面向卓越工程師培養的工 程力學實驗教學改革與實踐

沈超明 宋向榮 汪雅棋 鄧小青

1 江蘇科技大學船舶與海洋工程學院 江蘇 鎮江 212003 2 江蘇科技大學教務處 江蘇鎮江 21 2003

面向卓越工程師培養的工 程力學實驗教學改革與實踐

沈超明1宋向榮1汪雅棋1鄧小青2

1 江蘇科技大學船舶與海洋工程學院 江蘇 鎮江 212003 2 江蘇科技大學教務處 江蘇鎮江 21 2003

從培養卓越工程師的需要出發，構建新的工程力學實 驗教學體系，并從評價模 式、教學理念、裝備建設和師資建設等方面進行探索和實踐，總結 增強工程力學實驗教學效果的具體措施和經驗。

卓越工程師；工程力學實驗；裝備建設；師資建設

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.12.120

*江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（無編號項目），江蘇科技大學教改項目（編號：101040126）。

作者：沈超明，本科，實驗師，主要從事實驗力學及工程測試技術的研究。

卓越工程師教育培養 計劃是一項面向高等工程教育的重大教改項目，要順利推進該項目，就必須構建教學質量保障和評價的新體系[1]。實驗教學是教學體系中的重要一環，它可以幫助學生理解和鞏固理論知識，培養學生的實踐能力、創新能力以及實事求是的工作作風，這些正是卓越工程師所必需的基本素養。基礎力學的實驗教學涉及的工科專業多，影響面也較廣，其重要性是顯而易見的。但與此不相協調的現實是目前基礎力學的實驗教學在很多高校并未得到足夠的重視，主要表現為：實驗教學長期處于從屬地位，教學內容以驗證理論課的基本知識點為主，陳舊而缺乏更新，且教學手段單一；不能為學生創造獨立思考和動手實踐的空間等；在教學模式上往往是教師機械地灌輸實驗內容，學生被動地接受學習，依葫蘆畫瓢，這樣根本不能激發學生獲取知識的強烈愿望，極易造成學生的思維局限 性和心理惰性，難以滿足對學生進行工程實踐能力訓練的需要[2]。

上述弊病直接導致學生對實驗興趣索然，甚至敷衍了事，教學效果根本無從保障。在國家大力推進卓越工程師教育培養計劃的背景下，筆者所在學校有多個專業被列入培養計劃。為使基礎力學的實驗教學取得較好的教學效果，更好地培養學生的創新能力和工程實踐能力，將原有的基礎力學實驗整合成一門工程力學實驗課程，建立新的教學體系，同時從評價模式、裝備建設、師資建設等方面做了一些有益的探索和實踐。

1 重構教學體系 培養創新能力

1.1 實驗獨立設課，拓展教學自主權和改革空間

要構建培養創新人才的教學體系，實驗教學環節要盡可能地獨立開設實驗課[3]。實驗獨立設課，不僅有利于實驗教學的改革，還可以提高實驗教學的地位，便于對實驗進行科學管理，有利于實驗室對學生開放，提高學生的重視程度[4]。為此，對理論力學和材料力學的課內實驗內容進行整合和擴充，開設工程力學實驗課程。圍繞如何適應創新人才培養的需要，遵循既與理論教學緊密結合，又相對獨立的原則重新構建工程力學實驗教學體系；并將實驗課程安排在材料力學課程之后，教學內容上以理論課所授知識為基礎，在保障基本實驗的同時，著力更新和開發提高型、研究型實驗項目。

工程力學實驗獨立設課后，明確了該課程在卓越工程師培養體系中的任務和作用，也在教學內容的安排和組織運行模式方面有了更大的自主權；同時，實驗學時也大大增加，這為改造傳統實驗、增加新實驗提供了良好的條件；此外，由于實驗課程與學分掛鉤，學生也更加重視。近年的實踐證明，獨立設課對增強工程力學實驗的教學效果起到很好的支撐作用。

1.2 設置選修實驗項目，促進實驗項目更新和學生創新能力的培養

基于近年來基礎力學課程學時大幅減少的現實，在工程力學實驗中安排了2學時的選修實驗。針對這2學時的選修實驗，開設13個實驗項目供學生根據自身情況進行自由選擇。這些實驗項目有的來自科研或教研項目，有的來自工程實踐，但都和基本的力學知識點緊密相關，如復雜零件的轉動慣量測試、焊縫殘余應力測試、基于振動法的索力測試等，學生可以根據自己的興趣選修其一。這種課內的選修實驗雖然學時占比小，但對促進學生的學習積極性和培養其創新精神有著很大作用，它擴大了學生學習的自主權，提升了他們的學習主動性，既能幫助他們鞏固力學知識和實驗技能，又能拓展其視野，激發其動手實踐的興趣和創新思維。同時再以這些課內選修實驗為基點，拓展開發出相關研究型的課外開放選修實驗項目，向學有余力或對力學問題興趣濃厚的學生開放，學生在完成實驗并通過考核后可獲得技術類選修課學分。這類選修實驗對學生的創新能力和實踐能力培養產生巨大的促進作用。

