基于項目管理模式的材料力學實驗教學改革1)

王義平 于化龍 歷長云 姚彥博

(中國石油大學(北京)克拉瑪依校區工學院，新疆克拉瑪依834000)

材料力學是高校工科學生重要的專業基礎課[1]。實驗作為課程的重要組成部分，有助于學生對理論知識的理解和知識體系的構建，特別是對培養學生“理論與實踐相結合”的能力具有重要作用。國務院多部委曾聯合提出引導部分高校向應用技術型高校轉型的戰略部署，目的是培養既有創新理論知識，又有工程意識和實踐能力的應用型工程技術人才[2]。

項目管理，是以項目為對象的系統管理方法，通過一個臨時性的專門柔性組織，對項目進行高效率的計劃、組織、指導和控制，以實現項目全過程的動態管理和項目目標的綜合協調與優化[3]。當前，項目的概念已從“工程項目”擴展到更廣范圍[4]，一切皆項目。

1 材料力學實驗教學現狀

在應用型人才培養目標下，高校材料力學實驗教學普遍存在與培養要求不協調的問題，難以在能力培養和分析創造能力上有所進步[5-6]。主要存在以下問題。

(1)課時較少，實驗內容受限。我校區根據課程標準設置材料力學課內實驗4個(8學時)，主要為基礎型實驗(金屬拉伸、扭轉、沖擊、純彎曲梁正應力電測實驗)。由于實驗開設課時少，學生沒有機會接觸其他實驗，更談不上拓展實驗以及創新能力。

(2)教學模式固化，學生積極性差。受諸多限制，實驗授課通常采用“講解+操作+報告”方式，老師傳輸知識，學生被動接受，大部分學生都是一知半解，沒有進行深層次的思考，只是為了能在課堂時間內完成實驗內容，因此學生參與實驗的主動性和積極性差。

(3)實驗內容單一，與專業特色和工程實際結合較少。實驗內容主要為對應理論課程的演示性實驗，缺乏設計性、創新性實驗內容，且沒有與專業特色、工程實際相結合。各專業開設的實驗內容基本一致，每個實驗相對獨立，學生掌握知識零散孤立。當面對實際工程問題時，學生不知所措。

(4)實驗考核方法有待改進。以往的實驗考核主要是以學生提交的實驗報告為評定依據，造成學生“輕過程、重報告”的不良習慣，特別是動手能力較差的同學，通過拷貝報告來得到一個較高的分數，不利于學生動手實踐能力的培養。

(5)設備數量限制，教學組織欠合理。材料力學實驗為專業基礎實驗，開課專業多、人數多。我校區每年需給機械、過控、石油工程、油氣儲運專業約500人開設實驗課，而設備套數有限，以往實驗過程中5或6人一組，其中2或3人主要動手操作，其他人員只是記錄、分析數據或在旁邊觀看，不利于學生動手實踐能力的培養。

2 實驗教學改革與實踐

2.1 實驗教學項目管理流程

實驗教學的最終目標是要培養學生動手操作，動腦思考，分析、解決問題的應用能力。基于項目管理模式的實驗教學就是通過老師設置項目任務，學生組團以項目為中心、以任務為驅動、自主學習，解決項目問題而進行的教學活動。材料力學實驗教學項目管理流程如圖1所示。

圖1 實驗教學項目管理流程

(1)項目啟動階段：明確實驗目的和任務，組建實驗團隊、領取項目任務。

(2)規劃階段：根據實驗任務制定項目計劃，包括實驗項目范圍管理、實驗時間管理、實驗材料成本管理、實驗質量管理、實驗風險管理等。

(3)執行階段：團隊成員根據自己在實驗項目中所承擔的角色和分配的任務執行實驗，并加強溝通交流。

(4)監控階段：監控實驗項目的進展和實驗數據，及時修正和調整實驗項目計劃。

(5)收尾階段：完成實驗項目任務，分析總結，整理存儲項目相關資料。

2.2 采用項目管理后的成效

采用項目管理模式后，一個實驗即為一個項目。根據實驗項目所培養學生不同層次的能力，將實驗項目培養能力等級劃分為一級、二級、三級。基礎型實驗為一級能力實驗，作為其他實驗項目的學習基礎。該模式較原實驗教學的區別主要如下。

(1)適應工科專業各層次學生能力的培養，課程時間靈活。除拉伸、扭轉、彎曲、沖擊基礎型實驗項目外，實驗內容上增加了設計性、創新性、綜合性等的實驗項目。實驗學時根據項目完成難易程度設定，單個項目的實驗時間不超過4學時，我校以課外“開放性實驗”方式作為實驗學時的保障，學生預約開放性實驗，實驗時間更加靈活方便。

