工藝研究所做博士后研究工作。1995年評為教授，1997年評為博士生導師。現任哈爾濱工業大學航天科學與力學系主任、國家工科力學基礎課程教學基地負責人，教育部基礎力學教學指導委員會委員，教育部國家級實驗教學示范中心聯席工作委員會力學學科組組長，哈爾濱市專家咨詢顧問委員會委員。先后獲得國家教學名師獎、國防科學技術進步獎、黑龍江省青年科技獎、國防科工委優秀教師和黑龍江省杰出青年基金等獎勵與榮譽。

孫毅同志自1992年回國后一直工作在教學、科研第一線，年均授課時數超過150學時，其中一半為本科生基礎課。同時，作為項目負責人，先后主持了國家“九五”重點項目“力學系列課程改革”和“國家工科基礎課程教學基地建設項目”的工作；主持和完成了黑龍江省新世紀教學改革工程項目“基礎力學創新實驗教學體系研究”；與清華大學、上海交通大學等校合作，完成了教育部“十五”規劃項目“基礎力學實驗教學示范中心標準研究”；承擔了理論力學國家精品課程和全國百部精品教材的建設工作；先后獲得省教學成果一等獎6項，二等獎2項。同時作為項目負責人先后承擔了20余項國家和省部級科研項目的研究工作，發表論文100余篇，其中半數以上被SCI、EI收錄。

問：自2005年教育部啟動“高等學校實驗教學示范中心建設和評審工作”以來，哈爾濱工業大學在國家級示范中心建設中的指導思想是什么，采取哪些措施加強力學實驗教學中心建設？

答：2006年12月，中心被評為國家級力學實驗教學示范中心以來，得到了學校的大力支持。學校結合教育部關于國家實驗教學示范中心建設工作的有關要求，于2007年制定了包括配套經費、人員聘崗、實驗教學用房等方面的相關措施與支持條件，保證教學中心的建設工作順利開展。確立了“實驗室是教學、科研的基地，是培養創新人才的實踐課堂，是宣傳學校以及向社會開放的窗口。實驗教學對學生綜合素質的提高，特別是培養學生的創新思維和創新能力，具有不可替代的獨特作用。一流的大學不僅要以高水平的教師隊伍為依托，更需要有高素質、高水平、穩定的實驗教學隊伍作支撐。要提高教學水平、產生高新科研成果、培養高水平的人才，就必須要有高水平的實驗室，其中實驗教學隊伍的建設是高水平實驗室建設與發展的關鍵因素之一”的指導思想。

值得突出強調的是，學校在正高職名額緊張的情況下，設立實驗教學系列職稱單獨評定政策，有力地促進了實驗教學中心師資隊伍的建設工作，為中心工作的開展創造了有利條件。到2010年底，我中心已有3名教師被評為教授級高級工程師。此外對實驗教師的在崗培訓也進一步重視，使得中心實驗教師的業務水平和學歷水平得到進一步提升。

在實驗室建設方面，自2009年學校在“211工程”三期、“985”三期及二期尾款、國防特色學科建設、實驗創新平臺等建設項目中，大力支持力學實驗教學示范中心建設，總投資達800多萬元。

問：隨著教育改革的不斷深化，各高校自制了許多儀器設備用于培養學生的實踐能力和創新思維，您能向我們推薦2～3件貴中心自制的儀器設備，并簡要介紹其在教育教學及人才培養中發揮的作用嗎？

答：1.壓桿臨界載荷測量系統

該系統是我中心建設的一項重要的標志性成果，它采用振動方法解決航天工程中壓桿穩定臨界載荷的無損測量問題(如圖1所示)。這一實驗設計將理論力學和材料力學課程知識相融合。設計的裝置不僅在壓力狀態下實現臨界壓力確定，還能在拉力狀態下實現臨界壓力確定，已獲國家發明專利。其特色為：(1)該實驗裝置具有機動、手動2種加載方式，其中加載手輪同時可以充當判斷機動加載時電機轉向、快慢的標志，便于操作。(2)無級調速控制系統和滾珠絲杠進給系統，能保證該裝置在額定最低進給速度0.05mm/min時，無爬行現象。(3)測力儀的載荷測量誤差小于0.1%FS。(4)僅用一個傳感器即可完成撓度與振動信號的無接觸測量；信噪比高，保證了信號分析的質量。(5)具有拉壓兩用的多種約束結構，完成在軸向拉伸狀態下對細長受壓桿臨界載荷測量。

圖1 振動法測量壓桿臨界載荷

該實驗實現了課程間的融會貫通。該實驗的設立提高了學生對所學知識的理解深度及綜合運用能力，為學生獨立思考和綜合應用所學力學知識創造了條件。

2.動靜荷載測量實驗教學裝置

動靜荷載測量的實驗教學裝置(如圖2所示)是在研究人員3項專利基礎上設計開發的，該實驗系統巧妙利用材料力學電測法的基本原理與方法，實現對車輛在不斷軌的條件下進行動靜載荷測量，是具有很強工程應用背景的綜合實驗。本實驗的傳感裝置是通過在梁的無支撐段底面上，按特定分布的點上貼應變片，梁底面上的應變片接成特殊的電橋，當行進中的小車通過或靜止在測量區時，稱重梁將力信號轉變為電信號，通過屏蔽線傳送給動態應變儀及A/D轉換系統，并由計算機對數據進行后處理，從而得出稱重結果。