此外，課內選修實驗項目很好地解決了實驗項目更新和相對固定的教學時數之間的矛盾。在保留必要的基礎實驗和經典的提高型實驗的基礎上，通過設置選修實驗項目，使得實驗項目的開發和更新不必受課程學時的制約，能促進實驗項目的更新，而學生也獲得更大的自主空間。同時，將受學生歡迎且教學效果良好的選修實驗項目在適當的時候變更為必修實驗，而效果差的則予以淘汰。這種方式為實驗項目的更新提供了更大的空間，能切實保障實驗教學的質量，且效果顯著。

1.3 改革評價模式，挖掘學生的主觀能動性和創新潛力

科學的評價模式可以檢驗學生的學習情況，評價教學效果，同時也將影響學生的學習導向。此外，強化實踐教學環節考核，可以有效調動學生學習的積極性，使學生變被動學習為主動學習[5]。為此，將工程力學實驗的考核設計成“平時實驗、操作考核及期末筆試”三個部分，以加權求和的方式給出總評成績。平時實驗包含預習報告（方案設計）、實驗操作和實驗報告等，占總成績的50%；實驗操作考核的內容從提高型實驗中選取，占20%；期末筆試則以實驗基本原理和實驗方案設計為主要內容，占總成績的30%。這種評價模式既能反映學生的平時實驗情況，又能考查其對知識點的掌握情況及綜合運用知識的能力；不僅有利于引導學生認真對待每一個實驗，更利于培養學生的綜合能力。

在此基礎上，嘗試將筆試環節改為課程論文的撰寫和知識點的面考。教師給出論文指南，學生則可以在給定范圍內自由命題，并按照科技論文的規范寫作并提交論文。而把實驗相關的知識點放到操作考核環節以面對面提問的方式考核。從實踐結果看，操作考核中插入面對面的問答是可行的，可以較客觀地評價學生對實驗相關知識點的掌握情況；課程論文的情況則要復雜一些，分化較嚴重：約55%的學生能認真對待但論文質量一般，有約20%的學生能寫出自己的新觀點和新創意，內容包括實驗現象的再分析、實驗項目的改造、實驗裝置的改進、設計等，其中一些論文還變成了自命題課外開放選修實驗；而還有約25%的論文有不同程度的抄襲痕跡。通過嘗試得出結論：課程論文可以進一步激發學生的創造力，相對筆試也更受大多數學生歡迎；同時，通過論文撰寫，學生的文獻檢索、信息加工能力得到進一步提高，其科研能力也得到培養。筆者相信，經過日后不斷的摸索和改進，此種評價模式的優點將進一步顯現。

2 樹立生本理念，引導學生思考與實踐，實現教學相長

在實驗教學中，既要培養、鍛煉學生的能力，又要讓學生保持對實驗的濃厚興趣。這就要求明確教師與學生的關系，明確學生在學習中的主導地位。知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情景即社會文化的背景下，在獲取知識的過程中借助其他人（包括教師和學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式獲得[6]。所以應從以教為主向以學為主轉變，絕對摒棄灌輸式教學方式，而讓學生帶著問題去檢索查閱資料，發揮他們的主觀能動性和潛能，成為實驗的主人。教師要積極發揮指導作用，因勢利導，啟發學生思考與大膽實踐；當學生實驗不順利時，要科學分析，加強交流，幫助其找到問題的癥結，增強學生成功的信心，促使學生克服困難并最終獲得成功。這樣不但融洽了師生關系，調動學生的積極性，也使教師得到學習和進步，做到教學相長。

3 合理規劃裝備建設，改善實驗教學效果

加大對實驗教學設備的投入，降低實驗分組人數，是增加學生實踐機會的有效途徑,這對卓越工程師培養而言尤為重要；而現狀是在普通高等工科院校，教學設備不足、部分實驗設備陳舊是通病[7]，與之對應的是目前大部分高校在基礎力學裝備建設上的投入相對來說較少。這就要求基礎力學實驗室在裝備的投入上要科學規劃，兼顧科研教學的需要，優先解決基礎教學裝備的建設。特別是一些基礎的、小型的實驗裝置和設備，投入較少的經費就可以明顯提升實驗教學效果，筆者認為此類裝備應優先建設。

