力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與實(shí)踐

鄒廣平等

摘要：力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革應(yīng)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力作為力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的核心，以實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放為載體，采取構(gòu)建力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程群和建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等系列舉措，使得教學(xué)內(nèi)容層次化、考核模式個(gè)性化、教學(xué)手段與方法多樣化、科研成果教學(xué)化和開(kāi)放創(chuàng)新常態(tài)化，提升力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；實(shí)驗(yàn)；考核；科研成果

力學(xué)實(shí)驗(yàn)是理論的基礎(chǔ)，又促進(jìn)了理論的發(fā)展，這種理論和實(shí)驗(yàn)相互依存關(guān)系是大學(xué)生必須掌握的重要研究手段。把大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的核心，以實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放為載體，以力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程群建設(shè)為依托，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課考核模式，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段改革，達(dá)到教學(xué)內(nèi)容層次化、考核模式個(gè)性化、教學(xué)手段與方法多樣化、科研成果教學(xué)化和開(kāi)放創(chuàng)新常態(tài)化的目的，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

1 教學(xué)內(nèi)容層次化

力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容豐富，涉及知識(shí)面廣，每門(mén)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)都很少，學(xué)生不能全部領(lǐng)會(huì)和理解其深刻的內(nèi)涵。力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程群把多門(mén)單一的力學(xué)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行整合與優(yōu)化，構(gòu)建一個(gè)完整的力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系。力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程群不是簡(jiǎn)單的內(nèi)容疊加，而是根據(jù)各個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)行科學(xué)的構(gòu)建。主要解決的問(wèn)題是不同層次學(xué)生能夠享有更多的力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，開(kāi)闊學(xué)生實(shí)驗(yàn)，豐富學(xué)生力學(xué)知識(shí)。

2 考核模式個(gè)性化

五種個(gè)性化考核模式：第一種考核模式是面向大多數(shù)學(xué)生的考核方式：期末筆試加平時(shí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課堂表現(xiàn)的成績(jī)，意在鼓勵(lì)每個(gè)學(xué)生能認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)，掌握基本原理、方法和手段，主要針對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；第二種考核模式是面向少數(shù)動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能測(cè)試，意在提高學(xué)生動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，主要針對(duì)綜合型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)；第三種考核模式是利于虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行網(wǎng)上考核，這個(gè)考核難度比較大，面向部分優(yōu)秀學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，主要針對(duì)參與研究型和科研型實(shí)驗(yàn)的學(xué)生；第四種考核模式意在鼓勵(lì)學(xué)生上課認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)，提高課堂教學(xué)效果，對(duì)于平時(shí)成績(jī)（實(shí)驗(yàn)報(bào)告加平時(shí)成績(jī)總評(píng)）在優(yōu)秀以上的學(xué)生，可不參加任何考核，最后課程成績(jī)?cè)u(píng)定為良好；第五種考核模式為自主考核模式，是針對(duì)期末實(shí)驗(yàn)課成績(jī)低，想提高實(shí)驗(yàn)課成績(jī)的學(xué)生的考核，在每個(gè)學(xué)期的開(kāi)學(xué)初進(jìn)行。這種考試難度很大，需要學(xué)生認(rèn)真復(fù)習(xí)，反復(fù)研討，多次在模擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行集中考核，這個(gè)成績(jī)可以刷新實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)，以利于學(xué)生保研和提升班級(jí)（學(xué)年）綜合排名。

3 教學(xué)方法與手段多樣化

3.1 研討式教學(xué)方法

研討式教學(xué)方法主要針對(duì)研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，教師和學(xué)生相互融入，增強(qiáng)師生之間的學(xué)術(shù)溝通和交流，破除傳統(tǒng)教學(xué)模式對(duì)學(xué)生思維的束縛，營(yíng)造平等的研討式教學(xué)氛圍，學(xué)生能參與實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，這種模式也形成了學(xué)生之間的良性競(jìng)爭(zhēng)，學(xué)生參與意識(shí)明顯提升。這種方法能激勵(lì)學(xué)生不斷進(jìn)取，不斷創(chuàng)新。

3.2 啟發(fā)式與歸納式教學(xué)法

啟發(fā)式教學(xué)法是以教師引導(dǎo)和個(gè)別輔導(dǎo)為主，以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。教師引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題，查閱資料解決問(wèn)題，學(xué)生經(jīng)過(guò)大量的查閱材料，積累很多相關(guān)知識(shí)，使教學(xué)效果達(dá)到事半功倍的目的，克服了學(xué)生只模仿，不獨(dú)立思考的問(wèn)題。

歸納式教學(xué)法是通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生從零亂、復(fù)雜的現(xiàn)象中得出抽象的規(guī)律或原則的學(xué)習(xí)方法，歸納法有別于演繹法，學(xué)生有可能會(huì)耗費(fèi)一些時(shí)間，甚至?xí)咭恍澛罚∏∵@個(gè)過(guò)程可以使學(xué)生透徹理解所學(xué)的知識(shí)，做到學(xué)有所用。歸納法是一種探索式的學(xué)習(xí)方法，在力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中廣泛應(yīng)用。

