金立強　邢懷念　劉增利　李達　孫凱　李書卉　張小鵬

摘 要 以創(chuàng)建國家級實驗教學示范中心為契機，結合大連理工大學力學實驗中心建設和改革的具體案例，重點闡述力學實驗教學示范中心建設的指導思想、實驗教學內(nèi)容與方法改革、實驗教學體系建設、實驗教學隊伍建設、實驗教學效果。

關鍵詞 教學示范中心 實驗教學 基礎力學

中圖分類號：G644.6 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.10.005

Research and Practice on the Construction of

National-level Mechanics Experimental Teaching Demonstration Center

JIN Liqiang， XING Huainian， LIU Zengli， LI Da， SUN Kai， LI Shuhui， ZHANG Xiaopeng

（Department of Engineering Mechanics， Dalian University of Technology， Dalian， Liaoning 116024）

Abstract To construct the national-level experimental teaching demonstration center is regarded as the opportunity， combining with the specific cases of the construction and reform of the laboratory of the mechanics experimental center in Dalian University of Technology， the guidelines， the reform of experimental teaching contents and methods， the construction of experimental teaching system， the construction of experimental teaching team， the effect of experiment teaching.

Keywords teaching demonstration center ；experimental teaching； elementary mechanics

0 引言

國家級實驗教學示范中心建設是教育部、財政部關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程建設的內(nèi)容之一，代表了高校實驗教學的先進水平，起到引領實驗教學改革方向的作用。大連理工大學力學實驗教學中心以我校力學重點學科為依托，充分發(fā)揮自己的長處，形成了與工程實際、科學研究緊密結合的教學特色，為培養(yǎng)工程型、創(chuàng)新型、復合型人才發(fā)揮了非常積極的作用。①②

1 實驗教學理念與改革思路

大連理工大學高度重視實驗教學，在課程管理、實驗教學內(nèi)容與方法改革、實驗教學體系的建設、師資隊伍建設以及實驗室基礎設施、教學條件的建設等方面制定了一系列相應的政策措施，有關政策已經(jīng)得到配套落實，真正將實驗教學作為促進學生個人素質、能力、知識協(xié)調(diào)健康發(fā)展的重要手段。

本中心教學改革立足于面向21世紀培養(yǎng)創(chuàng)新型高層次人才的需要，加強基礎實驗教學基地建設，提高本科生一、二年級學生的基礎力學實驗教學水平和質量，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。同時注意教學與科研相結合，把國內(nèi)外有關科研和教學的先進方法和實驗手段融入到實驗教學中，使學生了解到國內(nèi)外相關領域的最新前沿。努力把實驗中心建設成在實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗設備和實驗技術等方面都處于國內(nèi)先進水平的開放型實驗教學中心。

2 實驗教學內(nèi)容與方法改革

2.1 改變教學觀念

在新的實驗教學中，堅持以學生為主體，以教師為指導，改變過去以教師為中心的傳統(tǒng)做法，而是要將學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性激發(fā)出來，讓學生自己來動手操作，增強學生的實驗技能和動手能力。

2.2 基礎力學實驗教學內(nèi)容的改革

（1）長期以來，理論力學和材料力學實驗內(nèi)容簡單、缺乏思考性和創(chuàng)新性，學生的學習積極性不高。因此在新體系中對一些純驗證性和缺乏思考性的實驗，進行了內(nèi)容上的更新和改造。

（2）增加了從工程實際中轉化而來的工程模擬實驗。一直以來，實驗課都被認為只是理論課的“附屬”，為了改變這一看法，同時也是為了讓學生樹立起可以通過用實驗課上所學到的知識和方法來解決工程實際問題的能力和信心，讓同學學好力學實驗的積極性得到激發(fā)，在實驗教材中增加了全新的工程模擬實驗。因為這些實驗內(nèi)容貼近工程實際，可以讓學生體驗一次準真刀真槍的實驗，在實驗中了解和感受解決實際工程問題的全過程，讓學生感受工程、認識工程，從而達到培養(yǎng)學生的工程意識和工程概念。將來自工程實際的模擬實驗簡化與提煉，使之能夠適合在實驗室內(nèi)完成。③

