面向卓越工程师培养的工程力学实验教学改革与实践

　　摘 要 从培养卓越工程师的需要出发，构建新的工程力学实验教学体系，并从评价模式、教学理念、装备建设和师资建设等方面进行探索和实践，总结增强工程力学实验教学效果的具体措施和经验。
　　关键词 卓越工程师；工程力学实验；装备建设；师资建设
　　中图分类号：G642.423 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）12-0120-03
　　卓越工程师教育培养计划是一项面向高等工程教育的重大教改项目，要顺利推进该项目，就必须构建教学质量保障和评价的新体系[1]。实验教学是教学体系中的重要一环，它可以帮助学生理解和巩固理论知识，培养学生的实践能力、创新能力以及实事求是的工作作风，这些正是卓越工程师所必需的基本素养。基础力学的实验教学涉及的工科专业多，影响面也较广，其重要性是显而易见的。但与此不相协调的现实是目前基础力学的实验教学在很多高校并未得到足够的重视，主要表现为：实验教学长期处于从属地位，教学内容以验证理论课的基本知识点为主，陈旧而缺乏更新，且教学手段单一；不能为学生创造独立思考和动手实践的空间等；在教学模式上往往是教师机械地灌输实验内容，学生被动地接受学习，依葫芦画瓢，这样根本不能激发学生获取知识的强烈愿望，极易造成学生的思维局限性和心理惰性，难以满足对学生进行工程实践能力训练的需要[2]。
　　上述弊病直接导致学生对实验兴趣索然，甚至敷衍了事，教学效果根本无从保障。在国家大力推进卓越工程师教育培养计划的背景下，笔者所在学校有多个专业被列入培养计划。为使基础力学的实验教学取得较好的教学效果，更好地培养学生的创新能力和工程实践能力，将原有的基础力学实验整合成一门工程力学实验课程，建立新的教学体系，同时从评价模式、装备建设、师资建设等方面做了一些有益的探索和实践。
　　1 重构教学体系 培养创新能力
　　1.1 实验独立设课，拓展教学自主权和改革空间
　　要构建培养创新人才的教学体系，实验教学环节要尽可能地独立开设实验课[3]。实验独立设课，不仅有利于实验教学的改革，还可以提高实验教学的地位，便于对实验进行科学管理，有利于实验室对学生开放，提高学生的重视程度[4]。为此，对理论力学和材料力学的课内实验内容进行整合和扩充，开设工程力学实验课程。围绕如何适应创新人才培养的需要，遵循既与理论教学紧密结合，又相对独立的原则重新构建工程力学实验教学体系；并将实验课程安排在材料力学课程之后，教学内容上以理论课所授知识为基础，在保障基本实验的同时，着力更新和开发提高型、研究型实验项目。
　　工程力学实验独立设课后，明确了该课程在卓越工程师培养体系中的任务和作用，也在教学内容的安排和组织运行模式方面有了更大的自主权；同时，实验学时也大大增加，这为改造传统实验、增加新实验提供了良好的条件；此外，由于实验课程与学分挂钩，学生也更加重视。近年的实践证明，独立设课对增强工程力学实验的教学效果起到很好的支撑作用。
　　1.2 设置选修实验项目，促进实验项目更新和学生创新能力的培养
　　基于近年来基础力学课程学时大幅减少的现实，在工程力学实验中安排了2学时的选修实验。针对这2学时的选修实验，开设13个实验项目供学生根据自身情况进行自由选择。这些实验项目有的来自科研或教研项目，有的来自工程实践，但都和基本的力学知识点紧密相关，如复杂零件的转动惯量测试、焊缝残余应力测试、基于振动法的索力测试等，学生可以根据自己的兴趣选修其一。这种课内的选修实验虽然学时占比小，但对促进学生的学习积极性和培养其创新精神有着很大作用，它扩大了学生学习的自主权，提升了他们的学习主动性，既能帮助他们巩固力学知识和实验技能，又能拓展其视野，激发其动手实践的兴趣和创新思维。同时再以这些课内选修实验为基点，拓展开发出相关研究型的课外开放选修实验项目，向学有余力或对力学问题兴趣浓厚的学生开放，学生在完成实验并通过考核后可获得技术类选修课学分。这类选修实验对学生的创新能力和实践能力培养产生巨大的促进作用。
　　此外，课内选修实验项目很好地解决了实验项目更新和相对固定的教学时数之间的矛盾。在保留必要的基础实验和经典的提高型实验的基础上，通过设置选修实验项目，使得实验项目的开发和更新不必受课程学时的制约，能促进实验项目的更新，而学生也获得更大的自主空间。同时，将受学生欢迎且教学效果良好的选修实验项目在适当的时候变更为必修实验，而效果差的则予以淘汰。这种方式为实验项目的更新提供了更大的空间，能切实保障实验教学的质量，且效果显著。
　　1.3 改革评价模式，挖掘学生的主观能动性和创新潜力
　　科学的评价模式可以检验学生的学习情况，评价教学效果，同时也将影响学生的学习导向。此外，强化实践教学环节考核，可以有效调动学生学习的积极性，使学生变被动学习为主动学习[5]。为此，将工程力学实验的考核设计成“平时实验、操作考核及期末笔试”三个部分，以加权求和的方式给出总评成绩。平时实验包含预习报告（方案设计）、实验操作和实验报告等，占总成绩的50%；实验操作考核的内容从提高型实验中选取，占20%；期末笔试则以实验基本原理和实验方案设计为主要内容，占总成绩的30%。这种评价模式既能反映学生的平时实验情况，又能考查其对知识点的掌握情况及综合运用知识的能力；不仅有利于引导学生认真对待每一个实验，更利于培养学生的综合能力。
　　在此基础上，尝试将笔试环节改为课程论文的撰写和知识点的面考。教师给出论文指南，学生则可以在给定范围内自由命题，并按照科技论文的规范写作并提交论文。而把实验相关的知识点放到操作考核环节以面对面提问的方式考核。从实践结果看，操作考核中插入面对面的问答是可行的，可以较客观地评价学生对实验相关知识点的掌握情况；课程论文的情况则要复杂一些，分化较严重：约55%的学生能认真对待但论文质量一般，有约20%的学生能写出自己的新观点和新创意，内容包括实验现象的再分析、实验项目的改造、实验装置的改进、设计等，其中一些论文还变成了自命题课外开放选修实验；而还有约25%的论文有不同程度的抄袭痕迹。通过尝试得出结论：课程论文可以进一步激发学生的创造力，相对笔试也更受大多数学生欢迎；同时，通过论文撰写，学生的文献检索、信息加工能力得到进一步提高，其科研能力也得到培养。笔者相信，经过日后不断的摸索和改进，此种评价模式的优点将进一步显现。

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