新工科背景下力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系探索

張志鎮(zhèn)　高峰　趙玉成　趙慧明　鐘衛(wèi)平

摘要：力學(xué)是工科的重要科學(xué)基礎(chǔ)，力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是深化認(rèn)識(shí)力學(xué)理論、有效聯(lián)結(jié)工程技術(shù)的重要載體，新工科建設(shè)迫切要求力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的革新。從力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和不足出發(fā)，立足國家戰(zhàn)略技術(shù)與產(chǎn)業(yè)需求，突出行業(yè)特色，注重跨學(xué)科交叉融合，將基礎(chǔ)力學(xué)知識(shí)與專業(yè)核心課程相結(jié)合，構(gòu)建了“工程技術(shù)前沿—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—?jiǎng)?chuàng)新成果產(chǎn)出”逐級(jí)提升的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，設(shè)計(jì)了力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的總體實(shí)施方案，顯著提升了工科學(xué)生“創(chuàng)意—?jiǎng)?chuàng)新—?jiǎng)?chuàng)業(yè)”一體化的意識(shí)與能力。

關(guān)鍵詞：新工科；工程力學(xué)；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；行業(yè)特色；研究型教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2023）01-0024-07

國家重大戰(zhàn)略需求是高等工程教育改革創(chuàng)新的起點(diǎn)和目的［1］。未來幾十年，新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革必將重塑全球創(chuàng)新版圖、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)乃至政治格局［2］，為了支撐、服務(wù)“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”、“一帶一路”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家重大計(jì)劃，2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)［3］。新工科建設(shè)已成為當(dāng)前中國工程教育改革的重要內(nèi)容［4-5］。

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。新工科建設(shè)更加強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐相結(jié)合，對于實(shí)踐的重視達(dá)到了前所未有的高度［6］。作為高等教育中實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)尤為受到重視，力學(xué)是機(jī)械、土建、材料、能源、交通、航空航天、船舶、水利、化工等現(xiàn)代工程科學(xué)的基礎(chǔ)，力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)中不可或缺的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生素質(zhì)教育與能力培養(yǎng)的重要支撐，因此，立足工程技術(shù)與產(chǎn)業(yè)前沿，探索構(gòu)建力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式與新體系，對于提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神、推動(dòng)新工科建設(shè)具有十分重要的意義。

一、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題

目前，各工科院校十分重視基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，都加大了基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)，部分院校甚至單獨(dú)設(shè)課。在力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，國內(nèi)外許多高校已經(jīng)開展了大量研究與實(shí)踐。據(jù)調(diào)研，美國布朗大學(xué)在本科教學(xué)中立足科學(xué)研究前沿，將納米粒子穿越細(xì)胞膜試驗(yàn)等引入固體力學(xué)教學(xué)；亞利桑那州立大學(xué)結(jié)合重大隧道工程，在工程力學(xué)課程中開展隧道圍巖穩(wěn)定性控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)；澳大利亞蒙納士大學(xué)基于業(yè)界領(lǐng)先的真三軸霍普金森桿，將三維沖擊動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)與精細(xì)測量引入巖石力學(xué)課程，加深了學(xué)生對課程知識(shí)的認(rèn)識(shí)，拓展了對科學(xué)和工程前沿的視野，取得了良好效果。在國內(nèi)，浙江大學(xué)國家級(jí)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心探索并實(shí)踐了工程流體力學(xué)與水力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和成果［7］；河海大學(xué)國家級(jí)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心組建了理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、水力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、力學(xué)創(chuàng)新思維實(shí)驗(yàn)室和工程力學(xué)與結(jié)構(gòu)檢測實(shí)驗(yàn)室，開出8門實(shí)驗(yàn)課程，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)在135個(gè)以上［8］；北京航空航天大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)、科學(xué)研究、大學(xué)生科技競賽活動(dòng)、校園文化建設(shè)相結(jié)合的立體化人才培養(yǎng)模式［9］；西北工業(yè)大學(xué)國家級(jí)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)了大學(xué)生開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在項(xiàng)目的申報(bào)、運(yùn)行、結(jié)題等過程管理中發(fā)揮了積極作用［10］；黑龍江科技大學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，以實(shí)驗(yàn)興趣小組的形式積極開展力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第二課堂活動(dòng)［11］；此外，中山大學(xué)［12］、西南石油大學(xué)［13］、江蘇師范大學(xué)［14］等高校也不同規(guī)模地開展了本科生力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)等系列教學(xué)改革，取得了不錯(cuò)的成績。

