转型背景下高校力学创新实验课程改革的研究

郑训臻

长春建筑学院 吉林长春 130607

转型背景下高校力学创新实验课程改革的研究

郑训臻

长春建筑学院 吉林长春 130607

力学实验课程是培养高校学生创新能力和应用能力的重要手段之一。从实验课教学内容、实验课教学方式、实验室教师队伍建设三方面提出课程改革新思路，为转型背景下高校力学创新实验课程改革提出建议。

转型；力学；创新实验；改革

教育部、发改委在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中对高等教育体制改革提出引导部分地方高校向应用型、技术型转型的要求，而力学实验课程是培养创新型应用技术人才的重要途径与方式，高校力学实验课程创新性改革迫在眉睫。

1 实验课教学内容的创新

当下，高校力学实验教学大纲设置的实验多为验证性实验，如低碳钢和铸铁的拉压实验，这类实验只能简单地培养学生仪器操作的能力，缺乏创新性和趣味性，也无法培养学生的独立思考能力和专业知识的运用能力。力学实验教学内容的改革是创新实验室建设的首要问题。力学创新实验教学内容的选题应注重创新性、代表性、实践性。

1.1 学科竞赛题目

以学科竞赛题目作为力学创新实验教学内容。例如，在每年的6月份全国如期举行周培源大学生力学竞赛，已经开展10届了。周培源力学竞赛的题目以其创新型、实践性、趣味性、生活性深受全国各理工科高校学生的喜爱。在第九届和第十届周培源力学竞赛个人赛中均出现电测法，通过确定贴应变片的数量、位置和方向测定相关力学量的题目，在团体赛中，是主要以创新性试验为主，如单向运动开关、荷载保险丝等设计性实验。在这种全国性质的力学竞赛中出现上述创新性较高的趣味实验，不仅凸出力学学科强调实验性，为力学实验课教学内容提供的创新素材，同时也对力学实验课教师的专业知识运用能力和实践能力提出挑战。

1.2 趣味竞赛题目

以趣味竞赛题目作为力学创新实验教学内容。以吉林省大学生结构设计竞赛题目为例，每年9月，吉林省各高校开展结构设计大赛，通常要求以薄竹材、纸、502胶水等简单材料手工制作结构，题目新颖、实践性强。例如，2014年结构设计竞赛的题目为用上述材料制作三层四角塔，要求在振动台上保持结构的稳定性；2015年题目为制作由虎口、桥梁、隧洞、棱台组成的结构，配重遥控小车从虎口山体出发，经过两段桥梁、隧洞到达棱台山体(如图

1、图2所示)完成一次加载，结构荷重比越大且小车通过时间最小者获胜。

图1 模拟模型图

图2 学生制作模型图

随着我校力学创新实验教学内容的改革，近两年将结构设计大赛的题目作为实验教学的一部分，学生对实验课的兴趣高涨，甚至课余时间也在思考、讨论结构制作。通过在全年级开展创新结构实验教学，为优秀团队的选拔提供契机，学校连续两年参加省级结构设计比赛，战绩显赫，2014年一个团队参赛，获一等奖，2015年两支团队参赛，分别获特等奖、一等奖。

1.3 自创题目

除了通过学科竞赛和趣味竞赛来设计力学创新实验教学内容，还可以通过查阅相关文献、网络资料以及鼓励学生参与到创新性实验的设计教学中。根据在基本力学实验中学到的知识，如电测法(半桥单臂、半桥双臂、全桥接法)及万能实验机的用法，结合土木工程材料课程，增加了钢筋混凝土组合梁综合设计性实验；通过查阅相关文献，考虑增加工字型简支梁模型结构实验及检验[1]、曲梁的应力-应变测量实验[2]；学生通过收集网络资料，提出增加“鸡蛋的完美下落”和“用硬币搭建筑造型”两个创新性试验内容，已得到学院审批，将于2017年加入到力学创新性实验课程中。

2 实验课教学方式的创新

当今是一个数字化、网络化的时代，借助计算机网络技术和网络传输系统，搭建网络化力学实验课程教学平台，实现力学实验课程的数字化教学是高校实验课程的改革趋势。

2.1 在线学习与指导

力学实验教学内容从前到后难度逐次增加，可以分为3个层次[3]。(1)验证性实验(常规性实验)，在实验数字化网络平台上提供给学生此类实验完整的报告册(目的、实验设备和工具、步骤、记录数据的空白表格等)、微课视频等相关资料，目的是使学生熟悉并且学会使用液压式万能试验机、应变参数测试仪、游标卡尺等力学实验设备与工具。(2)综合设计性实验(提高性试验)，在平台上对于此类实验仅提供实验题目、原理和材料等资料，学生需要根据自己掌握的验证性实验知识和根据实验室的实际条件编写实验步骤、设计记录表格，选用实验仪器和工具等。(3)创新性实验，此类实验完全发挥学生的思考能力、动手能力、创新能力，在平台上仅给出报告册模板，模板里面具体的内容需要学生自己填充，此类实验难度较大，可以由10～20人组成创新团队完成。

