力學(xué)實驗教學(xué)改革研究與實踐

鄒廣平等

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

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；實驗；考核；科研成果

力學(xué)實驗是理論的基礎(chǔ)，又促進了理論的發(fā)展，這種理論和實驗相互依存關(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)實驗教學(xué)改革的核心，以實驗室開放為載體，以力學(xué)實驗課程群建設(shè)為依托，優(yōu)化實驗課考核模式，深化實驗教學(xué)方法和實驗教學(xué)手段改革，達到教學(xué)內(nèi)容層次化、考核模式個性化、教學(xué)手段與方法多樣化、科研成果教學(xué)化和開放創(chuàng)新常態(tài)化的目的，調(diào)動學(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)實驗課程內(nèi)容豐富，涉及知識面廣，每門獨立的實驗課程學(xué)時都很少，學(xué)生不能全部領(lǐng)會和理解其深刻的內(nèi)涵。力學(xué)實驗課程群把多門單一的力學(xué)實驗課進行整合與優(yōu)化，構(gòu)建一個完整的力學(xué)實驗課程體系。力學(xué)實驗課程群不是簡單的內(nèi)容疊加，而是根據(jù)各個力學(xué)實驗之間的內(nèi)在聯(lián)系，進行科學(xué)的構(gòu)建。主要解決的問題是不同層次學(xué)生能夠享有更多的力學(xué)實驗教學(xué)資源，開闊學(xué)生實驗，豐富學(xué)生力學(xué)知識。

2 考核模式個性化

五種個性化考核模式：第一種考核模式是面向大多數(shù)學(xué)生的考核方式：期末筆試加平時實驗報告和課堂表現(xiàn)的成績，意在鼓勵每個學(xué)生能認真完成實驗，掌握基本原理、方法和手段，主要針對基礎(chǔ)實驗；第二種考核模式是面向少數(shù)動手能力強的學(xué)生的實驗技能測試，意在提高學(xué)生動手能力和解決實際問題的能力，主要針對綜合型和設(shè)計型實驗；第三種考核模式是利于虛擬實驗室進行網(wǎng)上考核，這個考核難度比較大，面向部分優(yōu)秀學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，主要針對參與研究型和科研型實驗的學(xué)生；第四種考核模式意在鼓勵學(xué)生上課認真完成實驗，提高課堂教學(xué)效果，對于平時成績（實驗報告加平時成績總評）在優(yōu)秀以上的學(xué)生，可不參加任何考核，最后課程成績評定為良好；第五種考核模式為自主考核模式，是針對期末實驗課成績低，想提高實驗課成績的學(xué)生的考核，在每個學(xué)期的開學(xué)初進行。這種考試難度很大，需要學(xué)生認真復(fù)習(xí)，反復(fù)研討，多次在模擬實驗室進行實驗，然后到實驗室進行集中考核，這個成績可以刷新實驗課的成績，以利于學(xué)生保研和提升班級（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)方法主要針對研究創(chuàng)新型實驗，教師和學(xué)生相互融入，增強師生之間的學(xué)術(shù)溝通和交流，破除傳統(tǒng)教學(xué)模式對學(xué)生思維的束縛，營造平等的研討式教學(xué)氛圍，學(xué)生能參與實驗的全過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，這種模式也形成了學(xué)生之間的良性競爭，學(xué)生參與意識明顯提升。這種方法能激勵學(xué)生不斷進取，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)生獨立思考問題，查閱資料解決問題，學(xué)生經(jīng)過大量的查閱材料，積累很多相關(guān)知識，使教學(xué)效果達到事半功倍的目的，克服了學(xué)生只模仿，不獨立思考的問題。

歸納式教學(xué)法是通過指導(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)生有可能會耗費一些時間，甚至?xí)咭恍澛罚∏∵@個過程可以使學(xué)生透徹理解所學(xué)的知識，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)實驗教學(xué)中廣泛應(yīng)用。

