面向卓越工程師培養(yǎng)的工 程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

沈超明 宋向榮 汪雅棋 鄧小青

1 江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212003 2 江蘇科技大學(xué)教務(wù)處 江蘇鎮(zhèn)江 21 2003

面向卓越工程師培養(yǎng)的工 程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

沈超明1宋向榮1汪雅棋1鄧小青2

1 江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212003 2 江蘇科技大學(xué)教務(wù)處 江蘇鎮(zhèn)江 21 2003

從培養(yǎng)卓越工程師的需要出發(fā)，構(gòu)建新的工程力學(xué)實(shí) 驗(yàn)教學(xué)體系，并從評價模 式、教學(xué)理念、裝備建設(shè)和師資建設(shè)等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐，總結(jié) 增強(qiáng)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的具體措施和經(jīng)驗(yàn)。

卓越工程師；工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)；裝備建設(shè)；師資建設(shè)

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

*江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（無編號項(xiàng)目），江蘇科技大學(xué)教改項(xiàng)目（編號：101040126）。

作者：沈超明，本科，實(shí)驗(yàn)師，主要從事實(shí)驗(yàn)力學(xué)及工程測試技術(shù)的研究。

卓越工程師教育培養(yǎng) 計(jì)劃是一項(xiàng)面向高等工程教育的重大教改項(xiàng)目，要順利推進(jìn)該項(xiàng)目，就必須構(gòu)建教學(xué)質(zhì)量保障和評價的新體系[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)體系中的重要一環(huán)，它可以幫助學(xué)生理解和鞏固理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及實(shí)事求是的工作作風(fēng)，這些正是卓越工程師所必需的基本素養(yǎng)?；A(chǔ)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及的工科專業(yè)多，影響面也較廣，其重要性是顯而易見的。但與此不相協(xié)調(diào)的現(xiàn)實(shí)是目前基礎(chǔ)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在很多高校并未得到足夠的重視，主要表現(xiàn)為：實(shí)驗(yàn)教學(xué)長期處于從屬地位，教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證理論課的基本知識點(diǎn)為主，陳舊而缺乏更新，且教學(xué)手段單一；不能為學(xué)生創(chuàng)造獨(dú)立思考和動手實(shí)踐的空間等；在教學(xué)模式上往往是教師機(jī)械地灌輸實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生被動地接受學(xué)習(xí)，依葫蘆畫瓢，這樣根本不能激發(fā)學(xué)生獲取知識的強(qiáng)烈愿望，極易造成學(xué)生的思維局限 性和心理惰性，難以滿足對學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐能力訓(xùn)練的需要[2]。

上述弊病直接導(dǎo)致學(xué)生對實(shí)驗(yàn)興趣索然，甚至敷衍了事，教學(xué)效果根本無從保障。在國家大力推進(jìn)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的背景下，筆者所在學(xué)校有多個專業(yè)被列入培養(yǎng)計(jì)劃。為使基礎(chǔ)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得較好的教學(xué)效果，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，將原有的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)整合成一門工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，建立新的教學(xué)體系，同時從評價模式、裝備建設(shè)、師資建設(shè)等方面做了一些有益的探索和實(shí)踐。

1 重構(gòu)教學(xué)體系 培養(yǎng)創(chuàng)新能力

1.1 實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課，拓展教學(xué)自主權(quán)和改革空間

要構(gòu)建培養(yǎng)創(chuàng)新人才的教學(xué)體系，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)要盡可能地獨(dú)立開設(shè)實(shí)驗(yàn)課[3]。實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課，不僅有利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，還可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位，便于對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)管理，有利于實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生開放，提高學(xué)生的重視程度[4]。為此，對理論力學(xué)和材料力學(xué)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合和擴(kuò)充，開設(shè)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。圍繞如何適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要，遵循既與理論教學(xué)緊密結(jié)合，又相對獨(dú)立的原則重新構(gòu)建工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；并將實(shí)驗(yàn)課程安排在材料力學(xué)課程之后，教學(xué)內(nèi)容上以理論課所授知識為基礎(chǔ)，在保障基本實(shí)驗(yàn)的同時，著力更新和開發(fā)提高型、研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課后，明確了該課程在卓越工程師培養(yǎng)體系中的任務(wù)和作用，也在教學(xué)內(nèi)容的安排和組織運(yùn)行模式方面有了更大的自主權(quán)；同時，實(shí)驗(yàn)學(xué)時也大大增加，這為改造傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、增加新實(shí)驗(yàn)提供了良好的條件；此外，由于實(shí)驗(yàn)課程與學(xué)分掛鉤，學(xué)生也更加重視。近年的實(shí)踐證明，獨(dú)立設(shè)課對增強(qiáng)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果起到很好的支撐作用。

1.2 設(shè)置選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更新和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

