劉玉嵐，詹杰民，黃建亮，許 澤

（中山大學(xué) 航空航天學(xué)院 應(yīng)用力學(xué)與工程系，廣東 廣州 510006）

力學(xué)屬于技術(shù)科學(xué)或工程科學(xué)，力學(xué)教育是高等工程教育的重要組成部分[1]。但我國的力學(xué)教育一直存在“重理論學(xué)習(xí)，輕實(shí)驗(yàn)探索”的問題。近年來，各高校逐漸意識到實(shí)驗(yàn)教學(xué)對力學(xué)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的重要性，大量力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心相繼建立[2-6]。

我校力學(xué)專業(yè)創(chuàng)辦于1958年，有著優(yōu)良的辦學(xué)傳統(tǒng)，是全國創(chuàng)辦較早的幾個力學(xué)專業(yè)之一。經(jīng)過 60余年的發(fā)展，在非線性動力學(xué)、水動力學(xué)及工程、結(jié)構(gòu)安全與防護(hù)等學(xué)科方向?qū)嵙ν怀?、特色鮮明[7]。近年來，學(xué)院通過整合、研制各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，開發(fā)適應(yīng)新世紀(jì)工程類人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，依托應(yīng)用力學(xué)與工程系，組建了力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。經(jīng)過不懈努力，建立起較為完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。2013年，力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲得廣東省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)立項(xiàng)，并于2017年達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)預(yù)期目標(biāo)，完成省級驗(yàn)收認(rèn)定。

1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心定位及建設(shè)思路

1.1 發(fā)展定位

如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面實(shí)施以能力培養(yǎng)為核心的教學(xué)改革，是高等教育工作者應(yīng)該認(rèn)真思考的問題[8]。力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（以下簡稱中心）將“以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力為核心，著重培養(yǎng)具有國際視野、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐的創(chuàng)新型人才”作為教學(xué)理念，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提高、實(shí)驗(yàn)室軟硬件環(huán)境建設(shè)、力學(xué)學(xué)科科研以及師資隊(duì)伍發(fā)展結(jié)合起來，構(gòu)建一個支撐本科教學(xué)、具有較高創(chuàng)新能力、系統(tǒng)完善、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、適應(yīng)基礎(chǔ)研究及面向工程技術(shù)應(yīng)用的綜合型、復(fù)合型教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺。

1.2 建設(shè)思路

以教育部實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革相關(guān)精神為指導(dǎo)，整合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，研發(fā)適合新時(shí)代力學(xué)實(shí)驗(yàn)教育的儀器設(shè)備，構(gòu)建一個將科研與教學(xué)相結(jié)合的綜合型力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

中心設(shè)置的相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程體系以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和創(chuàng)新動手能力為目標(biāo)，采用現(xiàn)場教學(xué)、線上教學(xué)、比賽教學(xué)等多種教學(xué)方式，提高學(xué)生參與度及學(xué)習(xí)興趣。多種教學(xué)方式相結(jié)合，讓學(xué)生感受到力學(xué)之美，為培養(yǎng)其創(chuàng)新能力打下良好基礎(chǔ)。

2 力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)內(nèi)容

2.1 完善現(xiàn)有特色實(shí)踐課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量水平

當(dāng)今世界，技術(shù)發(fā)展日新月異，如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是力學(xué)專業(yè)乃至整個科學(xué)界、教育界的難題。近年來，力學(xué)界的許多學(xué)者紛紛對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才問題進(jìn)行探討。但討論多圍繞理論教學(xué)[9]，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)注不夠。我中心的做法是，在現(xiàn)有理論教學(xué)基礎(chǔ)上，大力開發(fā)新型實(shí)驗(yàn)課程，提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（1）建設(shè)具有工科特色的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)課程，構(gòu)建科學(xué)合理的專業(yè)基礎(chǔ)課和實(shí)踐活動課，不斷將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。通過修訂本科生課程培養(yǎng)方案，不斷完善已有的“工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)”“流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)”等實(shí)驗(yàn)類課程教學(xué)內(nèi)容，增設(shè)“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)踐”[10-12]等具有較強(qiáng)創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)類課程。同時(shí)增加實(shí)習(xí)實(shí)踐課時(shí)數(shù)，通過與廣州地區(qū)多家大中型設(shè)計(jì)單位及行業(yè)企業(yè)建立良好合作關(guān)系，為學(xué)生提供實(shí)習(xí)場所。修訂后的培養(yǎng)方案中，力學(xué)專業(yè)必修的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)學(xué)分占到總學(xué)分的 24.7%，學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)得到應(yīng)有重視。

（2）開發(fā)、研制反映現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)、具有廣泛工程意義的前沿性實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮示范輻射作用，將力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心資源向社會開放。每2年舉辦一次的“全國周培源大學(xué)生力學(xué)競賽團(tuán)體賽”，旨在促進(jìn)高等學(xué)校力學(xué)基礎(chǔ)課程改革，提高學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)力學(xué)興趣。中心將每屆團(tuán)體賽題目作為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力的課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些題目具有一定的實(shí)際應(yīng)用背景及力學(xué)趣味性和創(chuàng)新性，且難易程度及工作量適中。通過這些實(shí)驗(yàn)，學(xué)生解決問題的能力得到鍛煉，創(chuàng)新能力得到提高。課程結(jié)束后的學(xué)生反饋調(diào)查顯示，這種作法受到學(xué)生的普遍贊同和歡迎。中心的資源在供力學(xué)專業(yè)及全校師生共享的同時(shí)，也對社會開放。除接待國內(nèi)外院校來訪參觀外，還積極接納外校學(xué)生和社會人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。中心各實(shí)驗(yàn)室常年開放，教學(xué)儀器設(shè)備使用效率較高。

