中山大學力學實驗教學示范中心建設研究與實踐

劉玉嵐，詹杰民，黃建亮，許 澤

（中山大學 航空航天學院 應用力學與工程系，廣東 廣州 510006）

力學屬于技術科學或工程科學，力學教育是高等工程教育的重要組成部分[1]。但我國的力學教育一直存在“重理論學習，輕實驗探索”的問題。近年來，各高校逐漸意識到實驗教學對力學專業學生培養的重要性，大量力學實驗教學中心相繼建立[2-6]。

我校力學專業創辦于1958年，有著優良的辦學傳統，是全國創辦較早的幾個力學專業之一。經過 60余年的發展，在非線性動力學、水動力學及工程、結構安全與防護等學科方向實力突出、特色鮮明[7]。近年來，學院通過整合、研制各類實驗教學設備，開發適應新世紀工程類人才培養的實驗項目，依托應用力學與工程系，組建了力學實驗教學中心。經過不懈努力，建立起較為完善的實驗教學體系。2013年，力學實驗教學中心獲得廣東省實驗教學示范中心建設立項，并于2017年達到項目建設預期目標，完成省級驗收認定。

1 力學實驗教學中心定位及建設思路

1.1 發展定位

如何在實驗教學方面實施以能力培養為核心的教學改革，是高等教育工作者應該認真思考的問題[8]。力學實驗教學中心（以下簡稱中心）將“以提高教學質量為目標，培養創新能力為核心，著重培養具有國際視野、厚基礎、強實踐的創新型人才”作為教學理念，將實驗教學質量提高、實驗室軟硬件環境建設、力學學科科研以及師資隊伍發展結合起來，構建一個支撐本科教學、具有較高創新能力、系統完善、應用領域廣泛、適應基礎研究及面向工程技術應用的綜合型、復合型教學實驗平臺。

1.2 建設思路

以教育部實驗室建設及實驗教學改革相關精神為指導，整合現有實驗教學資源，研發適合新時代力學實驗教育的儀器設備，構建一個將科研與教學相結合的綜合型力學實驗教學中心。

中心設置的相關實驗課程體系以培養學生理論聯系實際和創新動手能力為目標，采用現場教學、線上教學、比賽教學等多種教學方式，提高學生參與度及學習興趣。多種教學方式相結合，讓學生感受到力學之美，為培養其創新能力打下良好基礎。

2 力學實驗教學中心建設內容

2.1 完善現有特色實踐課程內容和實驗教學體系，提高實驗教學質量水平

當今世界，技術發展日新月異，如何培養創新型人才是力學專業乃至整個科學界、教育界的難題。近年來，力學界的許多學者紛紛對培養創新型人才問題進行探討。但討論多圍繞理論教學[9]，對實驗教學關注不夠。我中心的做法是，在現有理論教學基礎上，大力開發新型實驗課程，提高學生實踐創新能力。

（1）建設具有工科特色的實驗實踐教學課程，構建科學合理的專業基礎課和實踐活動課，不斷將科研成果轉化為實驗教學資源。通過修訂本科生課程培養方案，不斷完善已有的“工程力學實驗”“流體力學實驗”等實驗類課程教學內容，增設“結構設計與實踐”[10-12]等具有較強創新性的實驗類課程。同時增加實習實踐課時數，通過與廣州地區多家大中型設計單位及行業企業建立良好合作關系，為學生提供實習場所。修訂后的培養方案中，力學專業必修的實驗、實踐教學學分占到總學分的 24.7%，學生實踐能力培養得到應有重視。

（2）開發、研制反映現代實驗技術、具有廣泛工程意義的前沿性實驗，發揮示范輻射作用，將力學實驗教學中心資源向社會開放。每2年舉辦一次的“全國周培源大學生力學競賽團體賽”，旨在促進高等學校力學基礎課程改革，提高學生學習基礎力學興趣。中心將每屆團體賽題目作為培養學生實踐操作能力的課外實驗項目。這些題目具有一定的實際應用背景及力學趣味性和創新性，且難易程度及工作量適中。通過這些實驗，學生解決問題的能力得到鍛煉，創新能力得到提高。課程結束后的學生反饋調查顯示，這種作法受到學生的普遍贊同和歡迎。中心的資源在供力學專業及全校師生共享的同時，也對社會開放。除接待國內外院校來訪參觀外，還積極接納外校學生和社會人員進行實驗訓練。中心各實驗室常年開放，教學儀器設備使用效率較高。