(2)以問題為向導，改變傳統“講解+操作+報告”的方式。課前錄制基礎型實驗視頻，將實驗設備操作方法、安全注意事項等制作成教學視頻發送至同學，課下提前學習，課上提問、考核，進行實驗；開放性實驗部分，學生根據實驗任務，自我提問、自我學習，利用線上、線下資源，查閱實驗項目相關資料設計、完成實驗；個別實驗項目還增加了有限元模擬仿真要求，學生自行學習相關軟件和理論完成要求。學生的學習深度和實驗主動性增強。

(3)從解決實際問題出發，實驗內容與專業特色、工程實際、大學生科技創新競賽相結合。我校為石油特色大學，實驗項目設置時綜合考慮了石油特色，涵蓋資源勘查、鉆采、石油上下游產品等內容。學生根據自身興趣和能力要求，自由組合選擇實驗項目，其中一級能力實驗項目必選，二級、三級能力實驗項目組合選擇。學生通過自行設計、協作完成實驗項目，不斷提高分析、解決問題的應用型能力。

(4)成績考核重點傾向學生實驗方案設計、操作技能，三級能力實驗項目增加了答辯考核形式，再綜合考勤、課下學習、實驗報告等情況進行考評。具體成績考核包含：實驗方案30%，實驗技能30%，實驗及數據處理20%，考勤5%，實驗報告15%(含答辯5%)。實現了實驗前、實驗中、實驗后的全過程控制。

(5)教學組織上采用團隊形式開展實驗，學生以2或3人自由組團完成實驗。小組長負責本組實驗總體安排，各組員根據項目任務進行角色分工，從而使每個同學都能積極、主動參與到實驗中。學生實現了從“個人到團隊”，從“被動到主動”實驗的轉變。

3 基于項目管理模式的教學案例

以調查一石油運輸管線點蝕穿孔原因項目為例。石油管線出現穿孔泄漏的危害性較大，在排查漏點更換失效管段后，需對管線失效原因進行調查。該項目為工程實際問題，為二級能力實驗項目。經初步分析，調查內容可能涉及材料力學性能、工程材料組織結構、化學組成成分等方面，是一項涉及不同工作團隊，需將各方面工作有機協調配合的綜合型項目管理工作。

基于項目管理模式的實驗教學具體實施步驟如下。(1)確定項目任務、定義項目范圍。老師確定該項目任務為調查石油運輸管線穿孔原因。因涉及內容廣，根據課程性質，該項目范圍定義為僅從材料力學性能方面調查管線穿孔原因。其他方面的調查工作也可定義為項目，此處不作研究。(2)組建團隊、任務分工。對項目感興趣的3名學生自由組合成團，從老師處領取項目任務，并根據任務進行角色分工。(3)制定項目計劃。項目組從任務出發，查閱《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》國家標準(GB/T 9711-2017)，了解管線材料L360相關技術指標，確定影響管線材料質量的關鍵參數和實驗質量控制方法，設計實驗方案。同時根據項目緊急程度，設定項目總時間和實驗時間，確定管線實驗試樣數和取材處，提出實驗可能存在的風險和解決辦法等。(4)執行項目。先對穿孔管線外觀、尺寸進行分析，截取管線穿孔附近試樣多組，根據實驗方案對試樣進行拉伸、沖擊等實驗。實驗過程中項目組成員間、與老師間充分溝通交流。(5)監控實驗數據和進度。仔細觀察試樣變形情況及材料拉伸、沖擊破壞特性，并將實驗數據與L360標準材料性能指標對比；根據階段性任務完成情況適當調整項目進度。實驗結果數據如表1和表2所示。(6)結束項目。項目組從材料力學角度對管線材料進行初步評價，從實驗數據來看，拉伸、沖擊實驗結果均滿足GB/T 9711-2017標準要求，說明管線材料力學性能方面符合要求。要全面分析點蝕穿孔原因，還需進一步結合管線化學成分、金相組織以及輸送介質等檢測結果。本課程項目完成后，對學生完成情況進行考核評價。

表1 拉伸實驗結果

表2 夏比沖擊實驗結果

教學過程中，老師起引導作用，學生自主設計、完成實驗，真正將所學知識應用于分析、解決工程實際問題。同學們在過程中發現問題、分析問題、解決問題，體會到實驗帶來的樂趣。

4 結語

采用項目管理模式對材料力學實驗教學改革實踐后，同學們反饋良好。學生根據自身情況組合選擇實驗項目，既符合教學總體安排，又綜合考慮了學生個體能力和興趣的差異性，實現了整體教學和個性化教學。此外，同學們在完成實驗過程中主動學習、團結協作、分析解決問題，并在過程中收獲了很多新技能和新能力。項目不在于大小，而在于過程中的能力培養。以項目管理模式來培養學生，這對學生今后更快更好地適應社會、適應工作崗位百利而無一害，也為高校實驗(實踐)改革提供了方法和參考。