新工科人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與改革

1、新工科人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與改革摘 要：高校實(shí)驗(yàn)室不僅是培養(yǎng)高水平人才的搖籃，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的好壞也決定著研究型高校的發(fā)展。然而， 我國高校工科人才培養(yǎng)的目標(biāo)定位尚不清晰，造成實(shí)踐教學(xué)與企業(yè)實(shí)際脫節(jié)太大。在新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)下，我國 高校傳統(tǒng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。站在新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)高度，做好實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與改革，以 大連理工大學(xué)盤錦校區(qū)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室為例，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理等三個(gè)角度， 完善基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熱情，增強(qiáng)解決工程實(shí)際問題的能力。關(guān)鍵詞：新工科；人才培養(yǎng)；基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室；教學(xué)體系；建設(shè)與改革Construction and

2、reform of fundamental mechanics laboratory for talents training under Emerging Engineering Education backgroundAbstract: University laboratories are the cradle of training high-level talents. The quality of laboratory construction determines the development of research -oriented universities. Howeve

3、r，the target orientation of engineering talents training in colleges and universities in China is still not clear，which leads to the disconnection between practical teaching and enterprise practice. Under the new industrial struc- ture，the talents training of traditional engineering specialties in C

4、hinese universities is facing challenges. Standing at the height of the talents training goal of Emerging Engineering Education，we should do a good job in laboratory construction and reform. Taking the basic mechanics laboratory of Panjin Campus of Dalian University of Technology as an example，the t

5、eaching system of the basic mechanics laboratory is improved from three angles，such as experimental teaching content，experimental teaching method and experimental teaching management，so as to cultivate students # enthusiasm for experiments and enhance their ability to solve practical engineering pro

6、blems.Key words: Emerging Engineering Education; talents training; basic mechanics laboratory; teaching system； construction and reform高校實(shí)驗(yàn)室是理論聯(lián)系實(shí)際、人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新的必備場(chǎng)所當(dāng)前，我國高校工科人才的培養(yǎng)正面臨著外部環(huán)境的快速變化，發(fā)達(dá)國家都在推 動(dòng)發(fā)展新經(jīng)濟(jì)，搶占產(chǎn)業(yè)和科技的新高點(diǎn)，如“工業(yè) 4.0”、分享經(jīng)濟(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能技術(shù)等。而 在國內(nèi)，由于我國長(zhǎng)期以來對(duì)工科人才的培養(yǎng)目標(biāo) 不清晰，工科教學(xué)理科化。盡管我國的實(shí)踐教育正 在迅速發(fā)展,但

7、與社會(huì)的需求和企業(yè)的企盼相比，仍 有很大的距離。因此，努力發(fā)展實(shí)踐教育仍是我 國高校的重中之重。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教育中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目 前,國內(nèi)的一些高校從教學(xué)思路、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方 法等進(jìn)行了一系列的改革4刃，目的就是為了提高 實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。以新工科人才培養(yǎng)為目標(biāo),做好實(shí) 驗(yàn)教學(xué)建構(gòu)與變革，以培養(yǎng)目標(biāo)為宗旨，體現(xiàn)出知識(shí) 學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)的融合，理論課程與實(shí)驗(yàn)課程的整 合，以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與社會(huì)需求的契合,最終實(shí)現(xiàn)通才 教育7本文以大連理工大學(xué)盤錦校區(qū)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí) 驗(yàn)室為例，通過基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方 法、教學(xué)管理等三個(gè)方面的建設(shè)和改革，培養(yǎng)理論基 礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、動(dòng)手能力和適應(yīng)能力強(qiáng)的專

8、業(yè) 人才。1基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)內(nèi)容建設(shè)與改革高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境與儀器設(shè)備先進(jìn)性是當(dāng)今 理工科高校關(guān)注的重點(diǎn)，但與此同時(shí)，學(xué)生的動(dòng)手能 力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更為重要3?！盎A(chǔ) 力學(xué)實(shí)驗(yàn)”是大多數(shù)工科專業(yè)必不可少的基礎(chǔ)課 程，隨著時(shí)代的發(fā)展，“基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)”已無法滿足 學(xué)生們對(duì)當(dāng)代知識(shí)的需求。在新工科的體系下，實(shí) 驗(yàn)教學(xué)的核心是高素質(zhì)的人才培養(yǎng)，基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn) 應(yīng)在高校實(shí)踐教育快速發(fā)展的背景下創(chuàng)新思維，有 針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)與改革。1.1基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程改革“基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)”中所謂的基礎(chǔ),不僅是對(duì)力學(xué) 當(dāng)中一些基本概念的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，更重要的是對(duì)力學(xué) 問題的理解，特別是對(duì)材料的變形

