面向卓越工程师培养的工 程力学实验教学改革与实践

沈超明 宋向荣 汪雅棋 邓小青

1 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏 镇江 212003 2 江苏科技大学教务处 江苏镇江 21 2003

面向卓越工程师培养的工 程力学实验教学改革与实践

沈超明1宋向荣1汪雅棋1邓小青2

1 江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏 镇江 212003 2 江苏科技大学教务处 江苏镇江 21 2003

从培养卓越工程师的需要出发，构建新的工程力学实 验教学体系，并从评价模 式、教学理念、装备建设和师资建设等方面进行探索和实践，总结 增强工程力学实验教学效果的具体措施和经验。

卓越工程师；工程力学实验；装备建设；师资建设

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.12.120

*江苏高校优势学科建设工程资助项目（无编号项目），江苏科技大学教改项目（编号：101040126）。

作者：沈超明，本科，实验师，主要从事实验力学及工程测试技术的研究。

卓越工程师教育培养 计划是一项面向高等工程教育的重大教改项目，要顺利推进该项目，就必须构建教学质量保障和评价的新体系[1]。实验教学是教学体系中的重要一环，它可以帮助学生理解和巩固理论知识，培养学生的实践能力、创新能力以及实事求是的工作作风，这些正是卓越工程师所必需的基本素养。基础力学的实验教学涉及的工科专业多，影响面也较广，其重要性是显而易见的。但与此不相协调的现实是目前基础力学的实验教学在很多高校并未得到足够的重视，主要表现为：实验教学长期处于从属地位，教学内容以验证理论课的基本知识点为主，陈旧而缺乏更新，且教学手段单一；不能为学生创造独立思考和动手实践的空间等；在教学模式上往往是教师机械地灌输实验内容，学生被动地接受学习，依葫芦画瓢，这样根本不能激发学生获取知识的强烈愿望，极易造成学生的思维局限 性和心理惰性，难以满足对学生进行工程实践能力训练的需要[2]。

上述弊病直接导致学生对实验兴趣索然，甚至敷衍了事，教学效果根本无从保障。在国家大力推进卓越工程师教育培养计划的背景下，笔者所在学校有多个专业被列入培养计划。为使基础力学的实验教学取得较好的教学效果，更好地培养学生的创新能力和工程实践能力，将原有的基础力学实验整合成一门工程力学实验课程，建立新的教学体系，同时从评价模式、装备建设、师资建设等方面做了一些有益的探索和实践。

1 重构教学体系 培养创新能力

1.1 实验独立设课，拓展教学自主权和改革空间

要构建培养创新人才的教学体系，实验教学环节要尽可能地独立开设实验课[3]。实验独立设课，不仅有利于实验教学的改革，还可以提高实验教学的地位，便于对实验进行科学管理，有利于实验室对学生开放，提高学生的重视程度[4]。为此，对理论力学和材料力学的课内实验内容进行整合和扩充，开设工程力学实验课程。围绕如何适应创新人才培养的需要，遵循既与理论教学紧密结合，又相对独立的原则重新构建工程力学实验教学体系；并将实验课程安排在材料力学课程之后，教学内容上以理论课所授知识为基础，在保障基本实验的同时，着力更新和开发提高型、研究型实验项目。

工程力学实验独立设课后，明确了该课程在卓越工程师培养体系中的任务和作用，也在教学内容的安排和组织运行模式方面有了更大的自主权；同时，实验学时也大大增加，这为改造传统实验、增加新实验提供了良好的条件；此外，由于实验课程与学分挂钩，学生也更加重视。近年的实践证明，独立设课对增强工程力学实验的教学效果起到很好的支撑作用。

1.2 设置选修实验项目，促进实验项目更新和学生创新能力的培养

基于近年来基础力学课程学时大幅减少的现实，在工程力学实验中安排了2学时的选修实验。针对这2学时的选修实验，开设13个实验项目供学生根据自身情况进行自由选择。这些实验项目有的来自科研或教研项目，有的来自工程实践，但都和基本的力学知识点紧密相关，如复杂零件的转动惯量测试、焊缝残余应力测试、基于振动法的索力测试等，学生可以根据自己的兴趣选修其一。这种课内的选修实验虽然学时占比小，但对促进学生的学习积极性和培养其创新精神有着很大作用，它扩大了学生学习的自主权，提升了他们的学习主动性，既能帮助他们巩固力学知识和实验技能，又能拓展其视野，激发其动手实践的兴趣和创新思维。同时再以这些课内选修实验为基点，拓展开发出相关研究型的课外开放选修实验项目，向学有余力或对力学问题兴趣浓厚的学生开放，学生在完成实验并通过考核后可获得技术类选修课学分。这类选修实验对学生的创新能力和实践能力培养产生巨大的促进作用。

