基于項(xiàng)目管理模式的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革1)

王義平 于化龍 歷長(zhǎng)云 姚彥博

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)克拉瑪依校區(qū)工學(xué)院，新疆克拉瑪依834000)

材料力學(xué)是高校工科學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。實(shí)驗(yàn)作為課程的重要組成部分，有助于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和知識(shí)體系的構(gòu)建，特別是對(duì)培養(yǎng)學(xué)生“理論與實(shí)踐相結(jié)合”的能力具有重要作用。國(guó)務(wù)院多部委曾聯(lián)合提出引導(dǎo)部分高校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略部署，目的是培養(yǎng)既有創(chuàng)新理論知識(shí)，又有工程意識(shí)和實(shí)踐能力的應(yīng)用型工程技術(shù)人才[2]。

項(xiàng)目管理，是以項(xiàng)目為對(duì)象的系統(tǒng)管理方法，通過(guò)一個(gè)臨時(shí)性的專門柔性組織，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行高效率的計(jì)劃、組織、指導(dǎo)和控制，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全過(guò)程的動(dòng)態(tài)管理和項(xiàng)目目標(biāo)的綜合協(xié)調(diào)與優(yōu)化[3]。當(dāng)前，項(xiàng)目的概念已從“工程項(xiàng)目”擴(kuò)展到更廣范圍[4]，一切皆項(xiàng)目。

1 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

在應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)下，高校材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在與培養(yǎng)要求不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，難以在能力培養(yǎng)和分析創(chuàng)造能力上有所進(jìn)步[5-6]。主要存在以下問(wèn)題。

(1)課時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受限。我校區(qū)根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置材料力學(xué)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)4個(gè)(8學(xué)時(shí))，主要為基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)(金屬拉伸、扭轉(zhuǎn)、沖擊、純彎曲梁正應(yīng)力電測(cè)實(shí)驗(yàn))。由于實(shí)驗(yàn)開設(shè)課時(shí)少，學(xué)生沒有機(jī)會(huì)接觸其他實(shí)驗(yàn)，更談不上拓展實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新能力。

(2)教學(xué)模式固化，學(xué)生積極性差。受諸多限制，實(shí)驗(yàn)授課通常采用“講解+操作+報(bào)告”方式，老師傳輸知識(shí)，學(xué)生被動(dòng)接受，大部分學(xué)生都是一知半解，沒有進(jìn)行深層次的思考，只是為了能在課堂時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因此學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性差。

(3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，與專業(yè)特色和工程實(shí)際結(jié)合較少。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要為對(duì)應(yīng)理論課程的演示性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，且沒有與專業(yè)特色、工程實(shí)際相結(jié)合。各專業(yè)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本一致，每個(gè)實(shí)驗(yàn)相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生掌握知識(shí)零散孤立。當(dāng)面對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題時(shí)，學(xué)生不知所措。

(4)實(shí)驗(yàn)考核方法有待改進(jìn)。以往的實(shí)驗(yàn)考核主要是以學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為評(píng)定依據(jù)，造成學(xué)生“輕過(guò)程、重報(bào)告”的不良習(xí)慣，特別是動(dòng)手能力較差的同學(xué)，通過(guò)拷貝報(bào)告來(lái)得到一個(gè)較高的分?jǐn)?shù)，不利于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

(5)設(shè)備數(shù)量限制，教學(xué)組織欠合理。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)為專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，開課專業(yè)多、人數(shù)多。我校區(qū)每年需給機(jī)械、過(guò)控、石油工程、油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)約500人開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，而設(shè)備套數(shù)有限，以往實(shí)驗(yàn)過(guò)程中5或6人一組，其中2或3人主要?jiǎng)邮植僮?，其他人員只是記錄、分析數(shù)據(jù)或在旁邊觀看，不利于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目管理流程

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目標(biāo)是要培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作，動(dòng)腦思考，分析、解決問(wèn)題的應(yīng)用能力?；陧?xiàng)目管理模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是通過(guò)老師設(shè)置項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生組團(tuán)以項(xiàng)目為中心、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)、自主學(xué)習(xí)，解決項(xiàng)目問(wèn)題而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目管理流程如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目管理流程