（3）支持一批精品或重點課程建設，并在此基礎上完善實踐教學創新體系，提高實驗教學質量水平。中心全力支持教師優化升級課程、教材。目前，“理論力學”課程已通過省級精品資源共享課項目驗收，并獲得綜合評定A級。同時，中心結合近年來的各類實驗教學資源，編寫了《Mathcad與實驗流體力學》《材料與工程力學實驗指導書》等多本實驗類教材，部分教材已正式出版[13]，供學生在實驗教學中使用。

2.2 提升實驗軟硬件和環境建設，增強開放實驗平臺服務能力

工欲善其事，必先利其器。良好的實驗軟硬件設備及實驗環境是保證實驗教學高效有序進行的必要條件，也是增強實驗平臺服務能力的前提。

中心重新規劃和調整了教學設備布置，旨在提高教學實驗室的空間利用率。力學性能實驗室、工程力學實驗室、流體力學實驗室、船池實驗室等共新引進設備136臺套，旨在減少學生實驗輪候次數，增加學生操作練習時間。

此外，建設、完善開放式實驗教學，使學生自主實驗的開放程度達到30%以上。發揮輻射作用，采取“走出去，請進來”方式，完善實踐教學體系。將實驗室作為第二課堂的實驗基地，將科研成果不斷轉化為實驗教學資源，拓寬學生視野。

2.3 建設實驗教師及工程技術隊伍，培養能將科研、教學緊密結合的人才

中心教學隊伍由實驗教師和實驗技術人員組成，采用固定編制、流動編制及聘用制相結合的方式。各實驗課程負責人基本由具有博士學位且經歷豐富的教師擔任，實驗指導教師由熱心力學實驗教學的年輕教師擔任，是一支高素質的師資隊伍。

鼓勵實驗教師按照課程或興趣組織教學團隊，旨在通過團隊建設，進一步優化課程的教學內容、教學方法和組織形式，加強教學資源的整合利用，促進教學研討和教學經驗交流，推進教學隊伍的傳、幫、帶及老中青結合，培養和凝練教學特色，提高教師教學水平和課程建設質量。

2.4 規范實驗室管理制度和運行機制

合理的管理運行制度能夠保障教學的有序穩定運行。目前中心建立了完整的管理規章制度和教學管理體系。在國家、廣東省、學校和院系有關實驗室管理規章制度基礎上，結合自身實際情況，制定了一系列管理辦法，使實驗室的各項日常工作有章可循。

3 力學實驗教學中心成果

3.1 實驗教學成果

中心自主開發了7項“工程設計綜合類實驗”，并自制了14套相應的實驗設備，設計了3項新的流體力學實驗教學實驗儀器平臺及5項創新性實驗，如：自制半圓拱實驗臺、自制非對稱彎曲變形測定儀、自制小型波浪實驗水槽、3D打印的底層結構模型風洞實驗等。

3.2 實驗教學隊伍建設成果

經過多年的建設完善，中心現已初具規模，在承擔和配合力學專業本科實驗教學中發揮了重要作用。目前，實驗教學隊伍由專職實驗教學教師、實驗技術人員和兼職教師組成，形成了結構合理、穩定高效的實驗教學隊伍。

3.3 實驗教學網站建設成果

中心網站于2013年示范中心建設初期開始建設，網站內容豐富，包括中心介紹、規章制度、師資力量、實驗教學、儀器設備、學生風采等板塊。

3.4 輻射推廣成果

中心現有條件和環境為本院學生提供了科研創新的平臺，如為大學生創新創業大賽和研究生創新研究提供支持，同時輔導學生參加國內外結構設計制作類大賽[14]，并主辦“紙橋大賽”“意粉橋大賽”等一系列第二課堂活動，還吸引和組織了其他高校及專業學生的積極參與。

4 結語

中心經過多年發展，已建設成為省級實驗教學示范中心。現有的建設成果能夠滿足力學專業及相關學院開展實驗類教學的需求。今后中心將繼續堅持注重綜合素質和創新能力培養原則，結合工程技術特點及高等教育發展規律，充分運用現代教育技術和手段，建設若干具有工科特色、水平先進、效果顯著的本科實驗實踐精品課程，爭取早日將中心建設成國家級實驗教學示范中心。