基于近年來基礎(chǔ)力學(xué)課程學(xué)時大幅減少的現(xiàn)實(shí)，在工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)中安排了2學(xué)時的選修實(shí)驗(yàn)。針對這2學(xué)時的選修實(shí)驗(yàn)，開設(shè)13個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供學(xué)生根據(jù)自身情況進(jìn)行自由選擇。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有的來自科研或教研項(xiàng)目，有的來自工程實(shí)踐，但都和基本的力學(xué)知識點(diǎn)緊密相關(guān)，如復(fù)雜零件的轉(zhuǎn)動慣量測試、焊縫殘余應(yīng)力測試、基于振動法的索力測試等，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選修其一。這種課內(nèi)的選修實(shí)驗(yàn)雖然學(xué)時占比小，但對促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)其創(chuàng)新精神有著很大作用，它擴(kuò)大了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主權(quán)，提升了他們的學(xué)習(xí)主動性，既能幫助他們鞏固力學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)技能，又能拓展其視野，激發(fā)其動手實(shí)踐的興趣和創(chuàng)新思維。同時再以這些課內(nèi)選修實(shí)驗(yàn)為基點(diǎn)，拓展開發(fā)出相關(guān)研究型的課外開放選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，向?qū)W有余力或?qū)αW(xué)問題興趣濃厚的學(xué)生開放，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)并通過考核后可獲得技術(shù)類選修課學(xué)分。這類選修實(shí)驗(yàn)對學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。

此外，課內(nèi)選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目很好地解決了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更新和相對固定的教學(xué)時數(shù)之間的矛盾。在保留必要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)典的提高型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)和更新不必受課程學(xué)時的制約，能促進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的更新，而學(xué)生也獲得更大的自主空間。同時，將受學(xué)生歡迎且教學(xué)效果良好的選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在適當(dāng)?shù)臅r候變更為必修實(shí)驗(yàn)，而效果差的則予以淘汰。這種方式為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的更新提供了更大的空間，能切實(shí)保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，且效果顯著。

1.3 改革評價模式，挖掘?qū)W生的主觀能動性和創(chuàng)新潛力

科學(xué)的評價模式可以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，評價教學(xué)效果，同時也將影響學(xué)生的學(xué)習(xí)導(dǎo)向。此外，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)考核，可以有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)[5]。為此，將工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)的考核設(shè)計(jì)成“平時實(shí)驗(yàn)、操作考核及期末筆試”三個部分，以加權(quán)求和的方式給出總評成績。平時實(shí)驗(yàn)包含預(yù)習(xí)報告（方案設(shè)計(jì)）、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報告等，占總成績的50%；實(shí)驗(yàn)操作考核的內(nèi)容從提高型實(shí)驗(yàn)中選取，占20%；期末筆試則以實(shí)驗(yàn)基本原理和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，占總成績的30%。這種評價模式既能反映學(xué)生的平時實(shí)驗(yàn)情況，又能考查其對知識點(diǎn)的掌握情況及綜合運(yùn)用知識的能力；不僅有利于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真對待每一個實(shí)驗(yàn)，更利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

在此基礎(chǔ)上，嘗試將筆試環(huán)節(jié)改為課程論文的撰寫和知識點(diǎn)的面考。教師給出論文指南，學(xué)生則可以在給定范圍內(nèi)自由命題，并按照科技論文的規(guī)范寫作并提交論文。而把實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識點(diǎn)放到操作考核環(huán)節(jié)以面對面提問的方式考核。從實(shí)踐結(jié)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(xué)生對實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識點(diǎn)的掌握情況；課程論文的情況則要復(fù)雜一些，分化較嚴(yán)重：約55%的學(xué)生能認(rèn)真對待但論文質(zhì)量一般，有約20%的學(xué)生能寫出自己的新觀點(diǎn)和新創(chuàng)意，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的再分析、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改造、實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)、設(shè)計(jì)等，其中一些論文還變成了自命題課外開放選修實(shí)驗(yàn)；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(jié)論：課程論文可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，相對筆試也更受大多數(shù)學(xué)生歡迎；同時，通過論文撰寫，學(xué)生的文獻(xiàn)檢索、信息加工能力得到進(jìn)一步提高，其科研能力也得到培養(yǎng)。筆者相信，經(jīng)過日后不斷的摸索和改進(jìn)，此種評價模式的優(yōu)點(diǎn)將進(jìn)一步顯現(xiàn)。

2 樹立生本理念，引導(dǎo)學(xué)生思考與實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，既要培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生的能力，又要讓學(xué)生保持對實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣。這就要求明確教師與學(xué)生的關(guān)系，明確學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主導(dǎo)地位。知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得[6]。所以應(yīng)從以教為主向以學(xué)為主轉(zhuǎn)變，絕對摒棄灌輸式教學(xué)方式，而讓學(xué)生帶著問題去檢索查閱資料，發(fā)揮他們的主觀能動性和潛能，成為實(shí)驗(yàn)的主人。教師要積極發(fā)揮指導(dǎo)作用，因勢利導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生思考與大膽實(shí)踐；當(dāng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)不順利時，要科學(xué)分析，加強(qiáng)交流，幫助其找到問題的癥結(jié)，增強(qiáng)學(xué)生成功的信心，促使學(xué)生克服困難并最終獲得成功。這樣不但融洽了師生關(guān)系，調(diào)動學(xué)生的積極性，也使教師得到學(xué)習(xí)和進(jìn)步，做到教學(xué)相長。

