基于新工科的西藏高校基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)改革與探索

邱志華 王培清 張 存

①西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院 ②西藏土木水利電力工程技術(shù)研究中心

力學(xué)是工科教育重要的基礎(chǔ)課程，而力學(xué)實驗在工科類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面有著極其重要的作用。本文以基礎(chǔ)力學(xué)實驗在西藏高校的現(xiàn)狀調(diào)查問卷為依據(jù)，通過對學(xué)校和學(xué)生在實驗上的響應(yīng)度、教學(xué)模式和管理機制、師資力量三方面存在的問題進行深入調(diào)研，從提高實驗課程比例、優(yōu)化實驗項目、采用多樣化的實驗教學(xué)方式和加強實驗室科學(xué)化管理等方面進行了積極探索，并從工程需要和教學(xué)實際給出了相關(guān)建議，以期為加快西藏高校專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)課程的教學(xué)改革提供參考和借鑒。

新工科是為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，響應(yīng)和服務(wù)于“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”、“互聯(lián)網(wǎng)＋”和“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”等一系列國家戰(zhàn)略，由教育部提出的新一輪工程教育改革[1]。力學(xué)是工程技術(shù)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，又是所有專業(yè)基礎(chǔ)課的奠基石，同時也是理論與實踐相結(jié)合的紐帶，培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)力學(xué)理論和實踐學(xué)習(xí)，是工程技術(shù)類學(xué)生不可或缺的重要組成部分。而實踐實驗課程是對理論課程的重要實現(xiàn)，是培養(yǎng)創(chuàng)新型學(xué)生的重要手段?！靶鹿た啤笔切赂拍?，是以學(xué)生自主實踐為中心，實踐創(chuàng)新能力、人文素養(yǎng)和家國情懷是“新工科”力學(xué)實驗教學(xué)改革的重要挑戰(zhàn)[2]。

基礎(chǔ)力學(xué)課是工科專業(yè)中不可或缺的奠基石[3]。就近年來的就業(yè)形勢和市場對人才的需求反應(yīng)，接受過實驗培訓(xùn)的畢業(yè)生更受用人單位和高層次進修的導(dǎo)師歡迎。西藏規(guī)?；た平逃l(fā)展較晚，對力學(xué)的重視程度相對滯后，對實驗的重要性認識不足，導(dǎo)致在基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)中存在諸多繼續(xù)亟需解決的問題，本文從教學(xué)觀念、實驗內(nèi)容和教學(xué)模式等方面開展了“新工科”實驗教學(xué)模式探討。

1 實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 調(diào)查問卷設(shè)置與分析

為全面了解西藏高?；A(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀，以改善本科實驗教學(xué)質(zhì)量，提高本科學(xué)生實踐動手能力為目的，開展《西藏高?；A(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)調(diào)查問卷》問卷調(diào)查。本次問卷調(diào)查采用不記名方式進行，內(nèi)容涵蓋了學(xué)生對高校實驗課程的總體印象、對實驗教學(xué)模式的看法、以及實驗教學(xué)改革的認識和意見四個方面。目的是為了調(diào)查學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)實驗課程的認識程度、對理想實踐教學(xué)課堂的期待、更能接受和更受益的教學(xué)模式以及提高自身興趣和主動性的教學(xué)意見等。設(shè)計方案以實驗教學(xué)改革更能貼近教學(xué)為目的，再結(jié)合有過成功實例的高校以及研究去深化教學(xué)改革[4]。本次共發(fā)放205份調(diào)查問卷，收回有效問卷182份。

1.2 存在的主要問題

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，41.2%的學(xué)生認為目前的實驗教學(xué)模式僵化，體現(xiàn)為“灌輸式”教學(xué)和“填鴨式”教學(xué)，學(xué)生積極性和主動性不足，不利于學(xué)生自主動手能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；48.4%的學(xué)生認為現(xiàn)有實驗設(shè)備陳舊，不能適應(yīng)現(xiàn)有實驗要求，對以后走上工作崗位用處有限；30.8%的同學(xué)認為當前實驗室管理制度不夠完善，甚至在某些方面落后；29.1%的學(xué)生認為當前的設(shè)備和培養(yǎng)模式不能培養(yǎng)出社會需要的技能型人才；52.7%的學(xué)生認為現(xiàn)有的教學(xué)模式不能提高學(xué)習(xí)主動性和積極性，在學(xué)習(xí)過程中會導(dǎo)致厭學(xué)現(xiàn)象；48.9%的學(xué)生認為通過現(xiàn)有的實驗不能發(fā)揮創(chuàng)造性。

綜上所述，在實驗教學(xué)方面存在的問題是以實驗設(shè)備、學(xué)習(xí)積極性不高、創(chuàng)造性不足三方面為主，而學(xué)生對所學(xué)實驗與工作崗位是否需要的認知不足，這與學(xué)生了解社會需求不足有關(guān)系。