（3）支持一批精品或重點(diǎn)課程建設(shè)，并在此基礎(chǔ)上完善實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新體系，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量水平。中心全力支持教師優(yōu)化升級課程、教材。目前，“理論力學(xué)”課程已通過省級精品資源共享課項(xiàng)目驗(yàn)收，并獲得綜合評定A級。同時(shí)，中心結(jié)合近年來的各類實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，編寫了《Mathcad與實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)》《材料與工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》等多本實(shí)驗(yàn)類教材，部分教材已正式出版[13]，供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用。

2.2 提升實(shí)驗(yàn)軟硬件和環(huán)境建設(shè)，增強(qiáng)開放實(shí)驗(yàn)平臺服務(wù)能力

工欲善其事，必先利其器。良好的實(shí)驗(yàn)軟硬件設(shè)備及實(shí)驗(yàn)環(huán)境是保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)高效有序進(jìn)行的必要條件，也是增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)平臺服務(wù)能力的前提。

中心重新規(guī)劃和調(diào)整了教學(xué)設(shè)備布置，旨在提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的空間利用率。力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)室、工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、船池實(shí)驗(yàn)室等共新引進(jìn)設(shè)備136臺套，旨在減少學(xué)生實(shí)驗(yàn)輪候次數(shù)，增加學(xué)生操作練習(xí)時(shí)間。

此外，建設(shè)、完善開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的開放程度達(dá)到30%以上。發(fā)揮輻射作用，采取“走出去，請進(jìn)來”方式，完善實(shí)踐教學(xué)體系。將實(shí)驗(yàn)室作為第二課堂的實(shí)驗(yàn)基地，將科研成果不斷轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，拓寬學(xué)生視野。

2.3 建設(shè)實(shí)驗(yàn)教師及工程技術(shù)隊(duì)伍，培養(yǎng)能將科研、教學(xué)緊密結(jié)合的人才

中心教學(xué)隊(duì)伍由實(shí)驗(yàn)教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員組成，采用固定編制、流動編制及聘用制相結(jié)合的方式。各實(shí)驗(yàn)課程負(fù)責(zé)人基本由具有博士學(xué)位且經(jīng)歷豐富的教師擔(dān)任，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師由熱心力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的年輕教師擔(dān)任，是一支高素質(zhì)的師資隊(duì)伍。

鼓勵實(shí)驗(yàn)教師按照課程或興趣組織教學(xué)團(tuán)隊(duì)，旨在通過團(tuán)隊(duì)建設(shè)，進(jìn)一步優(yōu)化課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和組織形式，加強(qiáng)教學(xué)資源的整合利用，促進(jìn)教學(xué)研討和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流，推進(jìn)教學(xué)隊(duì)伍的傳、幫、帶及老中青結(jié)合，培養(yǎng)和凝練教學(xué)特色，提高教師教學(xué)水平和課程建設(shè)質(zhì)量。

2.4 規(guī)范實(shí)驗(yàn)室管理制度和運(yùn)行機(jī)制

合理的管理運(yùn)行制度能夠保障教學(xué)的有序穩(wěn)定運(yùn)行。目前中心建立了完整的管理規(guī)章制度和教學(xué)管理體系。在國家、廣東省、學(xué)校和院系有關(guān)實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)章制度基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實(shí)際情況，制定了一系列管理辦法，使實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)日常工作有章可循。

3 力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成果

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果

中心自主開發(fā)了7項(xiàng)“工程設(shè)計(jì)綜合類實(shí)驗(yàn)”，并自制了14套相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計(jì)了3項(xiàng)新的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器平臺及5項(xiàng)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，如：自制半圓拱實(shí)驗(yàn)臺、自制非對稱彎曲變形測定儀、自制小型波浪實(shí)驗(yàn)水槽、3D打印的底層結(jié)構(gòu)模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)成果

經(jīng)過多年的建設(shè)完善，中心現(xiàn)已初具規(guī)模，在承擔(dān)和配合力學(xué)專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮了重要作用。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍由專職實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員和兼職教師組成，形成了結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。

3.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站建設(shè)成果

中心網(wǎng)站于2013年示范中心建設(shè)初期開始建設(shè)，網(wǎng)站內(nèi)容豐富，包括中心介紹、規(guī)章制度、師資力量、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、儀器設(shè)備、學(xué)生風(fēng)采等板塊。

3.4 輻射推廣成果

中心現(xiàn)有條件和環(huán)境為本院學(xué)生提供了科研創(chuàng)新的平臺，如為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和研究生創(chuàng)新研究提供支持，同時(shí)輔導(dǎo)學(xué)生參加國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作類大賽[14]，并主辦“紙橋大賽”“意粉橋大賽”等一系列第二課堂活動，還吸引和組織了其他高校及專業(yè)學(xué)生的積極參與。

4 結(jié)語

中心經(jīng)過多年發(fā)展，已建設(shè)成為省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心?，F(xiàn)有的建設(shè)成果能夠滿足力學(xué)專業(yè)及相關(guān)學(xué)院開展實(shí)驗(yàn)類教學(xué)的需求。今后中心將繼續(xù)堅(jiān)持注重綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)原則，結(jié)合工程技術(shù)特點(diǎn)及高等教育發(fā)展規(guī)律，充分運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)和手段，建設(shè)若干具有工科特色、水平先進(jìn)、效果顯著的本科實(shí)驗(yàn)實(shí)踐精品課程，爭取早日將中心建設(shè)成國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。