但在新工科建設(shè)背景下，這些力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐尚有不足之處，主要表現(xiàn)在：

（1）立足工程技術(shù)與產(chǎn)業(yè)前沿不夠。現(xiàn)有力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多數(shù)還是在傳統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上發(fā)展而來，通常結(jié)合學(xué)校的優(yōu)勢學(xué)科，從相關(guān)科研項(xiàng)目中選擇部分創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課題，立足前沿的力度不夠，較少從機(jī)器人、新材料、生物技術(shù)、先進(jìn)能源技術(shù)等新興高新技術(shù)與頁巖氣開發(fā)、地下城市等重大工程中系統(tǒng)性地提煉、構(gòu)建一系列結(jié)構(gòu)化、有特色的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（2）跨學(xué)科交叉融合不夠。新工科建設(shè)注重探索多學(xué)科交叉融合的工程人才培養(yǎng)模式，探索面向復(fù)雜工程問題的課程模式，推進(jìn)跨學(xué)科合作學(xué)習(xí)。從力學(xué)的工科基礎(chǔ)定位出發(fā)，更應(yīng)該積極與機(jī)械、土木、材料、能源等學(xué)科深度交叉，相互促進(jìn)。現(xiàn)有大部分創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目依然從理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等課程教材出發(fā)，與其他學(xué)科以力學(xué)為基礎(chǔ)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題缺乏有機(jī)結(jié)合。

（3）“創(chuàng)意—?jiǎng)?chuàng)新—?jiǎng)?chuàng)業(yè)”一體化不夠。新工科建設(shè)注重強(qiáng)化工程人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，完善工科人才“創(chuàng)意—?jiǎng)?chuàng)新—?jiǎng)?chuàng)業(yè)”教育體系，提升工科學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，以創(chuàng)新引領(lǐng)創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)業(yè)帶動(dòng)就業(yè)。實(shí)際力學(xué)實(shí)驗(yàn)多數(shù)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，“創(chuàng)意”和“創(chuàng)新”實(shí)驗(yàn)匱乏，“創(chuàng)業(yè)”層次就更少，無論是教師還是學(xué)生此方面的意識(shí)和能力都亟待加強(qiáng)。

就中國礦業(yè)大學(xué)而言，為期6周的力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、2周的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐、16周的畢業(yè)論文，以及實(shí)驗(yàn)室開放基金、各級(jí)大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃、本科生導(dǎo)師制等，周期很長，多數(shù)是按部就班的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，無論是課程考核，還是各種大創(chuàng)項(xiàng)目結(jié)題，都沒有產(chǎn)生大量的以學(xué)生為主的創(chuàng)新成果，本科生深度參與的高級(jí)別學(xué)術(shù)競賽獎(jiǎng)勵(lì)、高水平學(xué)術(shù)論文、高水平專利很少，因此，需要完善力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到創(chuàng)新成果，甚至創(chuàng)業(yè)實(shí)踐的一體化培養(yǎng)機(jī)制。

二、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)要點(diǎn)

中國礦業(yè)大學(xué)是行業(yè)特色高校，在2019年建校110年創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)上確立了能源資源特色世界一流大學(xué)的奮斗目標(biāo)，各學(xué)科專業(yè)拔尖人才培養(yǎng)要密切契合行業(yè)需求、行業(yè)背景與行業(yè)特質(zhì)。作為全校工科專業(yè)基礎(chǔ)課，工程力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式也應(yīng)立足學(xué)科前沿，突出能源資源特色，結(jié)合力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課程、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐課程、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等，建設(shè)工程力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫教學(xué)資源，從而構(gòu)建“工程技術(shù)前沿—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—?jiǎng)?chuàng)新成果產(chǎn)出”逐級(jí)提升的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，具體建設(shè)要點(diǎn)如圖1所示。

