工程力学课程中实践教学的建设

罗伟林 杨晓翔

福州大学 福建福州 350108

工程力学课程中实践教学的建设

罗伟林 杨晓翔

福州大学 福建福州 350108

工程力学是一门重要的技术基础课，其中的实践教学环节对于提高学生的科研技术水平、培养学生解决工程实际问题的能力有重要的作用。在“以学生为中心，强化工程意识，培养新型人才”的教学新理念的指导下，福州大学力学实验教学中心进行了管理体制和工程实践教学体系的改革。中心于2007年被评为福建省高校实验教学示范中心，本文结合中心的建设和发展历程，从实践教学理念、实践教学设计、课程开发、教学环境、教学管理、设备应用等方面阐述了工程力学课程中的实践教学建设。

工程力学；教学改革；实践教学

福州大学是一所以工为主，理、工、经、管、文、法、艺多学科协调发展的国家“211工程”重点大学。在党的十六大制定的为我国实现社会主义现代化建设第三步战略部署宏伟蓝图、确定在21世纪头20年全面建设小康社会的奋斗目标的背景下，我校提出了“办学模式从教学主导型向教学研究型转变，把福州大学建设成为具有较强学科相对优势、体现教学研究型办学特色和开放型办学格局的我国东南地区强校”的战略目标，提出了“人才培养是高校办学的根本任务，人才培养的质量是高校工作的生命线，学校的各项工作最终都要落实到培养人才上，必须坚持‘以人为本、质量为先’的基本方针，优质高效地培养符合我国经济社会发展需要的高级科研人才、技术人才和管理人才，提高学生的就业率。让我校所培养的学生对国家经济建设和本省的经济发展作出应有贡献”这一工作方针。

作为以工为主的高校，工科基础知识尤为重要，工程力学正是一门与工程实际密切相关的重要技术基础课。目前，福州大学的工程力学课程主要分为理论力学(A，B)、材料力学(A，B)和工程力学(A，B)3门子课程，根据院系专业的不同，面向全校7个学院十几个专业30多个班开课，每年计1500人以上，在专业培养计划中，工程力学的先修课程有高等数学、大学物理、线性代数等公共基础课，后续课程有机械原理、机械设计、结构力学等专业基础课。工程力学在公共基础课和专业基础课之间起到了重要的桥梁作用。课程目标是使学生具备基础的力学概念、推理方法，同时掌握解决工程中力学问题的基本方法。既培养学生计算能力、分析问题、解决问题的能力，也培养学生的工程能力。

在学校提出的“创业型”大学战略建设目标的指导下，我校进行了创业教育课程新体系建设，相应的，工程力学课程在原有教学改革的基础上，加大了改革的步伐，进行了更加有深度的探索。在教学内容改革上，一方面，随着人文、社科类课程的增加，随着外语教学的加强，以及随着专业面的拓宽和交叉学科的渗透，课程的理论教学课时进一步减少，而给学生以更高的起点来认识工程力学的内容，注重建模能力和解决工程问题能力的培养，突出力学的工程概念；另一方面，随着人才需求的市场化，对学生工程能力的要求更加突出，对实践教学环节更加重视，提出了“以学生为中心，强化工程意识，培养新型人才”的教学新理念，进行了管理体制和工程实践教学体系的改革，实践教学从以往的主要起辅助作用的地位提高到与课堂教学互相配合取长补短的同等地位。同时，配合福建省教育厅要求，我校的力学基础教研室在多方的支持下筹划建立了力学实验教学中心，以进一步提升实验教学的质量和水平。该中心于2007年被评为福建省高校实验教学示范中心，中心基本情况见表1。

表1 福州大学力学实验教学中心基本情况

本文结合中心的建设和发展历程，从实践教学理念、实践教学设计、课程开发、教学环境、教学管理、设备应用等方面简要介绍我校在工程力学课程实践教学方面所做的教学改革探索与实践。