(1)項(xiàng)目啟動(dòng)階段：明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)，組建實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)、領(lǐng)取項(xiàng)目任務(wù)。

(2)規(guī)劃階段：根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)制定項(xiàng)目計(jì)劃，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目范圍管理、實(shí)驗(yàn)時(shí)間管理、實(shí)驗(yàn)材料成本管理、實(shí)驗(yàn)質(zhì)量管理、實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)管理等。

(3)執(zhí)行階段：團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)自己在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中所承擔(dān)的角色和分配的任務(wù)執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，并加強(qiáng)溝通交流。

(4)監(jiān)控階段：監(jiān)控實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)展和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，及時(shí)修正和調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目計(jì)劃。

(5)收尾階段：完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)，分析總結(jié)，整理存儲(chǔ)項(xiàng)目相關(guān)資料。

2.2 采用項(xiàng)目管理后的成效

采用項(xiàng)目管理模式后，一個(gè)實(shí)驗(yàn)即為一個(gè)項(xiàng)目。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所培養(yǎng)學(xué)生不同層次的能力，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)能力等級(jí)劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)為一級(jí)能力實(shí)驗(yàn)，作為其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。該模式較原實(shí)驗(yàn)教學(xué)的區(qū)別主要如下。

(1)適應(yīng)工科專業(yè)各層次學(xué)生能力的培養(yǎng)，課程時(shí)間靈活。除拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲、沖擊基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上增加了設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性、綜合性等的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)根據(jù)項(xiàng)目完成難易程度設(shè)定，單個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)時(shí)間不超過(guò)4學(xué)時(shí)，我校以課外“開放性實(shí)驗(yàn)”方式作為實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的保障，學(xué)生預(yù)約開放性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間更加靈活方便。

(2)以問(wèn)題為向?qū)В淖儌鹘y(tǒng)“講解+操作+報(bào)告”的方式。課前錄制基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)視頻，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作方法、安全注意事項(xiàng)等制作成教學(xué)視頻發(fā)送至同學(xué)，課下提前學(xué)習(xí)，課上提問(wèn)、考核，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；開放性實(shí)驗(yàn)部分，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，自我提問(wèn)、自我學(xué)習(xí)，利用線上、線下資源，查閱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)資料設(shè)計(jì)、完成實(shí)驗(yàn)；個(gè)別實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還增加了有限元模擬仿真要求，學(xué)生自行學(xué)習(xí)相關(guān)軟件和理論完成要求。學(xué)生的學(xué)習(xí)深度和實(shí)驗(yàn)主動(dòng)性增強(qiáng)。

(3)從解決實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與專業(yè)特色、工程實(shí)際、大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽相結(jié)合。我校為石油特色大學(xué)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置時(shí)綜合考慮了石油特色，涵蓋資源勘查、鉆采、石油上下游產(chǎn)品等內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)自身興趣和能力要求，自由組合選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中一級(jí)能力實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必選，二級(jí)、三級(jí)能力實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組合選擇。學(xué)生通過(guò)自行設(shè)計(jì)、協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不斷提高分析、解決問(wèn)題的應(yīng)用型能力。

(4)成績(jī)考核重點(diǎn)傾向?qū)W生實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、操作技能，三級(jí)能力實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加了答辯考核形式，再綜合考勤、課下學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等情況進(jìn)行考評(píng)。具體成績(jī)考核包含：實(shí)驗(yàn)方案30%，實(shí)驗(yàn)技能30%，實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理20%，考勤5%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告15%(含答辯5%)。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后的全過(guò)程控制。

(5)教學(xué)組織上采用團(tuán)隊(duì)形式開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生以2或3人自由組團(tuán)完成實(shí)驗(yàn)。小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)本組實(shí)驗(yàn)總體安排，各組員根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行角色分工，從而使每個(gè)同學(xué)都能積極、主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)中。學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從“個(gè)人到團(tuán)隊(duì)”，從“被動(dòng)到主動(dòng)”實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)變。

