“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索

［摘 要］ “工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為工科專業(yè)“工程力學(xué)”課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，改革勢(shì)在必行。對(duì)以往“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題進(jìn)行了分析研究，并從實(shí)驗(yàn)課思想認(rèn)識(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)考核方式等四個(gè)方面提出了相應(yīng)的改革措施，著重培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)員的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和研究作風(fēng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，在提高力學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的基礎(chǔ)上，還要使課程有溫度和態(tài)度，培樹學(xué)員科學(xué)精神、工匠精神、家國(guó)情懷和擔(dān)當(dāng)意識(shí)，為其他實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革提供了指導(dǎo)和借鑒，在培養(yǎng)高素質(zhì)的軍事人才中發(fā)揮了重要作用。

［關(guān)鍵詞］ 工程力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

［基金項(xiàng)目］ 2020年度海軍航空大學(xué)教學(xué)成果立項(xiàng)培育項(xiàng)目“德與技同行、軍與工相融——面向航空機(jī)務(wù)類專業(yè)《工程力學(xué)》教材建設(shè)與實(shí)踐”（海航參教〔2020〕787號(hào)）

［作者簡(jiǎn)介］ 岳艷麗（1988—），女，山東威海人，碩士，海軍航空大學(xué)航空基礎(chǔ)學(xué)院講師，主要從事機(jī)械維修與力學(xué)研究；屈彩虹（1976—），女，江蘇徐州人，碩士，海軍航空大學(xué)航空基礎(chǔ)學(xué)院副教授，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論與有限元分析研究；王朋朋（1979—），女，山東德州人，碩士，海軍航空大學(xué)航空基礎(chǔ)學(xué)院講師，主要從事基礎(chǔ)力學(xué)研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）29-0065-04 ［收稿日期］ 2024-03-13

“工程力學(xué)”課程是工科院校多數(shù)專業(yè)的一門必修課程，“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)是該課程的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校本科教學(xué)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以讓學(xué)員更好地理解課堂講授的理論知識(shí)，同時(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)員實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新思維，提高學(xué)員的動(dòng)手能力。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論的正確性，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，更好地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題［1］。因此，對(duì)于“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革與探索，更好地培養(yǎng)學(xué)員在扎實(shí)掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐的能力，才能符合國(guó)家及部隊(duì)對(duì)于人才的培養(yǎng)要求，從而培養(yǎng)出高素質(zhì)的軍事人才。

一、以往“工程力學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

（一）對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不夠重視

在傳統(tǒng)教學(xué)觀念上，教員和學(xué)員對(duì)實(shí)驗(yàn)課程都存在一定程度的思想認(rèn)識(shí)不足，普遍認(rèn)為實(shí)驗(yàn)附屬于理論課，并沒有重視其應(yīng)有的地位。

部分教員認(rèn)為“工程力學(xué)”課程的主要內(nèi)容是課程理論知識(shí)，學(xué)員應(yīng)重點(diǎn)掌握靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和材料力學(xué)等理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。而力學(xué)實(shí)驗(yàn)僅是對(duì)材料力學(xué)部分內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)授課方法也過于死板，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重視程度不夠［2］。

多數(shù)學(xué)員認(rèn)為“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)是由教員提前準(zhǔn)備好的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪菍?duì)材料力學(xué)部分理論知識(shí)的鞏固與復(fù)習(xí)。課堂上只是機(jī)械模仿，完全屬于那種完成任務(wù)式的學(xué)習(xí)，根本沒有反映出實(shí)驗(yàn)課是能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)［3］。由于實(shí)驗(yàn)過程一般都分組進(jìn)行，而分組學(xué)員又無明確分工，因此學(xué)員之間互相推脫，依賴性較強(qiáng)，個(gè)別學(xué)員更是存在摸魚現(xiàn)象，等著“吃”現(xiàn)成的。

（二）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足

根據(jù)課程教學(xué)計(jì)劃，海軍航空大學(xué)本科“工程力學(xué)”課程教學(xué)總學(xué)時(shí)為60學(xué)時(shí)。課程整體學(xué)時(shí)較之前相對(duì)壓縮，而課本講授內(nèi)容不變，為保證課本理論知識(shí)的完整性，進(jìn)而壓縮實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。目前實(shí)驗(yàn)只占8學(xué)時(shí)，并且在實(shí)驗(yàn)課上，還需要講授實(shí)驗(yàn)課程理論部分內(nèi)容，這就造成了學(xué)員自主動(dòng)手操作時(shí)間進(jìn)一步被壓縮。

目前，實(shí)驗(yàn)室所使用的設(shè)備為YDD-1型多功能材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)和YJC-1000型開放式材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地限制，設(shè)備數(shù)量也有限，而每個(gè)班次學(xué)員人數(shù)基本在40人左右，學(xué)員在實(shí)驗(yàn)過程中必須分組進(jìn)行，小組人數(shù)過多，導(dǎo)致分配到每位學(xué)員的實(shí)驗(yàn)時(shí)間又進(jìn)一步減少。如何在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)內(nèi)充分培養(yǎng)學(xué)員動(dòng)手能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力，給教員和學(xué)員提出了更高的要求［4］。