此外，课内选修实验项目很好地解决了实验项目更新和相对固定的教学时数之间的矛盾。在保留必要的基础实验和经典的提高型实验的基础上，通过设置选修实验项目，使得实验项目的开发和更新不必受课程学时的制约，能促进实验项目的更新，而学生也获得更大的自主空间。同时，将受学生欢迎且教学效果良好的选修实验项目在适当的时候变更为必修实验，而效果差的则予以淘汰。这种方式为实验项目的更新提供了更大的空间，能切实保障实验教学的质量，且效果显著。

1.3 改革评价模式，挖掘学生的主观能动性和创新潜力

科学的评价模式可以检验学生的学习情况，评价教学效果，同时也将影响学生的学习导向。此外，强化实践教学环节考核，可以有效调动学生学习的积极性，使学生变被动学习为主动学习[5]。为此，将工程力学实验的考核设计成“平时实验、操作考核及期末笔试”三个部分，以加权求和的方式给出总评成绩。平时实验包含预习报告（方案设计）、实验操作和实验报告等，占总成绩的50%；实验操作考核的内容从提高型实验中选取，占20%；期末笔试则以实验基本原理和实验方案设计为主要内容，占总成绩的30%。这种评价模式既能反映学生的平时实验情况，又能考查其对知识点的掌握情况及综合运用知识的能力；不仅有利于引导学生认真对待每一个实验，更利于培养学生的综合能力。

在此基础上，尝试将笔试环节改为课程论文的撰写和知识点的面考。教师给出论文指南，学生则可以在给定范围内自由命题，并按照科技论文的规范写作并提交论文。而把实验相关的知识点放到操作考核环节以面对面提问的方式考核。从实践结果看，操作考核中插入面对面的问答是可行的，可以较客观地评价学生对实验相关知识点的掌握情况；课程论文的情况则要复杂一些，分化较严重：约55%的学生能认真对待但论文质量一般，有约20%的学生能写出自己的新观点和新创意，内容包括实验现象的再分析、实验项目的改造、实验装置的改进、设计等，其中一些论文还变成了自命题课外开放选修实验；而还有约25%的论文有不同程度的抄袭痕迹。通过尝试得出结论：课程论文可以进一步激发学生的创造力，相对笔试也更受大多数学生欢迎；同时，通过论文撰写，学生的文献检索、信息加工能力得到进一步提高，其科研能力也得到培养。笔者相信，经过日后不断的摸索和改进，此种评价模式的优点将进一步显现。

2 树立生本理念，引导学生思考与实践，实现教学相长

在实验教学中，既要培养、锻炼学生的能力，又要让学生保持对实验的浓厚兴趣。这就要求明确教师与学生的关系，明确学生在学习中的主导地位。知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情景即社会文化的背景下，在获取知识的过程中借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得[6]。所以应从以教为主向以学为主转变，绝对摒弃灌输式教学方式，而让学生带着问题去检索查阅资料，发挥他们的主观能动性和潜能，成为实验的主人。教师要积极发挥指导作用，因势利导，启发学生思考与大胆实践；当学生实验不顺利时，要科学分析，加强交流，帮助其找到问题的症结，增强学生成功的信心，促使学生克服困难并最终获得成功。这样不但融洽了师生关系，调动学生的积极性，也使教师得到学习和进步，做到教学相长。

3 合理规划装备建设，改善实验教学效果

加大对实验教学设备的投入，降低实验分组人数，是增加学生实践机会的有效途径,这对卓越工程师培养而言尤为重要；而现状是在普通高等工科院校，教学设备不足、部分实验设备陈旧是通病[7]，与之对应的是目前大部分高校在基础力学装备建设上的投入相对来说较少。这就要求基础力学实验室在装备的投入上要科学规划，兼顾科研教学的需要，优先解决基础教学装备的建设。特别是一些基础的、小型的实验装置和设备，投入较少的经费就可以明显提升实验教学效果，笔者认为此类装备应优先建设。

以矩形梁纯弯曲实验为例，以前实验室只有10套实验装置能满足该实验的教学，实验时每组学生数为2～3人；经过近两年的建设，现有同类实验装置40套，实现了一人一组；学生单独实验，独立分析和总结实验现象和规律，大大增加了学生的实践机会，培养了他们的动手能力，同时有效遏制同组学生间的实验报告抄袭现象，增强了实验教学效果。此外，还应重视自制实验设备的工作，利用自制仪器设备的专业性、直观性、超前性、及时性等特点[8]，开发更多的实验项目来充实实验教学内容，促进实验项目的改进和更新，同时也让教师在设备开发中得到锻炼，提升业务水平。

