省级骨干学科力学实验教学中心建设与实践

赵增辉 付彦坤 冯元慧 陈俊国 邢明录 赵同彬

1.山东科技大学矿业与安全工程学院 山东青岛 266590

2.山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心 山东青岛 266590

创新是引领发展的第一动力，人才是创新的第一资源。持续深化对大学生创新创业能力的培养，已成为高等教育改革的重要任务[1,2]。实验教学作为工科大学生进行知识内化和实际应用的重要手段，在实施工程素质教育和创新人才培养过程中具有举足轻重的作用[3,4]。当前，各高校在本科生培养方案中持续加大实践教学权重，在这种情况下，如何建设与培养方案相匹配的实验中心软硬件环境以及实验教学体系迫在眉睫[5-7]。

力学实验教学(包括基础力学实验和力学专业实验)是力学课程教学中的一个重要环节，对于提高学生的综合素质、培养学生的实践能力与创新精神具有极其重要的作用。掌握机测、电测和光测等力学性能测试方法也是工科学生必须具备的基本技能[8-10]。山东科技大学力学教学实验中心2010年被山东省财政厅、教育厅批准为山东省高等学校骨干学科教学实验中心建设项目。中心近几年在实验室软硬件环境建设、实验项目开发、实验教学体系构建等方面开展了大量卓有成效的工作，为全校工科专业的力学实验教学和各类大学生科技竞赛提供了重要支撑。

1 山东省骨干学科力学实验教学中心建设

中心建设以“注重层次、发扬个性、力求创新”为理念，通过整合各类实验资源，扩充实验功能，从实验设备与装置、实验内容与方法、实验环境与平台多个方面入手，全面建设、开发、挖掘、拓展实验实践教学资源，以满足人才培养、教学科研和社会服务三方面的需求。中心占地2 500多平方米，已建成面向全校工科学生开设的基础性实验室4个，综合设计性实验室4个，创新应用实验室3个，力学专业实验室6个，实验室布局如图1所示。

图1 山东省骨干学科力学实验教学中心实验室布局

中心在人才培养、教学研究、社会服务等方面发挥了积极作用，已初步建成全面培养高素质、创新型人才的实验教学基地。在实验教学体系和实验教学内容设置方面大胆创新，提高了创新性、设计性、综合性实验的比例，确保实验开出率、设备利用率达到100%。目前，实验教学覆盖全校工科专业，每年为机械、土木、采矿、安全、力学、地质、材料、交通等13个学科共计27个本科专业提供实验教学服务，涉及理论力学、材料力学和工程力学三门基础力学课程，以及基础力学创新实践校内公选课程，共开设不同层次基础力学实验项目14个。除此之外，实验室还承担了硕士生和博士研究生培养工作，专业实验室可为力学专业学生和研究生提供利用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，光测力学及振动力学分析等高层次实验。目前，可开设专业类实验项目67个。图2为本教学中心每年服务的学科专业和人数。

图2 山东省骨干学科力学实验教学中心服务的学科专业

2 “一提升、两突出、三层面”工科力学实验教学体系

长期以来，实验教学被定位为一种辅助教学手段，教学内容陈旧，教学方法死板，例如，在实验内容上，演示性实验多，学生按教师设计好的实验路线进行的实验多，真正让学生充分参与，发挥学生主动性和创新能力的实验少。这种实验教学方式在一定程度上限制了学生的主动性与积极性，抑制了学生的个性发展，难以激发他们独立思考的兴趣和激情，因而不利于创新人才的培养。为此，中心以“重基础、强实践、突出综合应用能力”为指导思想，在山东省一流学科、重点学科及我校优势工科专业的支撑下，着力提升基础性实验的内涵，突出实验综合设计性和研究创新性、突出学生实践环节的自主性，建立了基本型、综合设计型和个性化创新型三个层面的实验项目，构建了“一提升、两突出、三层面”工科力学实验教学体系(如图3所示)，构筑了“注重层次、发扬个性、力求创新”的三级实验教学平台，即基础性实验教学平台、综合设计性实验平台、创新研究性实验平台，实现了实验内容的多元化、实验项目的模块化和实验类型的层次化以及基础性、提高性、创新性三级实践教学目标，使得实践教学能够全方位、多渠道、多形式开展。在构建实验教学平台和教学体系的同时，加大各种实验资源的建设，不断拓宽所服务的专业领域，面向卓越工程师和工程认证专业开发新的实验项目，使得实验教学内容更加饱满和有专业针对性，以满足应用基础型人才培养的需求。

图3 山东省骨干学科力学实验教学中心三级实验教学体系

实验教学体系实施分工明确，基础性实验和综合设计性实验为课程必做实验，每学期开学初要制订实验教学计划，由专职实验教师负责时间调配和完成实验教学任务。创新研究型实验项目以创新小组的形式实施，通过在高年级学生中建立科技创新机制，如成立科技小组，在专门教师指导下开展各类科技创新活动，任课教师也可配合自己的教学改革自由设置各类设计项目。在实验教学体系实施过程中，通过实验教学信息化建设加强了实验室的开放力度，通过改革实验教学模式，活跃了选做实验，通过产学研合作育人计划项目加速了实验内容的更新。此外，充分利用现有教学资源，开发创新实验，结合生活与工程中基础力学的大量发明创造，搭建了基础力学创新思维实验室，主要功能是介绍力学理论的创新与应用，启发培养学生创新意识和创造能力。为加大中心开放力度和资源利用效能，学校还面向全校开设了基础力学创新设计与实践公选课，材料力学实验成为单独设课的课程。

3 建设成果及辐射作用

山东省骨干学科力学实验中心的建设有效推进了力学实验教学内容与方法的改革以及高质量实验教学平台的建设，既增加了学生的知识深度，又提高了学生的创新能力和综合素质。近五年，学校在7个学院20多个专业进行实践，取得了显著效果。依托平台资源，我校承办了校级基础力学创新设计大赛、全国结构力学大赛选拔赛。全国周培源大学生力学竞赛选拔赛等多项赛事，在2011年第八届全国周培源大学生力学竞赛中，我校取得全国团体赛第十二名、山东省个人赛第一名的好成绩。在2013年第九届全国周培源大学生力学竞赛中，我校夺得全国团体赛第一名，获得特等奖。2015年我校承办了第十届全国周培源大学生力学竞赛“理论设计与操作”团体赛的命题和组织工作。多元化的实验教学内容激发了学生科技创新的热情和潜力，据不完全统计，近年来数百名学生利用力学原理设计的产品获得国家实用创新型专利和发明专利。近年来，本科生和研究生通过科技创新、科研课题公开发表论文30余篇，有5篇毕业论文获得山东省优秀学士和硕士论文。依托中心实验平台，教师完成国家级、省部级各类科研项目20余项，教研项目10余项，发表高水平学术论文50余篇，出版实验类教材3种。此外，实验中心与周边多个初高中学校签订协议，建立科普教学基地。

4 结语

力学实验中心是工科专业创新人才培养的重要基地。山东科技大学通过校级统筹，强化整合实验室资源，创新实验教学模式，以“注重层次、发扬个性、力求创新”为理念，完成了山东省骨干学科力学实验中心建设。突破了原有实验教学的瓶颈，构建了“一提升、两突出、三层面”工科力学实验教学体系，构筑了从基础到综合再到创新的三级实践教学平台，为一流学科建设和创新人才培养提供了有力支撑。中心将根据学校学科和专业发展布局，进一步完善实验教学体系和实验室软硬件环境，探索实验教学、科学研究、大学生科技竞赛、校园文化建设相融合的立体化人才培养模式。