3 基于項(xiàng)目管理模式的教學(xué)案例

以調(diào)查一石油運(yùn)輸管線點(diǎn)蝕穿孔原因項(xiàng)目為例。石油管線出現(xiàn)穿孔泄漏的危害性較大，在排查漏點(diǎn)更換失效管段后，需對(duì)管線失效原因進(jìn)行調(diào)查。該項(xiàng)目為工程實(shí)際問(wèn)題，為二級(jí)能力實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。經(jīng)初步分析，調(diào)查內(nèi)容可能涉及材料力學(xué)性能、工程材料組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成成分等方面，是一項(xiàng)涉及不同工作團(tuán)隊(duì)，需將各方面工作有機(jī)協(xié)調(diào)配合的綜合型項(xiàng)目管理工作。

基于項(xiàng)目管理模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)具體實(shí)施步驟如下。(1)確定項(xiàng)目任務(wù)、定義項(xiàng)目范圍。老師確定該項(xiàng)目任務(wù)為調(diào)查石油運(yùn)輸管線穿孔原因。因涉及內(nèi)容廣，根據(jù)課程性質(zhì)，該項(xiàng)目范圍定義為僅從材料力學(xué)性能方面調(diào)查管線穿孔原因。其他方面的調(diào)查工作也可定義為項(xiàng)目，此處不作研究。(2)組建團(tuán)隊(duì)、任務(wù)分工。對(duì)項(xiàng)目感興趣的3名學(xué)生自由組合成團(tuán)，從老師處領(lǐng)取項(xiàng)目任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)進(jìn)行角色分工。(3)制定項(xiàng)目計(jì)劃。項(xiàng)目組從任務(wù)出發(fā)，查閱《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 9711-2017)，了解管線材料L360相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，確定影響管線材料質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量控制方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí)根據(jù)項(xiàng)目緊急程度，設(shè)定項(xiàng)目總時(shí)間和實(shí)驗(yàn)時(shí)間，確定管線實(shí)驗(yàn)試樣數(shù)和取材處，提出實(shí)驗(yàn)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)和解決辦法等。(4)執(zhí)行項(xiàng)目。先對(duì)穿孔管線外觀、尺寸進(jìn)行分析，截取管線穿孔附近試樣多組，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)試樣進(jìn)行拉伸、沖擊等實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中項(xiàng)目組成員間、與老師間充分溝通交流。(5)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和進(jìn)度。仔細(xì)觀察試樣變形情況及材料拉伸、沖擊破壞特性，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與L360標(biāo)準(zhǔn)材料性能指標(biāo)對(duì)比；根據(jù)階段性任務(wù)完成情況適當(dāng)調(diào)整項(xiàng)目進(jìn)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表1和表2所示。(6)結(jié)束項(xiàng)目。項(xiàng)目組從材料力學(xué)角度對(duì)管線材料進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，拉伸、沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果均滿足GB/T 9711-2017標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明管線材料力學(xué)性能方面符合要求。要全面分析點(diǎn)蝕穿孔原因，還需進(jìn)一步結(jié)合管線化學(xué)成分、金相組織以及輸送介質(zhì)等檢測(cè)結(jié)果。本課程項(xiàng)目完成后，對(duì)學(xué)生完成情況進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。

表1 拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 夏比沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果

教學(xué)過(guò)程中，老師起引導(dǎo)作用，學(xué)生自主設(shè)計(jì)、完成實(shí)驗(yàn)，真正將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于分析、解決工程實(shí)際問(wèn)題。同學(xué)們?cè)谶^(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，體會(huì)到實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的樂趣。

4 結(jié)語(yǔ)

采用項(xiàng)目管理模式對(duì)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐后，同學(xué)們反饋良好。學(xué)生根據(jù)自身情況組合選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既符合教學(xué)總體安排，又綜合考慮了學(xué)生個(gè)體能力和興趣的差異性，實(shí)現(xiàn)了整體教學(xué)和個(gè)性化教學(xué)。此外，同學(xué)們?cè)谕瓿蓪?shí)驗(yàn)過(guò)程中主動(dòng)學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、分析解決問(wèn)題，并在過(guò)程中收獲了很多新技能和新能力。項(xiàng)目不在于大小，而在于過(guò)程中的能力培養(yǎng)。以項(xiàng)目管理模式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生，這對(duì)學(xué)生今后更快更好地適應(yīng)社會(huì)、適應(yīng)工作崗位百利而無(wú)一害，也為高校實(shí)驗(yàn)(實(shí)踐)改革提供了方法和參考。