建设高水平实验室 培养高水平人才—访哈尔滨工业大学力学实验教学中心主任孙毅教授

□本刊记者 安 健 张 鹏

建设高水平实验室 培养高水平人才—访哈尔滨工业大学力学实验教学中心主任孙毅教授

□本刊记者 安 健 张 鹏

哈尔滨工业大学力学实验教学中心主任孙毅简介

孙毅，1982年毕业于哈尔滨工业大学基础部工程力学专业，1989年在哈工大获得工学博士学位，1989～1991年在法国电力公司研究与发展部力学与管道工艺研究所做博士后研究工作。1995年评为教授，1997年评为博士生导师。现任哈尔滨工业大学航天科学与力学系主任、国家工科力学基础课程教学基地负责人，教育部基础力学教学指导委员会委员，教育部国家级实验教学示范中心联席工作委员会力学学科组组长，哈尔滨市专家咨询顾问委员会委员。先后获得国家教学名师奖、国防科学技术进步奖、黑龙江省青年科技奖、国防科工委优秀教师和黑龙江省杰出青年基金等奖励与荣誉。

孙毅同志自1992年回国后一直工作在教学、科研第一线，年均授课时数超过150学时，其中一半为本科生基础课。同时，作为项目负责人，先后主持了国家“九五”重点项目“力学系列课程改革”和“国家工科基础课程教学基地建设项目”的工作；主持和完成了黑龙江省新世纪教学改革工程项目“基础力学创新实验教学体系研究”；与清华大学、上海交通大学等校合作，完成了教育部“十五”规划项目“基础力学实验教学示范中心标准研究”；承担了理论力学国家精品课程和全国百部精品教材的建设工作；先后获得省教学成果一等奖6项，二等奖2项。同时作为项目负责人先后承担了20余项国家和省部级科研项目的研究工作，发表论文100余篇，其中半数以上被SCI、EI收录。

问：自2005年教育部启动“高等学校实验教学示范中心建设和评审工作”以来，哈尔滨工业大学在国家级示范中心建设中的指导思想是什么，采取哪些措施加强力学实验教学中心建设？

答：2006年12月，中心被评为国家级力学实验教学示范中心以来，得到了学校的大力支持。学校结合教育部关于国家实验教学示范中心建设工作的有关要求，于2007年制定了包括配套经费、人员聘岗、实验教学用房等方面的相关措施与支持条件，保证教学中心的建设工作顺利开展。确立了“实验室是教学、科研的基地，是培养创新人才的实践课堂，是宣传学校以及向社会开放的窗口。实验教学对学生综合素质的提高，特别是培养学生的创新思维和创新能力，具有不可替代的独特作用。一流的大学不仅要以高水平的教师队伍为依托，更需要有高素质、高水平、稳定的实验教学队伍作支撑。要提高教学水平、产生高新科研成果、培养高水平的人才，就必须要有高水平的实验室，其中实验教学队伍的建设是高水平实验室建设与发展的关键因素之一”的指导思想。

值得突出强调的是，学校在正高职名额紧张的情况下，设立实验教学系列职称单独评定政策，有力地促进了实验教学中心师资队伍的建设工作，为中心工作的开展创造了有利条件。到2010年底，我中心已有3名教师被评为教授级高级工程师。此外对实验教师的在岗培训也进一步重视，使得中心实验教师的业务水平和学历水平得到进一步提升。

在实验室建设方面，自2009年学校在“211工程”三期、“985”三期及二期尾款、国防特色学科建设、实验创新平台等建设项目中，大力支持力学实验教学示范中心建设，总投资达800多万元。

问：随着教育改革的不断深化，各高校自制了许多仪器设备用于培养学生的实践能力和创新思维，您能向我们推荐2～3件贵中心自制的仪器设备，并简要介绍其在教育教学及人才培养中发挥的作用吗？

答：1.压杆临界载荷测量系统

该系统是我中心建设的一项重要的标志性成果，它采用振动方法解决航天工程中压杆稳定临界载荷的无损测量问题(如图1所示)。这一实验设计将理论力学和材料力学课程知识相融合。设计的装置不仅在压力状态下实现临界压力确定，还能在拉力状态下实现临界压力确定，已获国家发明专利。其特色为：(1)该实验装置具有机动、手动2种加载方式，其中加载手轮同时可以充当判断机动加载时电机转向、快慢的标志，便于操作。(2)无级调速控制系统和滚珠丝杠进给系统，能保证该装置在额定最低进给速度0.05mm/min时，无爬行现象。(3)测力仪的载荷测量误差小于0.1%FS。(4)仅用一个传感器即可完成挠度与振动信号的无接触测量；信噪比高，保证了信号分析的质量。(5)具有拉压两用的多种约束结构，完成在轴向拉伸状态下对细长受压杆临界载荷测量。

图1 振动法测量压杆临界载荷

该实验实现了课程间的融会贯通。该实验的设立提高了学生对所学知识的理解深度及综合运用能力，为学生独立思考和综合应用所学力学知识创造了条件。

2.动静荷载测量实验教学装置

动静荷载测量的实验教学装置(如图2所示)是在研究人员3项专利基础上设计开发的，该实验系统巧妙利用材料力学电测法的基本原理与方法，实现对车辆在不断轨的条件下进行动静载荷测量，是具有很强工程应用背景的综合实验。本实验的传感装置是通过在梁的无支撑段底面上，按特定分布的点上贴应变片，梁底面上的应变片接成特殊的电桥，当行进中的小车通过或静止在测量区时，称重梁将力信号转变为电信号，通过屏蔽线传送给动态应变仪及A/D转换系统，并由计算机对数据进行后处理，从而得出称重结果。