（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排不合理

根據(jù)課程教學(xué)計(jì)劃，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上主要包括靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、材料力學(xué)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)五大部分，各部分之間相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。

但“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容沒有更新，還是按照傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一、落后，且許多定義與現(xiàn)行相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不符，實(shí)驗(yàn)也大多是驗(yàn)證性和演示性的實(shí)驗(yàn)，學(xué)員容易失去對(duì)“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程探索的興趣與熱情，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得程序化、形式化，并且結(jié)合工程實(shí)際的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)幾乎沒有，因此不能有效地引導(dǎo)學(xué)員將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐中，嚴(yán)重限制了教員教學(xué)水平的提高和學(xué)員能力、素質(zhì)的培養(yǎng)，遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果［5］。

（四）實(shí)驗(yàn)考核方式流于形式

以往的“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)考核主要是以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為評(píng)定依據(jù)，并且每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都需要出一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等常規(guī)內(nèi)容。其中一些內(nèi)容對(duì)學(xué)員實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘]有顯著作用，反而增加了學(xué)員課后書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)間，導(dǎo)致部分學(xué)員對(duì)此進(jìn)行敷衍了事，往往一個(gè)學(xué)員完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其他學(xué)員進(jìn)行“復(fù)制拷貝”，使得實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲現(xiàn)象日益加重［6］。

二、“工程力學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

基于高素質(zhì)的軍事人才培養(yǎng)要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為工科專業(yè)“工程力學(xué)”課程教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)，改革勢(shì)在必行［7］。針對(duì)目前“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，課程組從思想認(rèn)識(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)考核方式等四個(gè)方面提出了相應(yīng)的改革措施。

（一）提高實(shí)驗(yàn)課思想認(rèn)識(shí)

雖然“工程力學(xué)”理論學(xué)時(shí)所占的比重遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，但教員應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)實(shí)操與工程實(shí)例結(jié)合所帶來的應(yīng)用價(jià)值，轉(zhuǎn)變部分教員在“工程力學(xué)”課程教學(xué)中重理論、輕實(shí)驗(yàn)的教學(xué)理念。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教員應(yīng)投入更多的精力，并在課堂上向?qū)W員闡明實(shí)驗(yàn)在“工程力學(xué)”課程中的地位與作用，使學(xué)員從思想上重視實(shí)驗(yàn)，理解實(shí)驗(yàn)才是檢驗(yàn)理論知識(shí)的應(yīng)用和解決實(shí)際工程問題的重要途徑。通過“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)員的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力與應(yīng)用動(dòng)手能力能夠得到更好的提高［8］。

（二）調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)員為主體，以教員為主導(dǎo)，增強(qiáng)學(xué)員的動(dòng)手實(shí)踐能力，而教員在上課時(shí)要嚴(yán)格按照課程教學(xué)計(jì)劃的安排進(jìn)行課堂授課。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)只有8學(xué)時(shí)，針對(duì)“工程力學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少的情況，可以調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，充分利用線上線下、課內(nèi)課外的教學(xué)資源，提升學(xué)員對(duì)知識(shí)技能的正確理解和快速掌握，為課堂實(shí)驗(yàn)留下充足的動(dòng)手操作時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用“線上預(yù)習(xí)+虛擬實(shí)驗(yàn)+線下實(shí)操”相結(jié)合的方式開展，學(xué)員課前依托工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程自主學(xué)習(xí)與管理平臺(tái)上的視頻資源對(duì)某實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目展開自學(xué)預(yù)習(xí)，根據(jù)視頻了解實(shí)驗(yàn)操作流程，然后利用自主開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行虛擬操作，以鞏固視頻學(xué)習(xí)的內(nèi)容，如圖1所示。以此作為基礎(chǔ)，課堂上教員精煉講授內(nèi)容，避免反復(fù)講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟等，留下充足實(shí)操時(shí)間給學(xué)員，盡量保證每位學(xué)員都能自主動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，教員加強(qiáng)規(guī)范操作的監(jiān)督與指導(dǎo)，提升學(xué)員裝備安全操作意識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)員技能操作的規(guī)范性和熟練性。

（三）改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

以往“工程力學(xué)”的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯然已不能滿足目前新型軍事人才的培養(yǎng)目標(biāo)，只有通過課程改革，增設(shè)具有工程應(yīng)用背景和設(shè)計(jì)性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，才能使學(xué)員充分掌握主要的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。因此，為了既能發(fā)揮學(xué)員的主觀能動(dòng)性，又能使學(xué)員將主要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容掌握好，滿足工程實(shí)踐的要求，根據(jù)“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的特點(diǎn)，調(diào)整課程教學(xué)計(jì)劃，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做了適當(dāng)?shù)母潞头诸悾?］。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要?jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)層次，如圖2所示，對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用不同的實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行教學(xué)。