3 合理規(guī)劃裝備建設(shè)，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

加大對實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的投入，降低實(shí)驗(yàn)分組人數(shù)，是增加學(xué)生實(shí)踐機(jī)會的有效途徑,這對卓越工程師培養(yǎng)而言尤為重要；而現(xiàn)狀是在普通高等工科院校，教學(xué)設(shè)備不足、部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊是通病[7]，與之對應(yīng)的是目前大部分高校在基礎(chǔ)力學(xué)裝備建設(shè)上的投入相對來說較少。這就要求基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室在裝備的投入上要科學(xué)規(guī)劃，兼顧科研教學(xué)的需要，優(yōu)先解決基礎(chǔ)教學(xué)裝備的建設(shè)。特別是一些基礎(chǔ)的、小型的實(shí)驗(yàn)裝置和設(shè)備，投入較少的經(jīng)費(fèi)就可以明顯提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，筆者認(rèn)為此類裝備應(yīng)優(yōu)先建設(shè)。

以矩形梁純彎曲實(shí)驗(yàn)為例，以前實(shí)驗(yàn)室只有10套實(shí)驗(yàn)裝置能滿足該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)時每組學(xué)生數(shù)為2～3人；經(jīng)過近兩年的建設(shè)，現(xiàn)有同類實(shí)驗(yàn)裝置40套，實(shí)現(xiàn)了一人一組；學(xué)生單獨(dú)實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立分析和總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律，大大增加了學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會，培養(yǎng)了他們的動手能力，同時有效遏制同組學(xué)生間的實(shí)驗(yàn)報告抄襲現(xiàn)象，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。此外，還應(yīng)重視自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作，利用自制儀器設(shè)備的專業(yè)性、直觀性、超前性、及時性等特點(diǎn)[8]，開發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改進(jìn)和更新，同時也讓教師在設(shè)備開發(fā)中得到鍛煉，提升業(yè)務(wù)水平。

4 重新闡釋實(shí)驗(yàn)教師的定義，形成提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的中堅(jiān)力量

實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍的穩(wěn)定與提高是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平的關(guān)鍵[9]，所以必須抓好實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)。但當(dāng)前很多高校實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍存在較大問題：實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍的總量不足，實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍人員構(gòu)成和結(jié)構(gòu)不合理，實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍整體素質(zhì)不高，實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍不穩(wěn)定[10]，等等。筆者所在學(xué)校從體制和氛圍上給予實(shí)驗(yàn)教師和理論課教師同等地位，在待遇、課題申報、評獎評優(yōu)等方面一視同仁，激勵和增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師的工作積極性和責(zé)任心，對實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)給予有力支持。

在學(xué)校的制度框架下，筆者所在工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一些做法對促進(jìn)實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)也起到很好的效果，具體有：1）積極引進(jìn)碩士以上學(xué)歷的人員充實(shí)到專職實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍中，同時鼓勵在崗的實(shí)驗(yàn)教師通過各種方式進(jìn)修，提高學(xué)歷層次；2）做好培訓(xùn)和交流計(jì)劃，以輪流的方式保證每個實(shí)驗(yàn)教師每年都有參加培訓(xùn)或?qū)W術(shù)交流的機(jī)會；3）在與其他教師聯(lián)合申報項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，積極把需要實(shí)驗(yàn)支撐的項(xiàng)目引進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，給予實(shí)驗(yàn)教師更多參與科研課題的機(jī)會，不斷提高其業(yè)務(wù)素質(zhì)；4）打破理論課教師和實(shí)驗(yàn)教師的傳統(tǒng)分工模式，建立理論課教師參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作，實(shí)驗(yàn)教師承擔(dān)一定的理論授課任務(wù)的制度，兩者在分工上既 有側(cè)重又相互交叉，相輔相成；5）將在讀研 究生引入實(shí)驗(yàn)室，以助管身份來參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)驗(yàn)教師的定義，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定了一支業(yè)務(wù)素質(zhì)優(yōu)良、充滿朝氣的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍，使實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)工作能夠有條不紊地進(jìn)行,也使實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量大大提高。

5 結(jié)語

工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，對造就高素質(zhì)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(yǎng)時，提高該實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量有著積極的現(xiàn)實(shí)意義，同時也對教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的業(yè)務(wù)能力，以及實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理水平提出新的挑戰(zhàn)。教學(xué)實(shí)踐表明，對工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革是有效的，對提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力起到積極的作用。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是一個系統(tǒng)工程，在完善教學(xué)體系的基礎(chǔ)上必須切實(shí)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，做好與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)的軟件和硬件的配套工作；同時這也是一個動態(tài)的改革過程，必須緊隨時代發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要不斷推陳出新。

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[10]莫惠林,楊近.技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)[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

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