1 实践教学理念

根据教育部“高等学校人才培养质量与创新工程”的总体要求和学校的相关部署，我校提出的实践教学理念坚持传授知识、培养能力、提高素质协调发展。根据学校的发展规划，为适应科学技术的发展和加强学生实验技能，培养创新型、复合型高素质人才的需求，力学实验中心以本科生、教学为主体，兼顾研究生基础力学和专业力学实验，以科研为先导，注意教学与科研、工程应用相结合，把国内外有关科研、工程应用和教学的先进方法和实验手段尽快融入到实验教学中，不断更新实验内容、方法、手段和项目，强化学生的实验技能训练和创新精神培养。

根据这一教学理念，福州大学力学实验中心面向国民经济需要，向学生传授实验技术理论、验证理论知识，培养学生的观察能力、动手能力、分析能力、创新能力，养成理论联系实际、勇于探索的科学精神。努力把中心建设成为在全省范围内具有示范作用的实验教学基地，致力于培养学生工程能力、创新意识和综合素质，致力于建设前瞻性强、资源共享、开放服务的实验中心。

2 实践教学的设计

实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。传统的力学实验教学依附于理论教学，已明显地不能适应当前人才培养的需要。并且学生亲自动手实验的机会很少，这对于加深学生的感性认识和培养动手实践能力是不利的。学生工程能力的培养很大程度上取决于学生动手的能力，因此，基础力学的实验教学应该以培养学生自己动手做实验的能力为出发点。力学实验中心对力学实验教学的功能进行正确定位，追求力学实验教学与理论教学的统筹协调，实验教学与理论教学既有机结合又相对独立，实现从应试教育向素质教育的转变，培养既有坚实的理论基础又有创新意识的新型人才。同时，改变过去以教师为中心的传统教学模式，坚持以学生为主体，充分发挥学生的主动性、创造性，由过去“导入式”转变为“互动式”和“自主式”，鼓励学生个性发展。

实践教学改革需要建立实践教学新体系，实践教学新体系以基础型、综合设计型和研究创新型实践为层次，通过第一层次基础型实践使学生从感性上认识工程概念；通过第二层次综合设计型实践使学生逐步形成工程概念；通过第三层次研究创新型实践进一步提高学生的综合工程素质。这种层次化的设置，以基本操作技能为载体，使学生在学习基本技能和工艺知识的同时，增强工程实践能力，提高综合素质，培养创新精神和创新能力，接触前沿科技，了解科学研究的探索方法。同时通过实施开放式实践模式，实现了课内和课外相结合，教师指导和学生自主性学习相结合，教学和学生的科学研究相结合，从而调动了学生学习的积极性和创造性，激发了学生的创新思维，培养锻炼了学生的综合工程素质。

力学实验中心积极推行全面开放政策，为学生和教师提供良好的实验教学和科学研究平台，做到时间开放、实验内容开放、实验设备开放。开放的目的是既为教师提供科学和工程应用的实验研究平台，又为培养学生的动手能力和创新能力，开设第二课堂，鼓励学生不受时间和内容的限制，自选、自创课题自主进行实验。

3 实践教学课程开发

目前，福州大学力学实验教学涉及7个院系共12个专业约1500名学生，具体学院及专业见表2。

表2 福州大学力学实验中心面向学科专业

目前，福州大学力学实验中心面向基础课、专业课和研究生课分别开设了实验课程，包括：基础课中的理论力学、材料力学和工程力学；专业课中的结构力学；研究生课中的振动基础等。其中，在基础课程中，对理论力学课程，利用理论力学创新实验展板及实物教具，学生可以通过实物演示及展板说明体会静力学、运动学、动力学在工程实际及日常生活中的应用，加强学生的工程能力；静力学、运动学、动力学的计算机模拟仿真实验不仅可以提高学生分析问题解决问题的能力，还可以提高学生的计算机运用能力；学生每人还独立写出一篇力学在工程或在日常生活应用的小论文。小论文的实验已经开展6年。在材料力学课程中，材料力学叠梁实验，叠梁弯曲的应力分布在课堂上没有讲解。要求学生根据材料力学应力分析的方法自行推导两个不同材料的叠梁在接触面固结或滑动的情况下弯曲的应力分布，并自己设计实验验证推导的公式的正确性。培养了学生综合应用材料力学知识分析处理工程实际问题的能力。工程力学课程实际上是由理论力学静力学部分和材料力学组成，主要开设实验与材料力学相同。所有实验都由学生自己动手，并且重新修订、编写实验指导书，开展“三性”实验，大力培养学生动手能力，“三性”实验具体内容见表3。

