中山大学力学实验教学示范中心建设研究与实践

刘玉岚，詹杰民，黄建亮，许 泽

（中山大学 航空航天学院 应用力学与工程系，广东 广州 510006）

力学属于技术科学或工程科学，力学教育是高等工程教育的重要组成部分[1]。但我国的力学教育一直存在“重理论学习，轻实验探索”的问题。近年来，各高校逐渐意识到实验教学对力学专业学生培养的重要性，大量力学实验教学中心相继建立[2-6]。

我校力学专业创办于1958年，有着优良的办学传统，是全国创办较早的几个力学专业之一。经过 60余年的发展，在非线性动力学、水动力学及工程、结构安全与防护等学科方向实力突出、特色鲜明[7]。近年来，学院通过整合、研制各类实验教学设备，开发适应新世纪工程类人才培养的实验项目，依托应用力学与工程系，组建了力学实验教学中心。经过不懈努力，建立起较为完善的实验教学体系。2013年，力学实验教学中心获得广东省实验教学示范中心建设立项，并于2017年达到项目建设预期目标，完成省级验收认定。

1 力学实验教学中心定位及建设思路

1.1 发展定位

如何在实验教学方面实施以能力培养为核心的教学改革，是高等教育工作者应该认真思考的问题[8]。力学实验教学中心（以下简称中心）将“以提高教学质量为目标，培养创新能力为核心，着重培养具有国际视野、厚基础、强实践的创新型人才”作为教学理念，将实验教学质量提高、实验室软硬件环境建设、力学学科科研以及师资队伍发展结合起来，构建一个支撑本科教学、具有较高创新能力、系统完善、应用领域广泛、适应基础研究及面向工程技术应用的综合型、复合型教学实验平台。

1.2 建设思路

以教育部实验室建设及实验教学改革相关精神为指导，整合现有实验教学资源，研发适合新时代力学实验教育的仪器设备，构建一个将科研与教学相结合的综合型力学实验教学中心。

中心设置的相关实验课程体系以培养学生理论联系实际和创新动手能力为目标，采用现场教学、线上教学、比赛教学等多种教学方式，提高学生参与度及学习兴趣。多种教学方式相结合，让学生感受到力学之美，为培养其创新能力打下良好基础。

2 力学实验教学中心建设内容

2.1 完善现有特色实践课程内容和实验教学体系，提高实验教学质量水平

当今世界，技术发展日新月异，如何培养创新型人才是力学专业乃至整个科学界、教育界的难题。近年来，力学界的许多学者纷纷对培养创新型人才问题进行探讨。但讨论多围绕理论教学[9]，对实验教学关注不够。我中心的做法是，在现有理论教学基础上，大力开发新型实验课程，提高学生实践创新能力。

（1）建设具有工科特色的实验实践教学课程，构建科学合理的专业基础课和实践活动课，不断将科研成果转化为实验教学资源。通过修订本科生课程培养方案，不断完善已有的“工程力学实验”“流体力学实验”等实验类课程教学内容，增设“结构设计与实践”[10-12]等具有较强创新性的实验类课程。同时增加实习实践课时数，通过与广州地区多家大中型设计单位及行业企业建立良好合作关系，为学生提供实习场所。修订后的培养方案中，力学专业必修的实验、实践教学学分占到总学分的 24.7%，学生实践能力培养得到应有重视。

（2）开发、研制反映现代实验技术、具有广泛工程意义的前沿性实验，发挥示范辐射作用，将力学实验教学中心资源向社会开放。每2年举办一次的“全国周培源大学生力学竞赛团体赛”，旨在促进高等学校力学基础课程改革，提高学生学习基础力学兴趣。中心将每届团体赛题目作为培养学生实践操作能力的课外实验项目。这些题目具有一定的实际应用背景及力学趣味性和创新性，且难易程度及工作量适中。通过这些实验，学生解决问题的能力得到锻炼，创新能力得到提高。课程结束后的学生反馈调查显示，这种作法受到学生的普遍赞同和欢迎。中心的资源在供力学专业及全校师生共享的同时，也对社会开放。除接待国内外院校来访参观外，还积极接纳外校学生和社会人员进行实验训练。中心各实验室常年开放，教学仪器设备使用效率较高。