以矩形梁純彎曲實驗為例，以前實驗室只有10套實驗裝置能滿足該實驗的教學，實驗時每組學生數為2～3人；經過近兩年的建設，現有同類實驗裝置40套，實現了一人一組；學生單獨實驗，獨立分析和總結實驗現象和規律，大大增加了學生的實踐機會，培養了他們的動手能力，同時有效遏制同組學生間的實驗報告抄襲現象，增強了實驗教學效果。此外，還應重視自制實驗設備的工作，利用自制儀器設備的專業性、直觀性、超前性、及時性等特點[8]，開發更多的實驗項目來充實實驗教學內容，促進實驗項目的改進和更新，同時也讓教師在設備開發中得到鍛煉，提升業務水平。

4 重新闡釋實驗教師的定義，形成提高實驗教學質量的中堅力量

實驗隊伍的穩定與提高是保證實驗教學質量和實驗室建設水平的關鍵[9]，所以必須抓好實驗教師隊伍的建設。但當前很多高校實驗師資隊伍存在較大問題：實驗師資隊伍的總量不足，實驗師資隊伍人員構成和結構不合理，實驗師資隊伍整體素質不高，實驗師資隊伍不穩定[10]，等等。筆者所在學校從體制和氛圍上給予實驗教師和理論課教師同等地位，在待遇、課題申報、評獎評優等方面一視同仁，激勵和增強實驗教師的工作積極性和責任心，對實驗教師隊伍的建設給予有力支持。

在學校的制度框架下，筆者所在工程力學實驗室的一些做法對促進實驗師資隊伍建設也起到很好的效果，具體有：1）積極引進碩士以上學歷的人員充實到專職實驗教師隊伍中，同時鼓勵在崗的實驗教師通過各種方式進修，提高學歷層次；2）做好培訓和交流計劃，以輪流的方式保證每個實驗教師每年都有參加培訓或學術交流的機會；3）在與其他教師聯合申報項目的基礎上，積極把需要實驗支撐的項目引進實驗室，給予實驗教師更多參與科研課題的機會，不斷提高其業務素質；4）打破理論課教師和實驗教師的傳統分工模式，建立理論課教師參與實驗教學和實驗室建設工作，實驗教師承擔一定的理論授課任務的制度，兩者在分工上既 有側重又相互交叉，相輔相成；5）將在讀研 究生引入實驗室，以助管身份來參與實驗教學和管理的輔助性工作，并給予津貼。通過這些措施，重新闡釋實驗教師的定義，優化實驗教師隊伍的結構，穩定了一支業務素質優良、充滿朝氣的實驗教師隊伍，使實驗室的各項工作能夠有條不紊地進行,也使實驗教學質量大大提高。

5 結語

工程力學實驗是一門培養學生實踐能力和創新能力的技術基礎課程，對造就高素質的理工科人才起著重要的支撐作用。在面向卓越工程師教育培養時，提高該實踐教學環節的教學質量有著積極的現實意義，同時也對教學理念、實驗教學體系、實驗指導教師的業務能力，以及實驗室的建設和管理水平提出新的挑戰。教學實踐表明，對工程力學實驗的教學改革是有效的，對提高實驗教學質量、培養學生的創新能力起到積極的作用。培養學生的實踐能力和創新能力是一個系統工程，在完善教學體系的基礎上必須切實增強實驗教學效果，做好與實驗教學相關的軟件和硬件的配套工作；同時這也是一個動態的改革過程，必須緊隨時代發展和人才培養的需要不斷推陳出新。

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[4]王運娣，李十寒.獨立開設電工實驗課的探索及構想[J].滄州師范專科學校學報,2004,20(1)∶45-46.

[5]宋朝暉,翟桂紅.加強實踐教學考核 增強學生動手能力[J].陜西師范大學學報∶哲學社會科學版,2007,36(S1)∶157-159.

[6]周明俠.面向問題的小組課題工作∶一種以學生為中心的教學模式[J].現代大學教育,2004(5)∶95-98.

[7]孫洪軍,趙麗紅.材料力學實驗教學模式的研究與探索[J].遼寧工業大學學報∶社會科學版,2010,12(4)∶139-140.

[8]應安明,王桂玲,劉桂濤.自制實驗儀器設備在教學中的使用[J].實驗室研究與探索,2003,22(1)∶20-21.

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[10]莫惠林,楊近.技術應用型人才培養中的實驗師資隊伍建設[J].中國高教研究,2009(11)∶67-68.

Teaching Reform and Practice on Engineering Mechanics Experiment of Outstanding Engineers’Cultivation

Shen Chaoming, Song Xiangrong, Wang Yaqi, Deng Xiaoqing

Aim at the needs of outstanding engineers’ cultivation, the new teaching system of engineering mechanics experiment is proposed. And the evaluation mode, teaching philosophy,equipment construction and construction of teach ing staff are explored and practiced. Then some specific measures and experience to improve the teaching effectiveness of engineering mechanics experimental teaching are summarized.

outstanding engineers; engineering mechanics experiment; equipment construction;construction of teachin g staff

G642.423

B

1671-489X(2013)12-0120-03