邵俊華 劉翔 王蕾 張澤琳 曹建華

[摘 要] 工程力學是一門理論與實踐結(jié)合性較強，與工程技術(shù)聯(lián)系極為緊密的基礎(chǔ)學科，實驗教學是不可或缺的內(nèi)容。然而目前的工程力學實驗教學體系和內(nèi)容無法滿足新工科背景下培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型卓越工程技術(shù)人才的需要。在深入分析現(xiàn)有工程力學實驗教學體系和內(nèi)容存在問題的基礎(chǔ)上，提出了“三三二一”的工程力學實驗教學體系，并在此基礎(chǔ)上探討了教學內(nèi)容建設方案與實施途徑，最后對教學改革實踐進行了總結(jié)，以期對工程力學實驗教學質(zhì)量水平的提高產(chǎn)生積極的影響。

[關(guān)鍵詞] 新工科;工程力學;實驗教學;教學改革

[基金項目] 2019年度教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目（201902025029）;2019年度武漢科技大學校級教學研究項目（2019Z005，2019X085）;2020年度武漢科技大學校級研究項目（2020X077，Yjg202015）

[作者簡介] 邵俊華（1968—），女，河南鞏義人，博士，武漢科技大學理學院高級實驗師，主要從事工程力學相關(guān)理論研究與實驗研究;劉 翔（1983—），男，湖北武漢人，博士，武漢科技大學工程訓練中心實驗師（通信作者），主要從事實驗實訓相關(guān)方法與理論研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）21-0081-04? ?[收稿日期] 2021-02-08

應對新時代科技革命，培養(yǎng)卓越工程技術(shù)創(chuàng)新型人才，是新時代高等院校本科教育改革的新要求。2017年4月8日，教育部在天津大學召開新工科建設研討會，與會專家一致認為，培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力和人才支撐，既是當務之急，也是長遠之策[1，2]。工程力學是一門與工程實踐緊密結(jié)合的基礎(chǔ)學科，工程力學實驗在學生的動手能力和綜合分析能力培養(yǎng)中有著非常重要的地位，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、激發(fā)學生學習興趣的重要平臺[3，4];因此，工程力學實驗是落實新工科人才培養(yǎng)目標的重要抓手。然而，現(xiàn)有的工程力學實驗教學體系單一、教學手段落后、教學內(nèi)容陳舊，難以激發(fā)學生深入學習的興趣[5]。因此，必須基于科技的發(fā)展，結(jié)合新工科背景，促進高等學校工程力學實驗課程的改革與建設，從而提高專業(yè)基礎(chǔ)力學實驗教學水平與質(zhì)量。

一、工程力學實驗教學現(xiàn)存問題

（一）教學思想認識不足

傳統(tǒng)的教學理念是重視理論教學、輕視實驗環(huán)節(jié)，認為工程力學實驗只是一門實驗課，只是為工程力學理論課程服務的，并且在課程的設置上明顯偏向理論教學，這種定位和思維習慣，不僅使學生養(yǎng)成了輕視實驗課的習慣，也在一定程度上阻礙了工程力學實驗課程的發(fā)展。

（二）教學內(nèi)容陳舊

國內(nèi)大部分高校的工程力學實驗內(nèi)容包括：金屬材料的拉伸、扭轉(zhuǎn)，矩形截面梁彎曲正應力測定，主應力主方向測定，應變片粘貼等強度梁的測試，梁的沖擊載荷系數(shù)測定，等等。涉及的實驗對象、實驗方案等工況過于簡單，基本停留在驗證性實驗的范疇，只是機械地完成一些規(guī)定動作，記錄一些數(shù)據(jù)，套用現(xiàn)成的實驗報告，而設計性、綜合性、創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容較少涉及，難以達到新工科背景下對卓越創(chuàng)新人才的訓練要求。

（三）教學手段單一

在教學手段上，以教師集中講解實驗過程和注意事項、演示實驗操作要點、學生分組實驗操作并記錄實驗數(shù)據(jù)完成實驗報告的教學方法為主。這樣的教學手段雖然可以保證在規(guī)定的學時內(nèi)完成實驗教學任務，但是在整個實驗過程中，學生都處于一種盲目的被動接受學習的狀態(tài)，既不對實驗方案進行思考，也不能對實驗過程中出現(xiàn)的問題加以合理的解釋，更不能將實驗現(xiàn)象與實際工程問題相結(jié)合，提出解決方案。這種程序化答題式的實驗必將導致學生對學習產(chǎn)生惰性和依賴心理，逐漸失去對學習的興趣和動力。

（四）教學對象的積極性調(diào)動不足

“以學生為本”的理念在工程力學實驗教學過程中沒有得到體現(xiàn)。學生只要按照教師設計的實驗方案與實驗步驟按部就班地完成實驗就能獲得學分;教師成為教學活動中的權(quán)威，當實驗中出現(xiàn)與預期不同的結(jié)果時，作為教學對象的學生不敢去質(zhì)疑，缺乏學習的積極性與主動性。

二、“三三二一”工程力學實驗教學體系構(gòu)建

（一）改革的思路

近年來，隨著新工科建設的不斷深入，工程力學實驗教學體系的改革也越來越受到國內(nèi)高校的重視。工程力學教學體系改革的核心思想是通過新理念、新模式、新內(nèi)容、新手段建立工程力學實驗教學體系，從教學任務、教學過程、教學結(jié)果全方位體現(xiàn)新工科背景下工程力學實驗課程的特征，即在教學內(nèi)容設置方面夯實驗證性實驗項目在人才培養(yǎng)中的基礎(chǔ)作用，培養(yǎng)學生的實踐動手能力。同時，以工程力學學科競賽、大學生課外科技創(chuàng)新等活動為切入點，激發(fā)學生的學習興趣與創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。以科研項目為載體設計一些探索性、實踐性和創(chuàng)新性的實驗項目，注重實驗方法的掌握運用，以及對科學態(tài)度的培養(yǎng)。

（二）體系的建立

所謂“三三二一”工程簡單說就是建立三個層次，獲得三種能力，具備二個特性，具有一定難度。具體說，“三三二一”工程力學實驗教學體系包括三個層次，即基礎(chǔ)驗證實驗、綜合設計實驗和科學研究實驗（如圖1所示）。這三個層次的教學目標可以使學生獲得三種能力，即實踐動手能力、創(chuàng)新設計能力和解決復雜工程實際問題的能力。為了達到以上教學目的，必須在實驗教學的內(nèi)容設計上做到具有創(chuàng)新性和探索性，并且具有一定的難度。（如圖1所示）

三、教學內(nèi)容改革

（一）立體化工程力學基礎(chǔ)驗證型實驗內(nèi)容改革

在“三三二一”體系下，基礎(chǔ)驗證性實驗是開展綜合設計實驗及科學研究實驗的基礎(chǔ)，通過該實驗要讓學生認識工程力學實驗常用的儀器設備及其使用方法、工程力學實驗的基本操作技能和調(diào)試方法、實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理方法等。同時，為了讓學生能順利向綜合設計實驗過渡，這一層次的教學中還應包括創(chuàng)新思維的啟發(fā)課程。