該傳感區域設計的特點是：荷重測量結果只和傳感區域內的載荷有關。因此，測量區外的載荷無論怎樣增加或減少(包括改變支撐個數)；還是移遠或移近，都不會改變稱量的結果，從而實現在連續梁上動、靜載荷的測量。

3.NC-50型扭矩儀

由中心自主研制的NC-50型扭矩儀(如圖3所示)，于2008年7月通過學校專家鑒定，具有結構簡單、整機體積小、造價便宜、操作簡便、使用可靠、測試試樣尺寸小，實驗成本低、測量精度高并融合現代測試技術等特點，適用于開放式實驗教學。該設備用于我校本科生教學實驗，取得非常好的效果，被遼寧工程技術大學實驗室建設所采用。

圖2 動靜荷載測量實驗教學裝置

圖3 NC-50型扭矩儀

問：儀器設備使用率低是各實驗室共同面臨的一個突出問題，請問哈爾濱工業大學力學實驗教學示范中心在維持儀器設備正常運營為教學及科研提供優質服務采取了哪些有力措施？

答：1.在教學方面，為提高儀器設備使用率，中心所有教學實驗采用網上預約的方式進行，學生每組最多2人，教師采用值班制。這樣，雖然教師工作量大幅度增加，但儀器設備的使用率和房間空置率明顯減少。同時也在辦學經費緊張，不能增加儀器設備臺套數的情況下，最大限度地滿足了實驗教學的基本要求。該方式突出地體現在材料性能測試實驗上，每年到我中心進行金屬材料拉伸與壓縮實驗的學生大約在2000人左右，而每次最多只能來12人，有時只有幾個人，通過網上預約和教師值班制度的實施，很好地滿足了學生的教學實驗需求。

2.在科研方面，我校建立的大型儀器設備公用平臺及中心的網站上，提供中心的儀器設備基本情況和功能，制定合理的使用標準，供校內外科研人員進行科研實驗。

3.通過對本系教師減免收費等措施的實施，鼓勵本系教師和研究生開展科研實驗，以提高設備使用率。

問：每個國家級“實驗教學示范中心”都有自己的特色，哈爾濱工業大學力學實驗教學示范中心作為本學科的組長單位其特色更加顯著，您能簡要為我們介紹一下貴中心的突出特色嗎？

答：1.以人才培養為根本，改革實驗教學體系與內容，在“面向21世紀力學系列課程改革”項目工作的基礎上，建設了具有哈工大特色的力學創新實驗教學體系，重點突出不同課程、不同層次實驗教學內容的交叉聯系，在實驗教學中實現多門基礎力學課程的融會貫通。

2.依托哈工大力學學科的國防與航天特色，利用科研成果研制開發具有較高水準、融合多門基礎力學課程內容的綜合性、研究性實驗，形成了高起點、實踐性與設計性強、突出綜合能力與創新能力培養的實驗教學體系，為培養學生的綜合素質與創新能力提供了良好的平臺。

3.大力開展開放式實驗教學，增加實驗方案的自主性與設計性，加強對學生基礎理論、基本技能與綜合素質的全面培養和提高(如圖4所示)。

圖4 開放實驗

4.設立專職與兼職人員相結合的師資隊伍建設模式，充分發揮國家精品課程和國家教學名師的影響作用，促進實驗教學改革與課堂教學改革的融合，不斷推出高水平的實驗教學成果，立足邊陲、輻射全國，在力學實驗教學與改革領域起到示范作用。

問：自示范中心成立以來哈爾濱工業大學力學實驗教學示范中心在您的領導下取得了豐碩的建設成果，其中很多成果值得推廣與借鑒，您能給我們介紹貴中心近年來取得的一些較為突出的建設成果嗎？

答：結合力學實驗示范中心建設，本著“依托學科優勢，注重力學作為基礎科學與工程科學聯接橋梁的重要作用，在實驗教學中全面培養學生獨立思維和綜合解決問題能力”的指導思想，建設了具有哈工大特色的力學創新實驗教學體系；研制開發各類教學實驗項目34個，其中，利用科研成果開發較高水準的綜合性實驗項目5個、研究性實驗項目3個；建成9個開放實驗室；實驗改革成果獲省級教學成果一等獎3項、二等獎5項；獲國家發明專利5項；發表教學文章10篇；編寫實驗教材2本；獲全國大學生挑戰杯科技創新競賽一等獎1項，校本科生科技創新一等獎4項；提供給國內15所院校自制實驗教學設備93套。

本中心通過增加實驗方案的自主性與設計性，提高了學生應用理論知識的能力；通過創新實驗教學體系的建立，改變了實驗課被動附屬于理論課教學的狀況，突破了以往實驗教學內容單一、教學形式封閉的模式；通過較高水準的綜合性、研究性實驗的開發，解決了教學與工程實際相脫節的問題，使學生加深了對課程內容的理解、拓寬了思路、激發了進行創新思維的動力；通過優化教學資源，使課堂教學改革與實驗教學改革相互促進、協調發展。

編后語：哈爾濱工業大學力學實驗教學示范中心，在建設與評審過程中積累了大量成功經驗，成效顯著。其自制的儀器設備不僅使本中心實驗教學與人才培養如虎添翼，還為兄弟院校學生實踐能力提高做出了貢獻。在學校、院系和中心各級領導及教職工的共同努力下，中心于2006年被評為國家級力學實驗教學示范中心，對力學實驗教學中心建設做出了表率。在此，我刊祝愿哈爾濱工業大學力學實驗教學中心在孫毅主任領導下取得更大的成績，為高水平人才培養做出更多貢獻。