1.驗(yàn)證性。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)以材料力學(xué)性能測(cè)試為主，要求學(xué)員掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作及實(shí)驗(yàn)的基本原理，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步鞏固常用工程材料低碳鋼Q235和鑄鐵HT200力學(xué)性能方面的知識(shí)，加深對(duì)材料的塑性指標(biāo)和強(qiáng)度指標(biāo)的理解。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為：設(shè)備操作與軟件使用、拉伸實(shí)驗(yàn)、壓縮實(shí)驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。

2.設(shè)計(jì)性。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以電測(cè)實(shí)驗(yàn)為主，要求學(xué)員學(xué)習(xí)掌握一種新的實(shí)驗(yàn)思想和測(cè)量方法，將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電測(cè)量，以及理解應(yīng)變片和應(yīng)變花的使用和原理。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三選一，分別為：E、μ電測(cè)實(shí)驗(yàn)、梁彎曲正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)和彎扭組合實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)只給學(xué)員設(shè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)要求，讓學(xué)員自由組隊(duì)，自行設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)員需要利用所學(xué)知識(shí)開動(dòng)腦筋，大膽探索，彼此啟發(fā)，互相協(xié)作［10］。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)強(qiáng)化了學(xué)員在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主體地位，同時(shí)加強(qiáng)了學(xué)員對(duì)理論知識(shí)的理解，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。

（四）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考核方式

基于人才培養(yǎng)的要求，實(shí)驗(yàn)課程更需要考核學(xué)員的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)情況。因此，對(duì)于“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的考核應(yīng)更加注重過程考核，不能只以實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為判定成績(jī)的依據(jù)，需要綜合學(xué)員在課前線上預(yù)習(xí)的效果、課中實(shí)驗(yàn)實(shí)操表現(xiàn)和課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告總結(jié)等多方面情況評(píng)定。

1.課前預(yù)習(xí)小測(cè)。通過工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)課程自主學(xué)習(xí)與管理平臺(tái)上的課前小測(cè)進(jìn)行答題并提交答案，占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的40%。

2.精煉實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容。去掉傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)步驟等抄寫內(nèi)容，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次，提交兩份綜合性的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中只包含實(shí)驗(yàn)曲線、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)分析等核心要素。其中實(shí)驗(yàn)曲線和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本能夠反映出學(xué)員課堂實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)的優(yōu)劣，實(shí)驗(yàn)分析則能夠提高學(xué)員對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)與分析能力，并極大地減少了學(xué)員撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)間。兩份綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的60%。最終，工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)按一定比例計(jì)入工程力學(xué)期末總成績(jī)。

結(jié)語(yǔ)

“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程作為工科專業(yè)的一門重要的實(shí)驗(yàn)課，課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。從改革之后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中，可以發(fā)現(xiàn)教員從傳統(tǒng)“灌輸式”教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹?lì)啟發(fā)式”教學(xué)模式，學(xué)員從被動(dòng)接受的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索的學(xué)習(xí)方式；充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的線上線下資源，開放實(shí)驗(yàn)設(shè)備，將學(xué)員的學(xué)習(xí)時(shí)間從課內(nèi)拓寬到課外；更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由學(xué)員自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，加強(qiáng)了學(xué)員對(duì)理論知識(shí)的理解，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力；改革考核方式、精煉實(shí)驗(yàn)報(bào)告、綜合評(píng)定學(xué)員實(shí)驗(yàn)實(shí)操表現(xiàn)及課后實(shí)驗(yàn)總結(jié)等多方面。

以“工程力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題為例，為了提高教學(xué)質(zhì)量，需要教員在教學(xué)過程中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的細(xì)微處入手，既要生動(dòng)形象地傳授給學(xué)生力學(xué)知識(shí)，也要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生力學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，還要使課程有態(tài)度、有溫度，培養(yǎng)學(xué)員的科學(xué)精神、工匠精神、家國(guó)情懷和擔(dān)當(dāng)意識(shí)，同時(shí)要使學(xué)員樹立正確、科學(xué)、積極的人生觀和價(jià)值觀，培養(yǎng)踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀的全方位軍事人才［11］。

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Reform and Exploration of Experimental Teaching in Engineering Mechanics

YUE Yan-li， QU Cai-hong， WANG Peng-peng

（School of Basic Sciences for Aviation， Naval Aviation University， Yantai， Shandong 264001， China）

Abstract： As an important part of the teaching of engineering mechanics courses in engineering majors， the reform of experimental teaching in Engineering Mechanics is imperative. An analysis and research were conducted on the problems existing in previous engineering mechanics experimental teaching， and corresponding reform measures were proposed from four aspects： understanding of experimental course ideology， experimental teaching strategies， experimental teaching content， and experimental assessment methods. Emphasis was placed on cultivating and developing students’ self-learning awareness， research style， innovation spirit， and practical ability. On the basis of improving the comprehensive application ability of mechanics knowledge among students， it is also necessary to make the course have an attitude and warmth， cultivate students’ scientific spirit， craftsmanship spirit， patriotism， and sense of responsibility， providing guidance and reference for the teaching reform of other experimental courses， and playing an important role in cultivating high-quality military talents.

Key words： Engineering Mechanics; experimental teaching; teaching reform