（一）工程技術(shù)前沿提煉

以學(xué)?！半p一流”學(xué)科建設(shè)為基點(diǎn)，圍繞礦業(yè)工程學(xué)科群深地開發(fā)、深部構(gòu)建、深度利用、新能源（“三深一新”），安全工程學(xué)科群低死亡、低傷害、低排放、新工科（“三低一新”），探索相關(guān)工程技術(shù)前沿，重點(diǎn)關(guān)注非常規(guī)能源開發(fā)、廢棄礦井再利用、深部固體資源流態(tài)化開采、礦山重大事故防控等方向，通過查閱資料、咨詢專家、開展精細(xì)分析，提煉出力學(xué)相關(guān)課題，為后續(xù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料。

（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

以能源資源工程前沿中的力學(xué)問題為基礎(chǔ)，選擇難度適中且能充分反映相關(guān)理論知識(shí)的課題作為實(shí)驗(yàn)選題，并設(shè)計(jì)出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，創(chuàng)新改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，開展實(shí)驗(yàn)測試，面向多學(xué)科交叉，提出分析思路與思考。針對課程教學(xué)和科研訓(xùn)練內(nèi)容，開發(fā)適宜的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并建設(shè)完備的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等教學(xué)資源。

（三）創(chuàng)新成果產(chǎn)出路徑構(gòu)建

在能源資源特色學(xué)科前沿和已開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，或自主設(shè)計(jì)，或結(jié)合教師科研項(xiàng)目，進(jìn)一步深入了解并切實(shí)探索具體科研問題，充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造動(dòng)能，催生新點(diǎn)子、新思路、新成果。積極指導(dǎo)學(xué)生撰寫學(xué)術(shù)論文、申請發(fā)明專利，并將其與學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等有機(jī)結(jié)合，與學(xué)?！按髮W(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練中心”“青創(chuàng)廣場”“大學(xué)生創(chuàng)業(yè)園”建立暢通的聯(lián)系渠道，對優(yōu)秀成果進(jìn)行大力度支持與深度合作，構(gòu)建高效的“創(chuàng)意—?jiǎng)?chuàng)新—?jiǎng)?chuàng)業(yè)”一體化成果產(chǎn)出機(jī)制，促進(jìn)拔尖人才和拔尖成果的培育。

三、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的總體實(shí)施方案

根據(jù)以上建設(shè)要點(diǎn)，結(jié)合工程力學(xué)課程教學(xué)，設(shè)計(jì)了力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的總體實(shí)施方案，如圖2所示，從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法革新、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、自主創(chuàng)新試驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成果總結(jié)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)六個(gè)方面，形成“一條龍”全方位培養(yǎng)方案。

（一）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)

圍繞煤層氣開發(fā)、廢棄礦井再利用、海綿城市建設(shè)等工程前沿方向，提煉力學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開展實(shí)驗(yàn)測試。例如，針對松軟低透煤層瓦斯抽采孔容易坍塌的重大工程問題，開發(fā)了瓦斯抽采護(hù)孔管的軸向拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，并考慮有孔和無孔兩種情況［15］，如圖3所示，加深學(xué)生對薄壁圓筒基本變形、應(yīng)力集中的理解，激發(fā)學(xué)生在煤層氣抽采方面的自主創(chuàng)新。此項(xiàng)目獲得了全國煤炭行業(yè)教育教學(xué)成果獎(jiǎng)1項(xiàng)。對于實(shí)驗(yàn)條件不具備或?qū)嶋H運(yùn)行困難，涉及高?；驑O端環(huán)境，或具有高成本、高消耗、高復(fù)雜度等特征的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開發(fā)建設(shè)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，虛實(shí)結(jié)合，以虛促實(shí)。例如，針對巖體防護(hù)工程中錨固體的拉彎扭剪組合工況，通過建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生更直觀更深入地理解多方式組合加載下材料的變形力學(xué)行為。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法革新

改革以實(shí)驗(yàn)室講授為主要手段的教學(xué)方法，以重大工程問題為基點(diǎn)，以實(shí)驗(yàn)室講解演示和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)綜合訓(xùn)練為基礎(chǔ)，開展工程現(xiàn)場教學(xué)、會(huì)議室討論等多種形式的教學(xué)，采用啟發(fā)式和互動(dòng)式教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。例如，在透水混凝土力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引入徐州臥牛山山體公園海綿城市建設(shè)真實(shí)案例，給出若干思考題，在會(huì)議室討論解決方案與預(yù)防措施等，學(xué)生討論熱烈，知識(shí)理解更深入，教學(xué)效果更佳。