该传感区域设计的特点是：荷重测量结果只和传感区域内的载荷有关。因此，测量区外的载荷无论怎样增加或减少(包括改变支撑个数)；还是移远或移近，都不会改变称量的结果，从而实现在连续梁上动、静载荷的测量。

3.NC-50型扭矩仪

由中心自主研制的NC-50型扭矩仪(如图3所示)，于2008年7月通过学校专家鉴定，具有结构简单、整机体积小、造价便宜、操作简便、使用可靠、测试试样尺寸小，实验成本低、测量精度高并融合现代测试技术等特点，适用于开放式实验教学。该设备用于我校本科生教学实验，取得非常好的效果，被辽宁工程技术大学实验室建设所采用。

图2 动静荷载测量实验教学装置

图3 NC-50型扭矩仪

问：仪器设备使用率低是各实验室共同面临的一个突出问题，请问哈尔滨工业大学力学实验教学示范中心在维持仪器设备正常运营为教学及科研提供优质服务采取了哪些有力措施？

答：1.在教学方面，为提高仪器设备使用率，中心所有教学实验采用网上预约的方式进行，学生每组最多2人，教师采用值班制。这样，虽然教师工作量大幅度增加，但仪器设备的使用率和房间空置率明显减少。同时也在办学经费紧张，不能增加仪器设备台套数的情况下，最大限度地满足了实验教学的基本要求。该方式突出地体现在材料性能测试实验上，每年到我中心进行金属材料拉伸与压缩实验的学生大约在2000人左右，而每次最多只能来12人，有时只有几个人，通过网上预约和教师值班制度的实施，很好地满足了学生的教学实验需求。

2.在科研方面，我校建立的大型仪器设备公用平台及中心的网站上，提供中心的仪器设备基本情况和功能，制定合理的使用标准，供校内外科研人员进行科研实验。

3.通过对本系教师减免收费等措施的实施，鼓励本系教师和研究生开展科研实验，以提高设备使用率。

问：每个国家级“实验教学示范中心”都有自己的特色，哈尔滨工业大学力学实验教学示范中心作为本学科的组长单位其特色更加显著，您能简要为我们介绍一下贵中心的突出特色吗？

答：1.以人才培养为根本，改革实验教学体系与内容，在“面向21世纪力学系列课程改革”项目工作的基础上，建设了具有哈工大特色的力学创新实验教学体系，重点突出不同课程、不同层次实验教学内容的交叉联系，在实验教学中实现多门基础力学课程的融会贯通。

2.依托哈工大力学学科的国防与航天特色，利用科研成果研制开发具有较高水准、融合多门基础力学课程内容的综合性、研究性实验，形成了高起点、实践性与设计性强、突出综合能力与创新能力培养的实验教学体系，为培养学生的综合素质与创新能力提供了良好的平台。

3.大力开展开放式实验教学，增加实验方案的自主性与设计性，加强对学生基础理论、基本技能与综合素质的全面培养和提高(如图4所示)。

图4 开放实验

4.设立专职与兼职人员相结合的师资队伍建设模式，充分发挥国家精品课程和国家教学名师的影响作用，促进实验教学改革与课堂教学改革的融合，不断推出高水平的实验教学成果，立足边陲、辐射全国，在力学实验教学与改革领域起到示范作用。

问：自示范中心成立以来哈尔滨工业大学力学实验教学示范中心在您的领导下取得了丰硕的建设成果，其中很多成果值得推广与借鉴，您能给我们介绍贵中心近年来取得的一些较为突出的建设成果吗？

答：结合力学实验示范中心建设，本着“依托学科优势，注重力学作为基础科学与工程科学联接桥梁的重要作用，在实验教学中全面培养学生独立思维和综合解决问题能力”的指导思想，建设了具有哈工大特色的力学创新实验教学体系；研制开发各类教学实验项目34个，其中，利用科研成果开发较高水准的综合性实验项目5个、研究性实验项目3个；建成9个开放实验室；实验改革成果获省级教学成果一等奖3项、二等奖5项；获国家发明专利5项；发表教学文章10篇；编写实验教材2本；获全国大学生挑战杯科技创新竞赛一等奖1项，校本科生科技创新一等奖4项；提供给国内15所院校自制实验教学设备93套。

本中心通过增加实验方案的自主性与设计性，提高了学生应用理论知识的能力；通过创新实验教学体系的建立，改变了实验课被动附属于理论课教学的状况，突破了以往实验教学内容单一、教学形式封闭的模式；通过较高水准的综合性、研究性实验的开发，解决了教学与工程实际相脱节的问题，使学生加深了对课程内容的理解、拓宽了思路、激发了进行创新思维的动力；通过优化教学资源，使课堂教学改革与实验教学改革相互促进、协调发展。

编后语：哈尔滨工业大学力学实验教学示范中心，在建设与评审过程中积累了大量成功经验，成效显著。其自制的仪器设备不仅使本中心实验教学与人才培养如虎添翼，还为兄弟院校学生实践能力提高做出了贡献。在学校、院系和中心各级领导及教职工的共同努力下，中心于2006年被评为国家级力学实验教学示范中心，对力学实验教学中心建设做出了表率。在此，我刊祝愿哈尔滨工业大学力学实验教学中心在孙毅主任领导下取得更大的成绩，为高水平人才培养做出更多贡献。