9、體（材料力學(xué)實(shí) 驗(yàn)部分）和剛體（理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)部分）再認(rèn)知。因 此，在總課時(shí)數(shù)一定的前提下，可適當(dāng)刪減一些簡(jiǎn)單 的、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如拉伸實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)內(nèi) 容可僅在理論授課時(shí)進(jìn)行講述，并通過實(shí)驗(yàn)錄像進(jìn) 行演示。除必要的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)外，多出的實(shí) 驗(yàn)課時(shí)可依托學(xué)院的各個(gè)教師科研方向，從中發(fā)掘 出共性的科研問題,并與社會(huì)企業(yè)相結(jié)合，發(fā)展設(shè)計(jì) 型、研究型、綜合型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,進(jìn)而了解力學(xué)實(shí)驗(yàn)與 日常工程之間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題 的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰+T。在總的課時(shí)分配上,設(shè)計(jì)型、研 究型、綜合型的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)保證不少于30%，并保 證每年有5%10%課程內(nèi)容的更新，同時(shí)與社會(huì)企 業(yè)需求相適應(yīng)!1.

10、2面向新工科的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)改革新工科的實(shí)踐教學(xué)，是以多學(xué)科融合為基礎(chǔ)，著 重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)面向 眾多的工科專業(yè)進(jìn)行授課,如機(jī)械、土木、力學(xué)等，教 學(xué)內(nèi)容泛泛,不能與專業(yè)相結(jié)合。在新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì) 下，許多產(chǎn)業(yè)依托電子、通訊、自動(dòng)化等其它專業(yè)與 力學(xué)相結(jié)合，與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相去甚遠(yuǎn)。 改革實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，需要全院教師的相互合作，共 同打造新工科下的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)體系，以實(shí)現(xiàn)通才教育 為最終目標(biāo)!此外，基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)針對(duì)不同專業(yè) 的要求，制定不同的教學(xué)大綱。目前,盤錦校區(qū)的基 礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室僅面向海洋技術(shù)專業(yè)和過程控制專業(yè) 進(jìn)行授課,授課面不高。針對(duì)運(yùn)動(dòng)康復(fù)專業(yè)、環(huán)境工 程專業(yè)

11、、生命醫(yī)藥專業(yè)等潛在的授課需求，根據(jù)不同 專業(yè)的特點(diǎn)，制定有針對(duì)性的教學(xué)大綱，難度上可分 為簡(jiǎn)單到困難不等，學(xué)分上要求0.5到2個(gè)學(xué)分，以 滿足校區(qū)學(xué)生專業(yè)的需求，提高學(xué)生的動(dòng)手能力!1.3開展新的實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)要與時(shí)代相結(jié)合，探索 實(shí)驗(yàn)教學(xué)新內(nèi)容，從而營造創(chuàng)新人才培養(yǎng)的體系。 盤錦校區(qū)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有“基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)”和 “流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)”兩門實(shí)驗(yàn)課程，可在現(xiàn)有設(shè)備的基 礎(chǔ)上，梳理已有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)學(xué)生的興趣, 發(fā)展與力學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的深一層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行授 課,如斷裂力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)、高分子材料力學(xué)等,這些 課程可在培養(yǎng)計(jì)劃中作為選修課內(nèi)容讓學(xué)生來自由 選擇,這樣即激發(fā)學(xué)