（3）為了培養(yǎng)學生的綜合素質，指導學生寫研究性論文，直接參與科研課題。經(jīng)過改革后的實驗教學在內(nèi)容上豐富了，形式上也多樣了，這就給學生寫研究論文提供了大量的素材。同學們在實驗教學中寫研究論文的同時，還能感受到理論知識產(chǎn)生和發(fā)展的過程，養(yǎng)成求知精神和創(chuàng)新意識，同時還會影響學生的人生觀、價值觀、思維方式及解決問題的方法和能力，對學生綜合素質的培養(yǎng)起到很大的幫助。通過讓學生參加課題研究，可以將其所學的理論知識與實驗技能相融合，既增強了實驗與研究能力，又培養(yǎng)了科學精神，真正實現(xiàn)了多種能力培養(yǎng)和提高。

2.3 教學方法的改革

（1）采用多媒體、電視片、幻燈片及網(wǎng)絡等多種形式教學。豐富了實驗教學內(nèi)容，擴大信息量，增強學生的學習興趣，提高教學效果。開通網(wǎng)上選課系統(tǒng)平臺，讓學生可以根據(jù)自己的時間，靈活選擇自己的上課時間，大大方便了學生的學習，提高了教學效率。

（2）在實驗教學中，充分發(fā)揮實驗課的特點，采用“四多”的教學方法，即引導學生“多看、多想、多動、多用”。多看，就是觀察實驗現(xiàn)象。多想，就是動腦思考，培養(yǎng)思考能力。對觀察的現(xiàn)象多問幾個為什么，引導學生去聯(lián)想，啟發(fā)他們靈感、挖掘創(chuàng)造力。多動，就是培養(yǎng)動手能力。動手操作是實驗課的特點之一，讓學生操作，自己進行實驗。多用，就是練習用學過的原理、技術、和方法解決工程問題。多用的另一含義是通過知識融合、貫通，達到知識創(chuàng)新。采用“四多”的教學方法追求的是對學生多種能力的培養(yǎng)，即觀察能力、思考能力、解決實驗問題能力和創(chuàng)新能力。

（3）采用組合式教學方法，追求科學性、系統(tǒng)性和融合性?？茖W性——知識學習由低到高螺旋式上升，學用結合，學以致用；系統(tǒng)性——把實驗原理操作、應用和總結提高串起來，形成一個系統(tǒng)性的學習過程；融合性——把知識學習、技能訓練、能力培養(yǎng)等融合在一起。

（4）采取開放式的實驗教學。實驗室采用開放式教學，不僅在時間上開放，而且通過網(wǎng)絡信息平臺實施教學內(nèi)容上開放，同時還對大連市兄弟院校開放實驗教學。④

3 實驗教學體系建設

經(jīng)過幾年的不斷改革與探索，通過對實驗課程的整體框架的調(diào)整，對實驗項目和內(nèi)容的重新設計和改革，我中心已經(jīng)基本建立起了多層次實驗教學體系框架下的基礎力學實驗新體系，并編寫出版了相應的基礎力學實驗新教材。新體系由四個層次構成：基礎實驗、綜合實驗、設計實驗和研究型創(chuàng)新實驗。⑤

（1）基礎實驗。根據(jù)課程的要求，精選幾個基本的實驗，對學生進行基本知識、基本概念、基本方法和基本技能的系統(tǒng)訓練，包括改進后的拉伸實驗、電測法基本原理及技術、彎扭組合應力測試、振動實驗等，該部分實驗占總實驗學時數(shù)的30%左右。