3.3 基于問題的教學(xué)法

在基于問題的教學(xué)法中，教師設(shè)計開發(fā)模擬性問題，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)動力，使得學(xué)生充分了解解決問題的過程，從中獲取解決問題的經(jīng)驗。在一些選擇性創(chuàng)新實驗項目中，改變原有的教學(xué)程序，教師先拋出要解決的問題，請學(xué)生自己設(shè)計實驗，學(xué)生先要理清實驗的思路，然后再思考如何實現(xiàn)，寫出實驗方案。

3.4 虛擬實驗教學(xué)

虛擬實驗?zāi)軐嶒灥幕驹怼⒃O(shè)備結(jié)構(gòu)和功能感官再現(xiàn)，加深學(xué)生對實驗的設(shè)計思想、設(shè)計方法和實驗原理的理解。學(xué)生能夠自行設(shè)計實驗參數(shù)，反復(fù)調(diào)節(jié)，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果，解決了因為實驗設(shè)備和經(jīng)費等客觀條件的制約。

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)展動態(tài)，及時將這些科研成果在實驗室轉(zhuǎn)化成實驗項目，引領(lǐng)學(xué)生了解掌握最新知識。結(jié)合為發(fā)電廠完成的風(fēng)力發(fā)電項目，為學(xué)生設(shè)計了“葉片性能測試”實驗項目，結(jié)合為航天系統(tǒng)完成的復(fù)合材料研制項目，設(shè)計了”粘彈性材料沖擊實驗”，結(jié)合納米技術(shù)設(shè)計了“納米壓痕實驗”。結(jié)合為中海油完成的緊固件連接的項目，設(shè)計了“壓環(huán)的性能測試”實驗項目。還有一些科研項目正在進行簡化和重構(gòu)，力爭轉(zhuǎn)化成教學(xué)實驗項目。

5 開放創(chuàng)新常態(tài)化

5.1 建立創(chuàng)新實驗室

創(chuàng)新實驗室是為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新興趣、開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛質(zhì)、開展研究性學(xué)習(xí)和實施探究性實驗搭建的平臺。創(chuàng)新研究小課題由學(xué)生自行設(shè)計，課題研究時間一般不超過一年，這些小課題可以是學(xué)生來自社會調(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)實際問題，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)計大賽、大學(xué)生力學(xué)實驗競賽和周培源力學(xué)競賽為依托，以競賽項目為驅(qū)動，成立興趣小組。構(gòu)建競賽型的目標模式，使得各級各類競賽的選題演變成項目，合理地將項目與競賽聯(lián)系起來。興趣小組有意識地激發(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

講座是傳播知識的傳統(tǒng)途徑，一般由教師或?qū)＜疫M行講授，繼續(xù)邀請相關(guān)教師進行學(xué)科基礎(chǔ)講座，學(xué)科前沿探討等講座，重新開辟了學(xué)生講座模式，以高年級學(xué)生（研究生）為主進行講座、先后組織了獲得發(fā)明專利的學(xué)生進行的講座、獲得國家大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽二等獎的學(xué)生團隊進行的講座。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)生在最短的時間內(nèi)獲取更多的知識。

6 結(jié)語

實踐表明，通過一系列力學(xué)實驗教學(xué)改革，提升了力學(xué)實驗課的教學(xué)水平，2010年、2011年和2012年力學(xué)實驗課程連續(xù)3年獲得哈爾濱工程大學(xué)示范實驗課程，得到學(xué)校的重獎，是學(xué)校唯一的連續(xù)3年獲得獎勵的課程。力學(xué)實驗課程群的建設(shè)得到國內(nèi)同行的高度認同，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)改革工程立項支持，相關(guān)成果多次在全國會議上交流，國內(nèi)多所高校同行到力學(xué)實驗室調(diào)研。力學(xué)實驗教學(xué)改革有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題的能力，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)大賽個人賽中取得優(yōu)異成績，在2013年第九屆全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽團體賽中再獲佳績。在第六屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽上，我校力學(xué)創(chuàng)新實驗室教師指導(dǎo)的代表隊獲得二等獎，總分排名第十一，在二等獎中排名第一。

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編輯∕岳 鳳