12、生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)提高了設(shè)備 的利用效率。2基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)方法建設(shè)與改革新工科理念的教學(xué)目標(biāo)，是要在通才培養(yǎng)的體 系下,培養(yǎng)學(xué)生的自主能力和動(dòng)手能力。然而，我國 大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法仍采用以班級(jí)，或者以 小組的方式進(jìn)行集中授課，這樣做的好處在于學(xué)生 便于管理,但缺乏學(xué)生的主觀能動(dòng)性,填鴨子式的教 學(xué)模式往往達(dá)不到理想的教學(xué)效果，因此，要實(shí)現(xiàn)新 工科的教學(xué)方法，應(yīng)從以下三個(gè)方面進(jìn)行改革!2.1開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革，應(yīng)以實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)為 主，教師可盡量減少講課內(nèi)容，開展以專業(yè)為背景的 影像資料,以及與實(shí)驗(yàn)操作相關(guān)的模擬動(dòng)畫制作，讓 學(xué)生們多看，多做，多動(dòng)腦。教師設(shè)定實(shí)驗(yàn)

13、室的開放 時(shí)間，學(xué)生根據(jù)自己時(shí)間安排確定上課時(shí)間。學(xué)生 自由分組，每堂課教師會(huì)首先講述一些實(shí)驗(yàn)背景和 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)時(shí)教師僅起到安全督導(dǎo)作用，學(xué)生發(fā) 散思維，通過討論的形式把實(shí)驗(yàn)完成,并在課內(nèi)把實(shí) 驗(yàn)報(bào)告寫完，提高了學(xué)生的積極性與教師的教學(xué)效 果。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室外側(cè)擺放一些實(shí)驗(yàn)展示臺(tái)，作為實(shí) 驗(yàn)成果的展示。此外,實(shí)驗(yàn)教學(xué)可在學(xué)生的課余時(shí) 間充分發(fā)揮自己的動(dòng)手能力，指導(dǎo)教師或?qū)嶒?yàn)教輔 人員起督導(dǎo)作用，從時(shí)間上和地點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的全 面開放。2.2采用與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)教學(xué)，讓學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間安 排和喜好，選擇必修和選修的實(shí)驗(yàn)課程，提高儀器設(shè) 備的利用效率。目前，大多數(shù)高校采取

14、的是學(xué)分制， 每名同學(xué)上課時(shí)間不盡相同。同時(shí),實(shí)驗(yàn)的機(jī)臺(tái)數(shù) 則是和學(xué)生數(shù)量相掛鉤，因此很難挑出一個(gè)時(shí)間讓 所有與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)。近些年來隨著計(jì) 算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，以網(wǎng)絡(luò)教 學(xué)為輔，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主成為新的大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式， 也是大學(xué)辦學(xué)實(shí)力的重要標(biāo)志。以同濟(jì)大學(xué)力學(xué)實(shí) 驗(yàn)教學(xué)示范中心為例，網(wǎng)上教學(xué)除了擁有自己的一 套選課系統(tǒng)外，還擁有開放實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)虛 擬實(shí)驗(yàn)等多個(gè)快速通道，使得學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)選課的 同時(shí)，能夠自己預(yù)習(xí)或者在線模擬操作，從而減少在 實(shí)驗(yàn)室操作失誤的幾率。2.3多樣化的考核形式實(shí)驗(yàn)課程的考核采取多種形式相結(jié)合的方式, 不僅是實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定最終實(shí)驗(yàn)課成績(jī)

15、，預(yù)習(xí)報(bào)告、動(dòng) 手操作、實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)等也是最終成績(jī)的評(píng)定因素。 實(shí)驗(yàn)課主要考核學(xué)生動(dòng)手操作能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?態(tài)度，在實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)好 與壞不影響實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)，但應(yīng)寫出詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理過 程，實(shí)驗(yàn)失敗應(yīng)分析失敗原因,教師視情況判定實(shí)驗(yàn) 成績(jī)分?jǐn)?shù)，提高學(xué)生求知與創(chuàng)新熱情。3基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理建設(shè)與改革在做好基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容建設(shè)與教學(xué)方法的同 時(shí)，還應(yīng)梳理好實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)管理工作。在盤錦校 區(qū)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初期，先后采購了大批的實(shí) 驗(yàn)儀器，如何將這些實(shí)驗(yàn)儀器耗材規(guī)范的管理是教 師首要解決的問題。同時(shí)，基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室一些實(shí) 驗(yàn)設(shè)備過于復(fù)雜，專業(yè)教師操作不夠規(guī)范，很多實(shí)驗(yàn) 設(shè)備長(zhǎng)期