（2）綜合實驗。是基礎實驗的補充和延續(xù)，實驗內(nèi)容涉及面較廣，具有一定綜合性，學生可按自己的興趣、特長和條件選做。可擴大學生的知識面，并培養(yǎng)學生綜合運用基礎知識的能力，該部分實驗包括組合梁應力分析實驗、綜合振動實驗等，占總實驗學時數(shù)的20%左右。

（3）設計性實驗。由學生完成整個實驗過程，具有設計性和研究性。著重培養(yǎng)學生的想象力、創(chuàng)造力、動手能力和研究能力，有利于他們潛力的開發(fā)，該部分實驗包括傳感器制作、船用腳手架應力測試分析、高強螺栓連接板抗滑移系數(shù)測定、設計振動實驗等，占總實驗學時數(shù)的40%左右。

（4）研究型創(chuàng)新實驗。主要采用兩種方法，其一是新材料，新的結構形式和新實驗技術的力學實驗，讓少數(shù)優(yōu)秀學生完成，具有探索性和研究性。其二是由學生自擬題目和內(nèi)容，在老師的指導下完成，仍然具有探索性和前沿性。對這兩種學生實行導師制，有利于拔尖人才培養(yǎng)。該部分實驗占總實驗學時數(shù)的10%。

新體系包含的四個層次不是孤立的，而是一個有機的整體。在內(nèi)容上不僅前后融合貫通、互相連接，而且逐步向更高層次上引導學生。例如從基礎到綜合，是補充和延續(xù)，從基礎到工程模擬，是應用前面知識來解決工程實際問題。從工程模擬到設計實驗則是從“用”又回到更高層次的“學”，包含自主性、研究性和創(chuàng)新性。

有機整體還體現(xiàn)在把素質教育作為一條紅線貫徹始終，不僅要具有科學的知識結構，而且還要把塑造學生素質的思想寓于教學之中。例如在每一個實驗的前面有一“引子”，或說明問題的提出，或說明實驗的工程背景，用以指出每個實驗不是憑空想象出來的，使學生了解任何科學知識都源于生產(chǎn)實踐并且有其歷史發(fā)展形成過程，這是一種集成的過程，有益于激發(fā)學生對實驗的學習興趣與熱情。

4 實驗隊伍建設

力學實驗教學中心教學隊伍的建設首先得益于學校對實驗師資隊伍建設的高度重視。為此，學校根據(jù)實驗中心教學工作量明確實驗教師的編制，有計劃地為中心引進高水平人才，提高實驗師資隊伍的整體水平。在工作量考核、教學酬金的發(fā)放、職稱評定等政策方面，實驗教師都與理論課教師享受同等待遇。政策措施的得力，激勵了一大批高水平的教師積極投入到實驗教學中來。

本中心的建設在很大程度上得益于我校力學重點學科建設的有力依托與支持。力學實驗教學中心承擔了世界銀行高等教育發(fā)展與改革項目，工程力學系有一大批高水平教師積極參與該項目，并得到了學校、系、兄弟院系及大連市部分兄弟高校的大力支持。材料力學、理論力學、工程力學、光彈性力學、流體力學等教研室的授課老師多次與實驗室教師一起探討實驗教學的改革及其與理論課程的貫穿與協(xié)調(diào)問題，使實驗課真正成為與理論課相互支持相互印證的重要課程。

為了保障實驗教學隊伍的建設本中心制定了完善的措施與制度，其中包括專職教師必須參加相關理論課程的聽課、考試制度，組織全體教師定期的教學研討制度，新參加工作人員的培訓考核制度及與外校老師定期進行學習交流制度等。實驗中心還積極為教師科研創(chuàng)造條件，制定相應獎勵政策，并且鼓勵中心專職人員參加理論課教學工作，鼓勵參與教材、教學參考書的編寫以及教學軟件的研發(fā)等工作，使他們自身的科研能力和教學水平得到不斷提高。同時還鼓勵新留校工作的年輕教師繼續(xù)深造，攻讀更高的學位，至今已有6人攻讀博士、碩士學位。