（三）力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐

組建力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)小組，每組3～5人，開展力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，以力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫的形式布置任務(wù)，重點(diǎn)開展工程前沿問題提煉；實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作與創(chuàng)新改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)測試與具體分析計(jì)算；撰寫分析報(bào)告；開展小組討論交流等能力訓(xùn)練。

（四）自主創(chuàng)新試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在能源資源特色學(xué)科前沿和已開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，設(shè)置“自主設(shè)計(jì)”創(chuàng)新試驗(yàn)環(huán)節(jié)，提出問題，圍繞特定問題開展頭腦風(fēng)暴，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的活躍思維和求知欲，啟發(fā)學(xué)生新觀點(diǎn)、新想法，經(jīng)師生充分討論后，開展“自主設(shè)計(jì)”創(chuàng)新試驗(yàn)。可利用已有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，也可自行開發(fā)試驗(yàn)平臺(tái)，亦可結(jié)合相關(guān)數(shù)值仿真平臺(tái)或虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展工程問題的數(shù)值模型建立及分析，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對照。值得說明的是，自主創(chuàng)新試驗(yàn)可與教師科研項(xiàng)目、學(xué)校開放實(shí)驗(yàn)基金項(xiàng)目、各級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃、畢業(yè)設(shè)計(jì)等有機(jī)結(jié)合。例如，結(jié)合筆者科研課題，以廢棄礦井抽水蓄能發(fā)電過程中的抽水和放水過程，指導(dǎo)學(xué)生開展干濕交替下水庫圍巖的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，以學(xué)生為主體發(fā)表論文2篇。

（五）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成果總結(jié)

基于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)真開展成果總結(jié)與提升，積極參加學(xué)科競賽、撰寫學(xué)術(shù)論文、開展會(huì)議交流、申請發(fā)明專利，條件成熟時(shí)入駐“青創(chuàng)廣場”開展模擬創(chuàng)業(yè)實(shí)踐，促進(jìn)拔尖人才和拔尖成果的培育。例如，在煤礦沖擊地壓巷道支護(hù)系統(tǒng)抗沖擊性能實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)新型防沖元件和結(jié)構(gòu)，在“青創(chuàng)廣場”模擬創(chuàng)業(yè)，并準(zhǔn)備參加“創(chuàng)青春”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽。

（六）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)

客觀上，利用學(xué)生所取得的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成果作為教學(xué)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)；主觀上，通過與學(xué)生直接交流、發(fā)放無記名調(diào)查問卷等，獲得教學(xué)效果的反饋與建議，完善力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

四、初步建設(shè)成效與經(jīng)驗(yàn)

近3年來，組織力學(xué)系教師主持開發(fā)建設(shè)數(shù)十項(xiàng)具有能源資源特色的力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如表1，并將其應(yīng)用于力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等課程中，該教學(xué)體系已基本成熟，并逐漸發(fā)揮成效。教師在教學(xué)改革、學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面均取得了較為顯著的成果，這將有力支撐學(xué)?！半p一流”和新工科建設(shè)。

學(xué)生對工程力學(xué)基本概念與理論的理解更深刻，并且更有效地將基礎(chǔ)力學(xué)知識(shí)與專業(yè)核心課程相結(jié)合，促進(jìn)了專業(yè)素養(yǎng)和技能的提升，學(xué)科視野和創(chuàng)新能力也得到極大提高。在周培源大學(xué)生力學(xué)競賽、江蘇省力學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)意大賽、江蘇力學(xué)青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，以及全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競賽等課外科技競賽中取得特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)多項(xiàng)，本科生作為第一作者發(fā)表核心以上論文10余篇，申請發(fā)明專利多項(xiàng)，啟動(dòng)青年創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目1項(xiàng)。

