力學基礎實驗獨立設課的教學模式研究

徐香新

一、引言

對于高等院校來說，力學課程是工科專業的基礎課程，同時也是主干課程。不同工科專業的學生需要學習不同的力學基礎課程[1][2]。一般而言，力學基礎課程包含以下三門課程：理論力學、材料力學和工程力學。理論力學主要是研究物體機械運動的基本規律[3]；材料力學主要研究材料在各種外力作用下產生的應變、應力、強度、剛度、穩定和導致各種材料破壞的極限[4]；而工程力學通常是由理論力學靜力學的部分和部分材料力學結合起來的[5]。三門課程均有相應的實驗內容，實驗課程的內容可以幫助學生更好地學習理論知識，增強動手能力。高質量的實驗教學是培養創新人才和實現素質教育的重要環節[6][7]，對提高力學基礎實驗教學水平具有重要作用，是目前高等院校不可忽視的一項重要任務。

二、力學基礎實驗教學現狀

目前，多數高校的力學基礎實驗都是與其相應的課程綁定在一起的，實驗內容為其課程組成部分，在考評的時候，實驗環節最終占其課程的一部分分數，通常實驗課程分數占比為10%～20%。實驗內容與其課程綁定，此種實驗教學模式實驗課程擁有班級統一、排課簡單、方便管理等優點，但是依然存在如下三點弊端。

（1）實驗教學環節重視度不夠。三門力學基礎課程都是理論性較強的課程，學生學習過程中通常都是重視理論學習，而輕視實驗訓練環節。將實驗內容與其相應的課程綁定在一起，實驗內容多數時間被學生看成是理論內容的附屬品。在多數學生眼中，即使實驗操作不夠熟練，實驗結果不夠精確，最多也僅是影響實驗環節分數，對最終整個課程分數的影響不大。此種教學模式下，實驗教學環節沒有與理論教學環節站在同一高度，實驗教學環節沒有得到足夠的重視。

（2）實驗學時不夠充足，實驗內容不夠豐富。由于力學基礎實驗是與其相應的課程綁定在一起，實驗學時也是相應占其課程學時，學時數量有限，實驗項目也相應有限。對于工程力學該問題顯得更為突出，工程力學課程內容是由理論力學與材料力學組成，理論性相對理論力學與材料力學較弱，整個課程學時相對偏少，實驗環節所占學時更少。而且受實驗學時所限，目前工程力學實驗僅選取部分材料力學中的實驗內容，相對缺少理論力學中的實驗內容。受實驗學時所限，力學基礎實驗內容不夠豐富。

（3）實驗設備使用率不夠優化。力學基礎實驗與其相應的課程綁定在一起，學生會根據理論進度選擇上實驗課的時間。一般來說，每個專業的學生都是跟隨自己班級去上課。專業不同，班級人數也不相同，熱門專業班級人數相對較多，普通專業人數相對較少，但每個實驗項目的實驗設備數量固定，實驗人數的差異經常出現實驗設備閑置或過度使用的現象。班級人數的差異導致實驗設備的使用率還未達到最優。

三、力學基礎實驗獨立設課的優勢

針對力學基礎實驗內容與其課程綁定的教學模式，本文提出了將力學基礎實驗課程獨立設課的教學模式。力學基礎實驗獨立設課的教學模式，并不是將三門力學基礎實驗內容都設立成三門實驗課程，而是將三門力學基礎實驗內容整合為一門實驗課程。獨立設課后的力學基礎實驗，相對上述弊端，擁有如下三點優勢。

（1）提升實驗教學的重要性。力學基礎實驗獨立設課后，最重要的作用就是提升實驗教學地位。力學基礎實驗獨立設課后，擁有獨立的學分。實驗教學內容不再僅僅是力學基礎課程的一部分組成內容，而是獨立的教學環節。擁有獨立的學分后，實驗教學與理論教學可以做到平起平坐，得到學生更加的重視。學生在實驗環節不過關，不再是僅影響理論課程分數，學生同樣面臨掛科的風險。實驗成績不合格，學生同樣需重修實驗課程。力學基礎實驗獨立設課后，提高學生對實驗內容的重視度，提升實驗教學環節的重要性。

（2）實驗學時充沛，實驗項目完善。獨立設課后的力學基礎實驗，擁有自己的學時，不再占用理論教學學時，學時充沛，可以進一步完善實驗項目。整合后的力學基礎實驗課程，包括理論力學、材料力學以及工程力學所有的實驗內容。而且力學基礎實驗獨立設課后，實驗課程以及實驗學時都具有可設計性，可以根據不同專業的需求安排不同學時長度的實驗，不會因盲目增加學時而導致學生任務量加重。實驗教師根據專業情況，指導學生選學實驗項目。

對于機械類以及土木類專業的學生來說，學生在力學基礎課中需要學習理論力學以及材料力學，實驗教師可以安排“長學型”的實驗課程，指導學生選學理論力學以及材料力學的實驗項目；對于冶金、成型等專業的學生來說，學生在力學基礎課中僅需學習工程力學，實驗教師可以安排“短學型”的實驗課程，指導學生選學相對簡單的實驗內容，學生也可以根據自身情況，選學理論力學以及材料力學中高階的實驗內容。獨立設課后的力學基礎實驗，學時量增加，實驗項目完善，而且具有可設計性，極大地提高了實驗教學質量。

（3）實驗設備使用率達到最優。力學基礎實驗獨立設課后，實驗教師再安排實驗課程時，可以不再拘泥原有班級，可根據實驗項目情況、實驗設備數量安排實驗課程人數。實驗課程安排更加靈活，保證每次實驗課程，不再出現實驗設備閑置或者實驗設備過度使用等情況，確保每次實驗課程中，實驗設備均能在最佳的使用人數下進行，優化實驗設備使用率。

四、結語

力學基礎課程是工科專業的學生必修的專業基礎課程，力學基礎實驗是理論聯系實際的重要橋梁，高質量的力學基礎實驗教學可以為工科專業學生學習后續專業課程提供幫助。力學基礎實驗內容整合獨立設課后，具有提升實驗教學的重要性、增加實驗學時量以及優化實驗設備使用率等優點。力學基礎實驗獨立設課的教學模式，可以更好地幫助學生學習力學基礎理論，增強學生解決實際工程問題的能力，實現綜合素質人才培養。

參考文獻：

[1]鄧宗白，周克印，陳建平，等.基礎力學實驗教學改革[J].中國大學教學，2005（5）：33-34.

[2]鄒廣平，夏興有，張學義.材料力學實驗教學改革的實踐和探索[J].實驗技術與管理，2007（10）：317-319.

[3]哈爾濱工業大學理論力學教研室.理論力學（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2017.

[4]劉鴻文.材料力學（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2015.

[5]北京科技大學，東北大學.工程力學（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[6]王彥生，侯中華，郭香平.創建工程力學實驗教學示范中心 培養創新型人才[J].實驗室研究與探索，2010（8）：75-77.

[7]王建祥，蘇 枋，葛倚汀.工程力學實驗教學的改革與探索[J].實驗技術與管理，2010（1）：130-133.