表3 福州大学工程力学课程“三性”实验

在“三性”实验中，理论力学实验综合性、设计性实验所占比例占80%以上，材料力学实验中综合性、设计性实验所占比例占60%左右。图1所示为我校开设的材料力学关于叠梁实验的设计性创新实验；图2所示为理论力学静力学部分的创新应用实验。

图1 材料力学创新实验—叠梁实验

图2 理论力学(静力学)创新应用实验

4 实践教学环境的建设

从20世纪90年代中期开始，我校工程力学课程的实验室建设取得不断改善，体现在：1996年，投入经费50多万元，新建设了纯弯曲和弯扭组合变形实验室，购置了20多套实验设备，可以做到学生一人一组，还增添了数显电子拉伸试验机。2003年建成力学参数测定实验室。2004年，投入经费150万元，打破理论力学长期没有实践教学环节的局面，在我省高校中首次开设了“理论力学创新实验”“动力学参数测定试验”和“计算机仿真实验”，彻底改变了实践教学落后的局面。2005年建成材料力学综合与创新实验室。2006年形成力学实验基地。2007年，在新校区实验室建设的契机下，将力学实验室进一步扩充整改，建立了力学实验教学中心，同年力学实验教学中心被评为“福建省力学实验教学示范中心”。

福州大学力学实验教学中心实验用房面积约600m2，目前下设9个实验室，设备固定资产总值多达300多万元。中心建有完善的管理体制和实验室开放运行机制，使实验资源得到了优化和利用；制定了教师、学生实验规则，实验质量评价体系和实验室人员的考核体系，对实验教学的质量进行有效的控制。建立了实验教学中心网站，提供学生利用网络进行学习的条件。在设备管理和使用方面，学校和中心制定了一系列的安全管理制度，对工程实践规定了安全技术守则、操作人员安全操作规范，对具体设备详细制定了设备安全操作规范、操作人员安全使用规范，做到有章可循，制度规范。中心成立中心主任挂帅的安全领导小组和工作小组，制定了安全防火紧急预案，应急设施和措施完备，确定了安全责任人，层层签订安全责任书，定期和不定期进行安全检查，发现隐患及时整改，做到了以人为本，防微杜渐、消除隐患。

5 教学管理

福州大学力学实验教学中心是以机械工程及自动化学院、土建学院等相关学科为背景的实践教学基地，实行学术委员会领导下的中心主任负责制。中心人员实行专职为主、专兼结合的主任聘任制和学术委员会制度，使中心人才资源与其他各院系人才资源交融与共享，达到理论教学队伍与实践教学队伍的动态平衡。为了加强规范化管理、加快中心建设和可持续发展、保证教学质量稳定和不断提高，保障贯彻教学理念和实施教学新体系的顺利进行，学院出台了与之配套的实践教学管理体系。实践教学管理体系由教学质量保障与监控体系和组织管理体系组成，并通过制度和政策来保证落实，保证了中心教育教学资源统筹调配。同时，学院保证中心充足的运行经费，保证中心教学工作的正常有序进行。

为了贯彻教学理念、稳定教学质量、保证训练项目的实时性和先进性，学校和学院，完善并制定了一系列与之配套的教学督导制度。教学执行机构由学术委员会、工程实践教研室、教学组组成，层层落实实践教学责任，保证了理论教学与实践教学的统筹协调；质量保证机构由学校教学督导组、学院教学督导小组组成，执行学生评价、教师互评的评价制度，采取学院教学督导小组督导、学校教学督导组抽查、学术委员会把关的措施，对教学质量起到有效的督导与保证，形成了由规划、实施、督察到持续发展的教学质量保障与监控体系。

在管理制度方面，中心制定了一系列相关政策和管理制度、实践指导技术人员的考核聘任办法，坚持在制度面前人人平等,保证了实践教学的正常、有序及高效。主要包括如下制度：(1)对实验教学工作量考核及津贴发放实施细则；(2)中心对外服务管理办法；(3)中心设备管理制度；(4)中心教学管理制度；(5)中心安全规程汇编。对实践教学人员，主要从教学内容、教学方法、教学态度、教学效果等4个方面进行考核和评价。