5 實驗教學效果

力學實驗教學中心從優(yōu)化學生的知識，培養(yǎng)學生能力和素質的角度，從加強創(chuàng)新精神，提高實踐能力和綜合素質的高度，建立了基礎力學實驗課的新體系，對原有實驗項目和內(nèi)容進行了更新和改造，增加了設計性和研究型的實驗，增加了工程模擬實驗和工程課題轉化實驗。實驗內(nèi)容和方法改革的實驗項目占總項目的20%以上，新增設的工程模擬實驗有4項，轉化工程課題實驗5項，設計性或綜合性的實驗達到30%以上，極大地豐富了實驗教學內(nèi)容。

多層次實驗教學體系和開放式實驗教學模式的實施有效地提高了實驗教學質量。學生對實驗內(nèi)容的理解更加深刻了，對實驗學習的興趣提高了，課上所提的問題增多（下轉第67頁）（上接第11頁）了而且思維更加開闊了，學生開始主動學習，學習質量明顯提高，對實驗中深層次的問題進行探究。從學生的評價和體會中看出教學效果?！耙郧翱蠢蠋熥鰧嶒灒F(xiàn)在自己動手做實驗，參與設計和操作，體會很深。做完實驗似乎有種成就感，使自己更有激情投入到學習當中。”

從學生的實驗報告中看到教學效果。通過對動力系三個班級的統(tǒng)計，改革前學生在實驗報告中提出自己的想法和觀點的占10%左右，而改革后在報告中提出創(chuàng)新見解的占70%；改革以前只有個別同學寫小論文，現(xiàn)在寫小論文的達30%。

6 結語

根據(jù)大連理工大學建設研究型大學的總體目標，結合國家級實驗教學示范中心建設標準，配合并依托我校力學重點學科建設目標，以實驗教學改革促進實驗中心建設，在培養(yǎng)學生能力和提高學生素質等方面實驗教學發(fā)揮了重要作用，使實驗中心在實驗教學質量、軟硬件建設、管理模式和師資水平等各方面均達到國內(nèi)同類實驗中心一流水平。

在力學實驗教學示范中心的建設中，將實驗教學與科研課題、工程實際相結合，充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重要作用，完善開放式實驗教學的管理模式和各項規(guī)章制度，形成了一整套實驗指導教師隊伍建設的可供推廣的經(jīng)驗。基本技能訓練實驗和綜合性實驗以現(xiàn)有的教學內(nèi)容、師資隊伍、管理模式為主體，確保大多數(shù)學生的實驗教學質量。研究設計性實驗和創(chuàng)新性實驗以高水平教師為主要指導力量，發(fā)揮教研室、科研團體在實驗教學中的作用，為優(yōu)秀學生的成長創(chuàng)造條件。配合學校力學重點學科的建設，充分發(fā)揮我校力學學科雄厚的教學與科研師資力量，使我中心的教學與科研工作更上一層樓，為培養(yǎng)現(xiàn)代科研創(chuàng)新型人才提供深厚的土壤。

注釋

① 杜明輝，葉朝良，劉鵬.國家級實驗教學示范中心建設的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2011（7）：130-133.

② 張亦良，張偉.突出地方大學特色，建立“開放創(chuàng)新試驗室”[J].實驗技術與管理，2008.25（2）：16-19.

③ 徐紅玉，王彥生，劉宗發(fā)，梁斌.工程力學實驗教學示范中心建設實踐[J].實驗科學與技術，2010（12）：133-135.

④ 邢懷念，張小鵬，劉增利，金立強.示范性實驗教學體系建設的探索與嘗試[J].科教導刊，2011（1）：16-17.

⑤ 閆小青，張純，黃模佳，蘭志文，熊擁軍.建設國家級實驗教學示范中心 培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索，2012（12）：101-103.