3.3 基于問(wèn)題的教學(xué)法

在基于問(wèn)題的教學(xué)法中，教師設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)模擬性問(wèn)題，將學(xué)生的學(xué)習(xí)置于一系列復(fù)雜的、有意義的情境中，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)力，使得學(xué)生充分了解解決問(wèn)題的過(guò)程，從中獲取解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。在一些選擇性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，改變?cè)械慕虒W(xué)程序，教師先拋出要解決的問(wèn)題，請(qǐng)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生先要理清實(shí)驗(yàn)的思路，然后再思考如何實(shí)現(xiàn)，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)方案。

3.4 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)

虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軐?shí)驗(yàn)的基本原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和功能感官再現(xiàn)，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)原理的理解。學(xué)生能夠自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，反復(fù)調(diào)節(jié)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，解決了因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備和經(jīng)費(fèi)等客觀條件的制約。

4 科研成果教學(xué)化

教師的科研成果一般能代表本學(xué)科或領(lǐng)域的最新研究方向或發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)將這些科研成果在實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，引領(lǐng)學(xué)生了解掌握最新知識(shí)。結(jié)合為發(fā)電廠完成的風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，為學(xué)生設(shè)計(jì)了“葉片性能測(cè)試”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，結(jié)合為航天系統(tǒng)完成的復(fù)合材料研制項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了”粘彈性材料沖擊實(shí)驗(yàn)”，結(jié)合納米技術(shù)設(shè)計(jì)了“納米壓痕實(shí)驗(yàn)”。結(jié)合為中海油完成的緊固件連接的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了“壓環(huán)的性能測(cè)試”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。還有一些科研項(xiàng)目正在進(jìn)行簡(jiǎn)化和重構(gòu)，力爭(zhēng)轉(zhuǎn)化成教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

5 開(kāi)放創(chuàng)新常態(tài)化

5.1 建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新興趣、開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛質(zhì)、開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)和實(shí)施探究性實(shí)驗(yàn)搭建的平臺(tái)。創(chuàng)新研究小課題由學(xué)生自行設(shè)計(jì)，課題研究時(shí)間一般不超過(guò)一年，這些小課題可以是學(xué)生來(lái)自社會(huì)調(diào)查所獲得的信息或自己的設(shè)想，也可以是企業(yè)急須解決的生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題，還可以是教師課題的延伸。

5.2 成立興趣小組

以大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生力學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽和周培源力學(xué)競(jìng)賽為依托，以競(jìng)賽項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，成立興趣小組。構(gòu)建競(jìng)賽型的目標(biāo)模式，使得各級(jí)各類競(jìng)賽的選題演變成項(xiàng)目，合理地將項(xiàng)目與競(jìng)賽聯(lián)系起來(lái)。興趣小組有意識(shí)地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣，包括：探求未知的興趣、挑戰(zhàn)疑難的興趣，尋找方法的興趣等。

5.3 優(yōu)化科研講座平臺(tái)

講座是傳播知識(shí)的傳統(tǒng)途徑，一般由教師或?qū)＜疫M(jìn)行講授，繼續(xù)邀請(qǐng)相關(guān)教師進(jìn)行學(xué)科基礎(chǔ)講座，學(xué)科前沿探討等講座，重新開(kāi)辟了學(xué)生講座模式，以高年級(jí)學(xué)生（研究生）為主進(jìn)行講座、先后組織了獲得發(fā)明專利的學(xué)生進(jìn)行的講座、獲得國(guó)家大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的講座。這樣既可以鍛煉講座者的綜合能力，又可以使大多數(shù)學(xué)生在最短的時(shí)間內(nèi)獲取更多的知識(shí)。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，通過(guò)一系列力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提升了力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)水平，2010年、2011年和2012年力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程連續(xù)3年獲得哈爾濱工程大學(xué)示范實(shí)驗(yàn)課程，得到學(xué)校的重獎(jiǎng)，是學(xué)校唯一的連續(xù)3年獲得獎(jiǎng)勵(lì)的課程。力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程群的建設(shè)得到國(guó)內(nèi)同行的高度認(rèn)同，有關(guān)力學(xué)課程群建設(shè)的后續(xù)研究獲得2012年黑龍江省高等教育教學(xué)改革工程立項(xiàng)支持，相關(guān)成果多次在全國(guó)會(huì)議上交流，國(guó)內(nèi)多所高校同行到力學(xué)實(shí)驗(yàn)室調(diào)研。力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，全面提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力。我校學(xué)生在2013年周培源力學(xué)大賽個(gè)人賽中取得優(yōu)異成績(jī)，在2013年第九屆全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽團(tuán)體賽中再獲佳績(jī)。在第六屆全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽上，我校力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室教師指導(dǎo)的代表隊(duì)獲得二等獎(jiǎng)，總分排名第十一，在二等獎(jiǎng)中排名第一。

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編輯∕岳 鳳