在数字化力学实验教学平台上，在线学习与指导模块中除了包含上述内容外，还必不可少以下几方面的子模块。(1)实验室注意事项，此部分应为学生开展实验之前必读的部分，关乎学生的生命安全和学校的财产安全，应作为学生登入实验平台后强制弹出窗口，所有内容全部阅读后才能进入实验平台学习。(2)设备明细和使用说明，此部分应包含学校实验室所有实验设备和工具的数量、地点、型号、使用说明和使用注意事项，方便学生自学，特别是在进行创新性实验这一部分时，有利于学生选择实验内容。(3)教师审批，对于综合设计性实验和创新性实验这两个层次，都涉及学生需要独立编写实验步骤，对学生编写的实验步骤的可行性和合理性，实验指导教师需要学生在开展实验操作之前给予把关，可行方案直接审批通

过，不可行方案提出指导建议，待学生修改完善后再次审批，若合格予以通过，方案审批通过的学生才可以进入到预约实验室的环节。(3)指导、答疑与预约，学生在利用实验平台完成力学实验的过程中难免会遇到问题，在平台上提供两种处理问题的方式，一是线上解决，即在平台上直接留下问题等待指导教师的回复；二是线下解决，即在平台上进入预约教师子模块，根据模块中提供的几个答疑时间，自主选择适合的时间报名，为保证答疑的效果，每次答疑人数限额模块中应给予限定。(4)预约实验中心，在实验教学平台上，学生可以根据自己的实验题目在规定的实验教学周内预约实验教学中心，学生自主安排空间较大，可以提高学生的自学能力和自控能力。

2.2 虚拟现实操作平台的建设

虚拟现实操作平台利用3DMAX软件制作三维模型，通过LightingMap烘焙，最后在VRP中完成动作、事件、场景三要素的交互设置，可以给人带来一种与真实实验室操作类似的体验，真正意义上实现力学实验教学的网络化、开放式。对于验证性实验和一些大型实验仪器，如液压式万能试验机、扭转试验机、电阻应变仪等，学生在使用仪器之前，应该在虚拟现实操作平台上进行练习(不计时、不评分)，熟悉仪器操作流程及实验步骤，避免造成操作不当所带来的不良影响[4]。

2.3 考试考核与成绩管理

在虚拟现实平台上还可以进行力学实验操作考试，其中可以考查学生对实验步骤的了解以及对仪器操作的熟悉程度，以耗时过长或操作顺序有误作为扣分依据，此环节分数由平台自动计算得出，有效地解决了实验教学中部分学生依赖其他学生而产生的惰性心理的问题。

学生最终完成的实验报告在实验教学平台上上传、提交，在提交报告系统关闭前，若有需要完善的地方可以下载修改。实验教师登录系统后，可以随时随地下载学生的实验报告，给予评分，实验报告分数与实验操作考试的分数之和作为力学实验课程的最终评定成绩，全部评分完成后提交成绩。成绩提交后，学生可以随时查询个人的实验成绩，实现实验成绩管理透明化，教师也可以将学生实验成绩直接导入至教务系统，免去重复录入实验成绩的麻烦。

3 实验室教师队伍建设的创新

上述对于转型背景下高校力学实验课程教学内容和教学方式的改革与创新最重要的开拓者、实施者、操作者还是实验教师。各高校应注重对力学实验教师创新能力、科研能力、实践能力的培养，这样才能更好地完善力学实验教学创新体系的构建。对于教师的创新能力培养方面，以实验室、实训室为基地，通过带领学生参与各类比赛，提高青年教师的创新能力。对于教师科研能力培养方面，以我校吉林省建筑节能工程研究中心、设计单位为依托，通过青年教师参与到工程研究中心的省级科研项目(纵向科研项目)和企业在设计过程中遇到的技术问题(横向科研项目)，“纵横交叉”项目培养青年教师的科研能力。对于教师工程实践能力培养方面，通过建立与施工单位的联系，利用暑假时间，安排青年教师去施工现场，在调研和学习的过程中提高青年教师的工程实践能力，从而为设计贴近实际工程问题的可行性强的创新性实验教学提供新思路。

4 结束语

在引导部分地方高校转型的大背景下，力学实验课程是培养学生创新能力、应用能力的重要方式，其教学内容的创新性、教学手段的网络化与开放式、师资队伍的创新能力的培养都与创新型、应用型人才培养目标的实现有着紧密的关系，推动学生创新能力培养的同时也有助于促进教师实验教学水平和科研能力的提升。同时随着信息化社会的迅猛发展，虚拟现实实验平台的搭建会成为未来高校实验课程发展的方向。

[1] 刘冠华.力学创新综合性实验:工字型简支梁模型结构实验设计及试验检验综合报告[J].科技展望,2015(15):234-235.

[2] 虞爱民,舒伟杰,朱金龙.力学创新实验:曲梁和复合曲梁的应力测量[J].力学与实践,2009(2):89-91.

[3] 刘玉庆,刘玉梅.本科力学实验的创新化教学[J].科技信息,2012(1):308-315.

[4] 黄海燕,刘建华,沈超明.数字化网络化力学实验室的建设[J].实验室研究与探索,2008,2(27):141-143.

Research of Reform of Mechanical Innovational Experiment Curriculum under the Background of Transformation

Zheng Xunzhen
Architectural Institute of Changchun, Changchun, 130607, China

Mechanics experiment course is one of the important means to cultivate ability of college students' innovative and application. In this paper, from content of the experiment teaching, methods of experiment teaching and team of teachers’ , which puts forward some new ideas of curriculum reform, and suggestions of mechanical innovational experiment curriculum under the Background of transformation.

transformation; mechanic; innovational experiment; reform

2016-05-09

郑训臻，硕士，助教。