（3）支持一批精品或重点课程建设，并在此基础上完善实践教学创新体系，提高实验教学质量水平。中心全力支持教师优化升级课程、教材。目前，“理论力学”课程已通过省级精品资源共享课项目验收，并获得综合评定A级。同时，中心结合近年来的各类实验教学资源，编写了《Mathcad与实验流体力学》《材料与工程力学实验指导书》等多本实验类教材，部分教材已正式出版[13]，供学生在实验教学中使用。

2.2 提升实验软硬件和环境建设，增强开放实验平台服务能力

工欲善其事，必先利其器。良好的实验软硬件设备及实验环境是保证实验教学高效有序进行的必要条件，也是增强实验平台服务能力的前提。

中心重新规划和调整了教学设备布置，旨在提高教学实验室的空间利用率。力学性能实验室、工程力学实验室、流体力学实验室、船池实验室等共新引进设备136台套，旨在减少学生实验轮候次数，增加学生操作练习时间。

此外，建设、完善开放式实验教学，使学生自主实验的开放程度达到30%以上。发挥辐射作用，采取“走出去，请进来”方式，完善实践教学体系。将实验室作为第二课堂的实验基地，将科研成果不断转化为实验教学资源，拓宽学生视野。

2.3 建设实验教师及工程技术队伍，培养能将科研、教学紧密结合的人才

中心教学队伍由实验教师和实验技术人员组成，采用固定编制、流动编制及聘用制相结合的方式。各实验课程负责人基本由具有博士学位且经历丰富的教师担任，实验指导教师由热心力学实验教学的年轻教师担任，是一支高素质的师资队伍。

鼓励实验教师按照课程或兴趣组织教学团队，旨在通过团队建设，进一步优化课程的教学内容、教学方法和组织形式，加强教学资源的整合利用，促进教学研讨和教学经验交流，推进教学队伍的传、帮、带及老中青结合，培养和凝练教学特色，提高教师教学水平和课程建设质量。

2.4 规范实验室管理制度和运行机制

合理的管理运行制度能够保障教学的有序稳定运行。目前中心建立了完整的管理规章制度和教学管理体系。在国家、广东省、学校和院系有关实验室管理规章制度基础上，结合自身实际情况，制定了一系列管理办法，使实验室的各项日常工作有章可循。

3 力学实验教学中心成果

3.1 实验教学成果

中心自主开发了7项“工程设计综合类实验”，并自制了14套相应的实验设备，设计了3项新的流体力学实验教学实验仪器平台及5项创新性实验，如：自制半圆拱实验台、自制非对称弯曲变形测定仪、自制小型波浪实验水槽、3D打印的底层结构模型风洞实验等。

3.2 实验教学队伍建设成果

经过多年的建设完善，中心现已初具规模，在承担和配合力学专业本科实验教学中发挥了重要作用。目前，实验教学队伍由专职实验教学教师、实验技术人员和兼职教师组成，形成了结构合理、稳定高效的实验教学队伍。

3.3 实验教学网站建设成果

中心网站于2013年示范中心建设初期开始建设，网站内容丰富，包括中心介绍、规章制度、师资力量、实验教学、仪器设备、学生风采等板块。

3.4 辐射推广成果

中心现有条件和环境为本院学生提供了科研创新的平台，如为大学生创新创业大赛和研究生创新研究提供支持，同时辅导学生参加国内外结构设计制作类大赛[14]，并主办“纸桥大赛”“意粉桥大赛”等一系列第二课堂活动，还吸引和组织了其他高校及专业学生的积极参与。

4 结语

中心经过多年发展，已建设成为省级实验教学示范中心。现有的建设成果能够满足力学专业及相关学院开展实验类教学的需求。今后中心将继续坚持注重综合素质和创新能力培养原则，结合工程技术特点及高等教育发展规律，充分运用现代教育技术和手段，建设若干具有工科特色、水平先进、效果显著的本科实验实践精品课程，争取早日将中心建设成国家级实验教学示范中心。