圖1 實驗教學(xué)存在的問題

1.3 問題剖析

通過調(diào)查，在針對實驗教學(xué)改革認知以及改革所能帶來的影響方面（見圖2），54.4%學(xué)生認為改革可以打破原有單一實驗教學(xué)模式，為實驗教育教學(xué)帶來更多活力；在教學(xué)改革優(yōu)勢方面，72.5%的同學(xué)認為其能調(diào)動學(xué)生的積極性（見圖3）；68.1%的同學(xué)認為通過改革，能培養(yǎng)出適應(yīng)社會需要的實用性人才。但在現(xiàn)狀教學(xué)中存在不少問題和阻力，57.7%的通過學(xué)認為很多教學(xué)改革會存在片面性，53.3%的同學(xué)認為在改革過程中會出可操作性差；同時，學(xué)生也從自身找到了主觀原因，62.6%的同學(xué)認為自身學(xué)習(xí)主動性不高是影響教學(xué)改革的主要原因，其次是課程教學(xué)模式和學(xué)校的學(xué)習(xí)氛圍，比例均是52.2%；而師資力量和學(xué)校管理制度不是主要原因，但是所占比例也較高，分別為51.1%和50%（見圖4）。通過對調(diào)查問卷的系統(tǒng)分析，實驗教學(xué)現(xiàn)狀主要體現(xiàn)為以下幾個方面的問題。

圖2 實驗教學(xué)改革帶來的影響

圖3 實驗教學(xué)改革的優(yōu)點

圖4 實驗教學(xué)改革存在的問題和阻力

（1）學(xué)生對實驗教學(xué)響應(yīng)程度不高。學(xué)生重理論輕實踐，認為實驗教學(xué)在考試中所占比例低，不能對考試結(jié)果起控制作用，所以在實驗過程中經(jīng)常出現(xiàn)遲到早退現(xiàn)象。其主觀原因主要表現(xiàn)為教師不能提高學(xué)生積極性和創(chuàng)造性，課堂上只觀望不操作，課后直接抄寫實驗數(shù)據(jù)、結(jié)論，提交實驗報告即可。相對其他區(qū)域的高校，區(qū)內(nèi)民族學(xué)生基礎(chǔ)相對薄弱并對學(xué)好專業(yè)知識的認知不深刻，不理解實驗課程開設(shè)的真正意義。而客觀原因主要變現(xiàn)為實驗設(shè)備的老化陳舊和管理制度的僵化，制約和限制了學(xué)生的動手愿望。在調(diào)研對口援藏高校后比較發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)高校學(xué)生與其最大的差距在于學(xué)習(xí)氛圍和人文教育方面不足，對拓寬知識面的向往和提高自身綜合素質(zhì)的追求欲望不強。從而導(dǎo)致西藏高校學(xué)生對實驗課程沒引起足夠重視，對教學(xué)改革提不起興趣，學(xué)習(xí)積極性和主動性也越來越差。

（2）教學(xué)模式單一，教學(xué)內(nèi)容陳舊。試驗教師傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式的主體是教師而不是學(xué)生，試驗教學(xué)內(nèi)容陳舊未及時更新，針對不同專業(yè)沒有突出各自的特點?；A(chǔ)力學(xué)的試驗內(nèi)容主要以模擬性和驗證性為主，如純彎曲梁實驗、門式鋼架實驗等。這類實驗?zāi)Ｐ凸潭?，受力形式不變，操作簡單而機械，導(dǎo)致學(xué)生做完整個實驗也不清楚為什么要測量這個數(shù)據(jù)、為什么要采用這種橋接等。實驗內(nèi)容不具有創(chuàng)新性和綜合性，不能激發(fā)學(xué)生的探索熱情。

（3）師資力量薄弱。由于環(huán)境條件限制，西藏高校提供給教師深造的實踐學(xué)習(xí)平臺和設(shè)施條件有限，與其他高校之間的交流較少，實驗室管理缺乏科學(xué)化和精細化，相互學(xué)習(xí)的機會有限。綜合以上各種因素導(dǎo)致實驗教師的業(yè)務(wù)水平和開拓創(chuàng)新精神均受到制約，實驗教學(xué)方面的師資力量薄弱，專業(yè)素質(zhì)和教學(xué)水平與現(xiàn)有教學(xué)水平不能同步提高，管理能力落后。

2 實驗教學(xué)改革措施

2.1 提高實驗課程比例、優(yōu)化實驗項目

基礎(chǔ)力學(xué)實驗是所有工科類學(xué)生必學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)實驗課程，它的教學(xué)目標是培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力、創(chuàng)新能力以及對工程材料的基本判斷能力，從而引導(dǎo)學(xué)生更好地適應(yīng)新時代工程的新需求。完善高校實驗教學(xué)體系，提高實驗課程在總課時中的比例，增強學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力。