4 重新阐释实验教师的定义，形成提高实验教学质量的中坚力量

实验队伍的稳定与提高是保证实验教学质量和实验室建设水平的关键[9]，所以必须抓好实验教师队伍的建设。但当前很多高校实验师资队伍存在较大问题：实验师资队伍的总量不足，实验师资队伍人员构成和结构不合理，实验师资队伍整体素质不高，实验师资队伍不稳定[10]，等等。笔者所在学校从体制和氛围上给予实验教师和理论课教师同等地位，在待遇、课题申报、评奖评优等方面一视同仁，激励和增强实验教师的工作积极性和责任心，对实验教师队伍的建设给予有力支持。

在学校的制度框架下，笔者所在工程力学实验室的一些做法对促进实验师资队伍建设也起到很好的效果，具体有：1）积极引进硕士以上学历的人员充实到专职实验教师队伍中，同时鼓励在岗的实验教师通过各种方式进修，提高学历层次；2）做好培训和交流计划，以轮流的方式保证每个实验教师每年都有参加培训或学术交流的机会；3）在与其他教师联合申报项目的基础上，积极把需要实验支撑的项目引进实验室，给予实验教师更多参与科研课题的机会，不断提高其业务素质；4）打破理论课教师和实验教师的传统分工模式，建立理论课教师参与实验教学和实验室建设工作，实验教师承担一定的理论授课任务的制度，两者在分工上既 有侧重又相互交叉，相辅相成；5）将在读研 究生引入实验室，以助管身份来参与实验教学和管理的辅助性工作，并给予津贴。通过这些措施，重新阐释实验教师的定义，优化实验教师队伍的结构，稳定了一支业务素质优良、充满朝气的实验教师队伍，使实验室的各项工作能够有条不紊地进行,也使实验教学质量大大提高。

5 结语

工程力学实验是一门培养学生实践能力和创新能力的技术基础课程，对造就高素质的理工科人才起着重要的支撑作用。在面向卓越工程师教育培养时，提高该实践教学环节的教学质量有着积极的现实意义，同时也对教学理念、实验教学体系、实验指导教师的业务能力，以及实验室的建设和管理水平提出新的挑战。教学实践表明，对工程力学实验的教学改革是有效的，对提高实验教学质量、培养学生的创新能力起到积极的作用。培养学生的实践能力和创新能力是一个系统工程，在完善教学体系的基础上必须切实增强实验教学效果，做好与实验教学相关的软件和硬件的配套工作；同时这也是一个动态的改革过程，必须紧随时代发展和人才培养的需要不断推陈出新。

[1]刘国繁,曾永卫.卓越工程师培养计划下教学质量保障和评价探析[J].中国高等教育,2011(21)∶25-26.

[2]孙建国.关于材料力学实验教学改革的设想[J].力学与实践,2004,24(3)∶88-89.

[3]郑春龙.实验室层次开放的思考与探索[J].实验室研究与探索,2005,24(1)∶79-80,102.

[4]王运娣，李十寒.独立开设电工实验课的探索及构想[J].沧州师范专科学校学报,2004,20(1)∶45-46.

[5]宋朝晖,翟桂红.加强实践教学考核 增强学生动手能力[J].陕西师范大学学报∶哲学社会科学版,2007,36(S1)∶157-159.

[6]周明侠.面向问题的小组课题工作∶一种以学生为中心的教学模式[J].现代大学教育,2004(5)∶95-98.

[7]孙洪军,赵丽红.材料力学实验教学模式的研究与探索[J].辽宁工业大学学报∶社会科学版,2010,12(4)∶139-140.

[8]应安明,王桂玲,刘桂涛.自制实验仪器设备在教学中的使用[J].实验室研究与探索,2003,22(1)∶20-21.

[9]黄柳宾,王殿生,等.开放式物理实验教学的规范化建设[J].实验室研究与探索,2005,24(1)∶93-94.

[10]莫惠林,杨近.技术应用型人才培养中的实验师资队伍建设[J].中国高教研究,2009(11)∶67-68.

Teaching Reform and Practice on Engineering Mechanics Experiment of Outstanding Engineers’Cultivation

Shen Chaoming, Song Xiangrong, Wang Yaqi, Deng Xiaoqing

Aim at the needs of outstanding engineers’ cultivation, the new teaching system of engineering mechanics experiment is proposed. And the evaluation mode, teaching philosophy,equipment construction and construction of teach ing staff are explored and practiced. Then some specific measures and experience to improve the teaching effectiveness of engineering mechanics experimental teaching are summarized.

outstanding engineers; engineering mechanics experiment; equipment construction;construction of teachin g staff

G642.423

B

1671-489X(2013)12-0120-03