值得提出的是，該教學(xué)模式打通了創(chuàng)新試驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)、教學(xué)、設(shè)計(jì)、成果產(chǎn)出的全環(huán)節(jié)，雖看似對教師和學(xué)生要求較高，但基本上對所有高校均具有推廣價(jià)值，具體表現(xiàn)為：（1）考慮到不同高校行業(yè)背景的差異，在應(yīng)用本教學(xué)模式時(shí)，應(yīng)突出自身特色，科教融合，重點(diǎn)建設(shè)面向所在高校優(yōu)勢學(xué)科方向的創(chuàng)新試驗(yàn)項(xiàng)目；（2）考慮到不同高校發(fā)展階段的差異，可在總體實(shí)施方案的6個(gè)方面?zhèn)戎啬骋粋€(gè)或某幾個(gè)方面，例如，若暫無條件開發(fā)新的試驗(yàn)項(xiàng)目，可借鑒其他高校教學(xué)案例，由易到難，逐步推進(jìn)；（3）考慮到不同高校試驗(yàn)條件的差異，應(yīng)盡量基于已有實(shí)驗(yàn)儀器開發(fā)合適的創(chuàng)新試驗(yàn)項(xiàng)目，此外，應(yīng)注重與企業(yè)開展合作，每年教育部高等教育司會(huì)發(fā)布產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目指南，推動(dòng)產(chǎn)教融合、產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人，亦可與兄弟院校開展合作，共建試驗(yàn)基地等。

五、結(jié)語

力學(xué)是工科的基石，將力學(xué)基礎(chǔ)理論與工程技術(shù)前沿有機(jī)結(jié)合是新工科建設(shè)的迫切需求。文章針對當(dāng)前力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的立足工程技術(shù)與產(chǎn)業(yè)前沿不夠、跨學(xué)科交叉融合不夠、“創(chuàng)意-創(chuàng)新-創(chuàng)業(yè)”一體化不夠等問題，面向國家重大需求和世界科學(xué)前沿，設(shè)計(jì)力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方案，激勵(lì)創(chuàng)新成果產(chǎn)出，構(gòu)建了突出能源資源行業(yè)特色的工程力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，形成了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法革新、力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、自主創(chuàng)新試驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成果總結(jié)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)的總體實(shí)施方案，取得了良好的教學(xué)效果。

下一步，將依托學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科，重點(diǎn)圍繞礦山無人開采與救援機(jī)器人、煤礦職業(yè)病防治、城市地下空間開發(fā)等方向，加強(qiáng)建設(shè)面向新工科的力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，爭取做大做強(qiáng)，做出特色。此外，在實(shí)驗(yàn)所涉及知識(shí)點(diǎn)方面，進(jìn)一步從以理論力學(xué)和材料力學(xué)為主擴(kuò)展至振動(dòng)力學(xué)、斷裂力學(xué)等高階力學(xué)課程。

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Exploration on the innovative experimental teaching system of mechanics under the background of emerging engineering education：

Taking China University of Mining and Technology as an example

ZHANG Zhizhena， GAO Fengb， ZHAO Yuchenga， ZHAO Huiminga， ZHONG Weipinga

（a. School of Mechanics and Civil Engineering; b. State Key Laboratory

for Geomechanics and Deep Underground Engineering， China

University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， Jiangsu， P. R. China）

Abstract： Mechanics is an important scientific foundation for engineering subjects， and the innovation experiment course of mechanics is an important carrier to deepen the understanding of mechanics theory and effectively connect engineering technology. The construction of emerging engineering urgently requires the reform of the innovation experiment teaching system for mechanics. Considering the current status and shortcomings of innovation experiment teaching of mechanics， looking into national strategic technology and industrial needs， highlighting industry characteristics， focusing on cross-disciplinary integration， a research-based experimental teaching system of “engineering technology frontier–innovation experiment project–innovative product” has been established， and the implementation scheme of the teaching system also has been proposed. This teaching system significantly improves the awareness and ability on “originality–innovation–entrepreneurship” of engineering students.

Key words： emerging engineering education; engineering mechanics; innovation experiment; industry characteristics; research-based teaching

（責(zé)任編輯 梁遠(yuǎn)華）

修回日期：2021-04-11

基金項(xiàng)目：中國礦業(yè)大學(xué)“動(dòng)力中國·課程思政”示范項(xiàng)目“材料力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)示范課程”（2020KCSZ14）;“工程力學(xué)課程示范團(tuán)隊(duì)”（2021KCSZ07）;“工程力學(xué)示范專業(yè)”（2022KCSZ02）;中國礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“突出能源資源特色的工程力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐” （2019YB06）

作者簡介：張志鎮(zhèn)（1987—），男，中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院副教授，博士，主要從事工程力學(xué)研究，（E-mail）zzzcumt@163.com。