針對實驗理論知識以及本地學(xué)生基礎(chǔ)，編制符合西藏高校的課本輔助學(xué)習(xí)資料；優(yōu)化實驗項目數(shù)目和課程時程分布?；A(chǔ)力學(xué)實驗持續(xù)時間長，然在課時的限制下，后續(xù)操作只能演示或者派代表完成，這樣導(dǎo)致大部分學(xué)生脫節(jié)實驗分析和總結(jié)過程。適當提高實驗課時，使學(xué)生全程都參與，真正理解工科力學(xué)的實踐意義，由接受性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變成探索性學(xué)習(xí)。

在實驗課程單獨教學(xué)的基礎(chǔ)上優(yōu)化實驗組合，把不同力學(xué)和材料的實驗課程連貫起來，開設(shè)綜合性和創(chuàng)新性實驗，使學(xué)生不僅能把理論基礎(chǔ)知識融合起來，還能培養(yǎng)學(xué)生通過獨立設(shè)計實驗方案去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，從而更好的學(xué)好整個專業(yè)?？傮w來說，對整個基礎(chǔ)力學(xué)實驗的改革，關(guān)鍵是人才培養(yǎng)方案的編制、要加強對實驗教學(xué)的重視程度、適當提高實驗課程的比例[5]。

2.2 采用多樣化的實驗教學(xué)方式

在基礎(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)中，各實驗之間既獨立，又交叉。在課程教學(xué)過程中，充分利用多媒體、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)以及電子設(shè)備，結(jié)合教學(xué)實際進行實驗教學(xué)；采用微助教等教學(xué)軟件加強實驗教學(xué)管理；通過課前預(yù)習(xí)，上課面對面簽到，課后網(wǎng)絡(luò)問題解答等手段來對實驗效果進行考核，提升學(xué)生對實驗的重視程度。課堂過程中，簡化講授環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，結(jié)合多媒體教學(xué)模式調(diào)動學(xué)生對試驗的興趣和探索意識。除增加一些基礎(chǔ)力學(xué)原理和實驗設(shè)備工作原理的有關(guān)內(nèi)容外，還應(yīng)加強與課程之間的融合，根據(jù)工程實際情況開展綜合設(shè)計實驗和創(chuàng)新類實驗。

2.3 加強實驗室的建設(shè)和管理

力學(xué)課程培養(yǎng)體系的建設(shè)應(yīng)滿足學(xué)科發(fā)展的需要，并統(tǒng)籌組織實驗室建設(shè)和規(guī)劃。高校在重視實驗的同時，要明確實驗室管理職責，在單獨由實驗室管理或者設(shè)備管理處帶領(lǐng)的基礎(chǔ)上合理的配置實驗設(shè)備資源，使工科的本科教學(xué)和科學(xué)研究協(xié)調(diào)發(fā)展[6]。

實驗教師的教學(xué)能力直接影響著教學(xué)質(zhì)量。隨著2017年7月教育部辦公廳印發(fā)《教育部辦公廳關(guān)于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》，虛擬實驗室和遠程虛擬仿真軟件是實驗課堂教學(xué)的一個趨勢。實驗教師不僅要定時參加相關(guān)實驗設(shè)備規(guī)程的更新培訓(xùn)會，還要打破現(xiàn)狀主動去學(xué)習(xí)和探索實驗教學(xué)的多種可能性。要求實驗教師深入工廠企業(yè)，了解工程實際需要，按需購置實驗設(shè)備，使實驗室設(shè)備與工程實際有效無縫連接。

由于與區(qū)外高校距離相隔較遠，近期疫情起伏不定，實驗教師可以通過線上線下觀摩優(yōu)秀教師授課，學(xué)習(xí)上課技巧和方法，結(jié)合自身特點提高整體教學(xué)能力，可以與部分高校建立合作關(guān)系，共享網(wǎng)絡(luò)資源，共建實驗室。同時，實驗教師要重視外出交流學(xué)習(xí)和工程實踐的機會，通過各渠道學(xué)習(xí)達到拓寬教育視野、提高專業(yè)水平的目的。

3 結(jié)束語

基礎(chǔ)力學(xué)實驗作為基礎(chǔ)力學(xué)課程的有力補充，是理論的升華和運用，也是其他力學(xué)類課程的先導(dǎo)實踐課程，在本科教學(xué)中有舉足輕重的作用。本文以新工科教育為切入點，以針對學(xué)生的調(diào)查問卷為依據(jù)，剖析了西藏高?；A(chǔ)力學(xué)實驗教學(xué)存在的主要問題和教學(xué)改革的必要性，從怎樣提高實驗課程比例激發(fā)學(xué)生主動性；以優(yōu)化實驗項目而提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；通過加強實驗室的建設(shè)和管理以達到實驗室科學(xué)化、精細化管理，保證實驗室安全運行；通過提高實驗教學(xué)的師資力量保證實驗開設(shè)的可持續(xù)性。這一系列的改革措施為工程類課程的教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量的提升提供了創(chuàng)新思維。