16、保存不當(dāng)或者監(jiān)管不到位，都是造成實(shí)驗(yàn) 設(shè)備的故障或提前老化的因素。因此，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室 的制度化建設(shè)就顯得尤為重要M!3.1構(gòu)建多重的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)對(duì)于高校的實(shí)驗(yàn)室來說,做好新工科建設(shè)的根 本，是要做好實(shí)驗(yàn)室的整合工作。目前，我國高等院 校學(xué)生普遍存在理論基礎(chǔ)扎實(shí),但動(dòng)手能力低,與社 會(huì)和企業(yè)的需求相差太大。實(shí)驗(yàn)課是聯(lián)結(jié)高校與企 業(yè)的橋梁,大多數(shù)985高校的理工科院校當(dāng)中，實(shí)驗(yàn) 教學(xué)占有很大比例。盤錦校區(qū)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室可采 用教學(xué)和科研相結(jié)合的方式,在實(shí)驗(yàn)的同時(shí),讓學(xué)生 感知以后在企業(yè)當(dāng)中的用途，學(xué)生感覺基礎(chǔ)教學(xué)不 枯燥。同時(shí)，打破單獨(dú)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、理論力學(xué)實(shí) 驗(yàn)室和流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，整合基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)

17、驗(yàn)室的教 學(xué)資源，與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、工程訓(xùn)練、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等相結(jié)合, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放。一方面達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)備機(jī)時(shí) 數(shù)，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。3.2定期完善設(shè)備儀器，發(fā)展科研平臺(tái)建設(shè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)人才的前提,就是儀器的完 備性。所謂設(shè)備的完備，不是要簡(jiǎn)單購買重復(fù)的設(shè) 備，而是要在現(xiàn)有基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，增加具 有專業(yè)特色且與基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的儀器設(shè)備，并 注重儀器設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中的前后關(guān)聯(lián)，使得學(xué)生 在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，懂得在實(shí)際生產(chǎn)的作用。如在材料 力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)是材料力學(xué)三個(gè)最基 本的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生在做基本實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，可以結(jié)合 海洋管道拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)的檢測(cè)環(huán)節(jié)，深刻地理解 材料

18、力學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上,凝練幾個(gè)科研 方向，讓學(xué)生既實(shí)踐學(xué)習(xí)，又科學(xué)研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)新 工科下的通才式教育。3.3做好實(shí)驗(yàn)室多層次的公共服務(wù)平臺(tái)在做好學(xué)生的教學(xué)、科研基礎(chǔ)上,逐步發(fā)展實(shí)驗(yàn) 室的公共服務(wù)平臺(tái)。首先，應(yīng)做好學(xué)院內(nèi)的公共服 務(wù)平臺(tái)，讓學(xué)院內(nèi)部的教師和研究生都有機(jī)會(huì)預(yù)約、 使用設(shè)備儀器，充分利用實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備，整合學(xué) 院的教學(xué)資源，優(yōu)化學(xué)院的科研條件;其次,在保證 學(xué)院教學(xué)、科研的基礎(chǔ)上，把一些社會(huì)應(yīng)用價(jià)值大的 儀器設(shè)備掛在學(xué)院網(wǎng)站上，逐步開放校區(qū)的公共服 務(wù)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)社會(huì)企業(yè)的公共服務(wù)平臺(tái)，從而實(shí) 現(xiàn)儀器設(shè)備的充分利用。3.4加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的的安全工作高壓電、重物、逃生通道等地方應(yīng)貼好警示標(biāo) 識(shí)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)的操作流程。組織教師、相關(guān)研究生、 物業(yè)等人員定期學(xué)習(xí)安全制度，歸納總結(jié)基礎(chǔ)力學(xué) 實(shí)驗(yàn)室存在的安全隱患，討論解決方法。每年組織 多次安全演練，遇到突發(fā)情況能夠及時(shí)處理。參考 美國高校安全管理模式，由研究生以及本科生在做 實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)關(guān)注實(shí)驗(yàn)室的安全，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)向?qū)?師或?qū)嶒?yàn)教師匯報(bào)。增加基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安 全評(píng)價(jià)體系，學(xué)院對(duì)于先進(jìn)的個(gè)