6 实践教学设备应用

福州大学力学实验教学中心的仪器设备购置的经费来源主要是学校实验室建设资金(包括学校自筹资金、“211”建设资金)以及通过立项的中央与地方共建基础实验室专项资金。中心所建设的内容、购置设备，都经过专家的充分论证，以保证建设具有一定的前瞻性，设备品质精良，组合优化。近年来，随着学校对力学实验中心投入力度的加大，中心的教学条件得到很大改善；教学设备更新率、利用率均有大幅度提高，保证了本科工程实践教学的正常进行。目前，中心大多数设备维护良好，90%以上能正常运行，材料力学基本实验(拉压、弯曲、组合变形)、理论力学参数测定以及理论力学创新实验，开出率达100%，面向全校12个专业1500名学生，几乎每天都有实验。材料力学创新实验(叠梁实验也经常开展)，设备利用率高。

为了确保实践教学的正常进行，学校、中心建立和健全了一系列设备管理制度和措施。中心设有专门机构(设备管理组)，由中心副主任负责，对中心仪器设备的使用和维护情况进行定期检查。中心采用仪器设备专人负责制，负责仪器设备日常使用保养、记录设备使用状态并及时报告仪器设备故障情况。设备维护维修费经费足额到位，专项管理。学校按中心设备总值3%下拨设备维护维修费，设立专项基金，按需使用，由实验室建设与设备管理处管理。

7 结束语

几十年来，福州大学力学教研组(课程组)在教学严谨性和学生的教育质量方面为国内同行所赞许，2003年工程力学课程被评为省级精品课程，是福州大学首批精品课程之一；2007年力学实验教学中心被评为福建省省级实验教学示范中心,是福建省惟一的力学省精品课程和省示范中心。在实践教学改革方面,通过实施开放式实验模式,实现了课内和课外相结合,教师指导和学生自主性学习相结合,教学和学生的科学研究相结合,从而调动了学生学习的积极性和创造性,激发了学生的创新思维。力学实践中心开展的创新实验提高了学生的创新能力和工程建模能力。每名学生在创新实验后均写出2000字以上的小论文。通过求解器的使用,掌握了建模的基本方法和工程思维能力,使学生具备了4个方面的能力，即对复杂工程对象正确建立力学模型的能力；对这些力学模型进行力学分析的能力；力学的基本概念判断分析结果正确与否的能力；对工程结构进行力学建模和创新的思维能力。

为进一步提高实践教学水平和教学质量，中心将立足于地方，放眼全国，与时俱进，不断发展，逐步成为在国内具有广泛辐射和示范作用的、办学水平与国内知名大学接轨的综合型实践教学基地、省内高校相关专业资源共享的基地。计划在以下几方面加强建设：(1)中心将多渠道筹措资金加强硬件建设；(2)进一步完善教学体系，坚持实践教学改革；(3)加强师资队伍、管理队伍的建设；(4)进一步完善网络化教学环境。

[1]艾薇，侯作富，周思柱.理论力学课程教学的现状与教学改革的探索[J].力学与实践，2009，31(5)：75～77

[2]乔雅敏.材料力学精品课的建设与实践[J].交通科技与经济，2008，46(2)：127～128

Abstract: Engineering mechanics is one of the most important technical basic courses. Practical teaching plays an important role to undergraduates in cultivating the abilities of scientific research and solving engineering problems.Under the direction of new teaching idea, i.e., centering on undergraduates, strengthening consciousness of engineering and educating new type of professionals, innovations about management system and practical teaching system are conducted by the mechanical experimental centre of Fuzhou university. The centre was awarded as one of the experimental teaching demonstration centers in Fujian colleges and universities. This paper elaborates the development courses of the practical teaching in engineering mechanics, from the teaching idea, teaching project, course exploitation, teaching environments, teaching management and equipment applications.

Key words: engineering mechanics; teaching innovation; practical teaching

Practical teaching in engineering mechanics course

Luo Weilin, Yang Xiaoxiang
Fuzhou university, Fuzhou, 350108, China

2010-12-20

罗伟林，博士，讲师。杨晓翔，博士，教授。