王義平 于化龍 歷長云 姚彥博

(中國石油大學(北京)克拉瑪依校區(qū)工學院，新疆克拉瑪依834000)

材料力學是高校工科學生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。實驗作為課程的重要組成部分，有助于學生對理論知識的理解和知識體系的構(gòu)建，特別是對培養(yǎng)學生“理論與實踐相結(jié)合”的能力具有重要作用。國務(wù)院多部委曾聯(lián)合提出引導(dǎo)部分高校向應(yīng)用技術(shù)型高校轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略部署，目的是培養(yǎng)既有創(chuàng)新理論知識，又有工程意識和實踐能力的應(yīng)用型工程技術(shù)人才[2]。

項目管理，是以項目為對象的系統(tǒng)管理方法，通過一個臨時性的專門柔性組織，對項目進行高效率的計劃、組織、指導(dǎo)和控制，以實現(xiàn)項目全過程的動態(tài)管理和項目目標的綜合協(xié)調(diào)與優(yōu)化[3]。當前，項目的概念已從“工程項目”擴展到更廣范圍[4]，一切皆項目。

1 材料力學實驗教學現(xiàn)狀

在應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標下，高校材料力學實驗教學普遍存在與培養(yǎng)要求不協(xié)調(diào)的問題，難以在能力培養(yǎng)和分析創(chuàng)造能力上有所進步[5-6]。主要存在以下問題。

(1)課時較少，實驗內(nèi)容受限。我校區(qū)根據(jù)課程標準設(shè)置材料力學課內(nèi)實驗4個(8學時)，主要為基礎(chǔ)型實驗(金屬拉伸、扭轉(zhuǎn)、沖擊、純彎曲梁正應(yīng)力電測實驗)。由于實驗開設(shè)課時少，學生沒有機會接觸其他實驗，更談不上拓展實驗以及創(chuàng)新能力。

(2)教學模式固化，學生積極性差。受諸多限制，實驗授課通常采用“講解+操作+報告”方式，老師傳輸知識，學生被動接受，大部分學生都是一知半解，沒有進行深層次的思考，只是為了能在課堂時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容，因此學生參與實驗的主動性和積極性差。

(3)實驗內(nèi)容單一，與專業(yè)特色和工程實際結(jié)合較少。實驗內(nèi)容主要為對應(yīng)理論課程的演示性實驗，缺乏設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗內(nèi)容，且沒有與專業(yè)特色、工程實際相結(jié)合。各專業(yè)開設(shè)的實驗內(nèi)容基本一致，每個實驗相對獨立，學生掌握知識零散孤立。當面對實際工程問題時，學生不知所措。

(4)實驗考核方法有待改進。以往的實驗考核主要是以學生提交的實驗報告為評定依據(jù)，造成學生“輕過程、重報告”的不良習慣，特別是動手能力較差的同學，通過拷貝報告來得到一個較高的分數(shù)，不利于學生動手實踐能力的培養(yǎng)。

(5)設(shè)備數(shù)量限制，教學組織欠合理。材料力學實驗為專業(yè)基礎(chǔ)實驗，開課專業(yè)多、人數(shù)多。我校區(qū)每年需給機械、過控、石油工程、油氣儲運專業(yè)約500人開設(shè)實驗課，而設(shè)備套數(shù)有限，以往實驗過程中5或6人一組，其中2或3人主要動手操作，其他人員只是記錄、分析數(shù)據(jù)或在旁邊觀看，不利于學生動手實踐能力的培養(yǎng)。

2 實驗教學改革與實踐

2.1 實驗教學項目管理流程

實驗教學的最終目標是要培養(yǎng)學生動手操作，動腦思考，分析、解決問題的應(yīng)用能力。基于項目管理模式的實驗教學就是通過老師設(shè)置項目任務(wù)，學生組團以項目為中心、以任務(wù)為驅(qū)動、自主學習，解決項目問題而進行的教學活動。材料力學實驗教學項目管理流程如圖1所示。

圖1 實驗教學項目管理流程

(1)項目啟動階段：明確實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)，組建實驗團隊、領(lǐng)取項目任務(wù)。

(2)規(guī)劃階段：根據(jù)實驗任務(wù)制定項目計劃，包括實驗項目范圍管理、實驗時間管理、實驗材料成本管理、實驗質(zhì)量管理、實驗風險管理等。

(3)執(zhí)行階段：團隊成員根據(jù)自己在實驗項目中所承擔的角色和分配的任務(wù)執(zhí)行實驗，并加強溝通交流。

(4)監(jiān)控階段：監(jiān)控實驗項目的進展和實驗數(shù)據(jù)，及時修正和調(diào)整實驗項目計劃。

(5)收尾階段：完成實驗項目任務(wù)，分析總結(jié)，整理存儲項目相關(guān)資料。

2.2 采用項目管理后的成效

采用項目管理模式后，一個實驗即為一個項目。根據(jù)實驗項目所培養(yǎng)學生不同層次的能力，將實驗項目培養(yǎng)能力等級劃分為一級、二級、三級。基礎(chǔ)型實驗為一級能力實驗，作為其他實驗項目的學習基礎(chǔ)。該模式較原實驗教學的區(qū)別主要如下。

(1)適應(yīng)工科專業(yè)各層次學生能力的培養(yǎng)，課程時間靈活。除拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲、沖擊基礎(chǔ)型實驗項目外，實驗內(nèi)容上增加了設(shè)計性、創(chuàng)新性、綜合性等的實驗項目。實驗學時根據(jù)項目完成難易程度設(shè)定，單個項目的實驗時間不超過4學時，我校以課外“開放性實驗”方式作為實驗學時的保障，學生預(yù)約開放性實驗，實驗時間更加靈活方便。

(2)以問題為向?qū)?，改變傳統(tǒng)“講解+操作+報告”的方式。課前錄制基礎(chǔ)型實驗視頻，將實驗設(shè)備操作方法、安全注意事項等制作成教學視頻發(fā)送至同學，課下提前學習，課上提問、考核，進行實驗；開放性實驗部分，學生根據(jù)實驗任務(wù)，自我提問、自我學習，利用線上、線下資源，查閱實驗項目相關(guān)資料設(shè)計、完成實驗；個別實驗項目還增加了有限元模擬仿真要求，學生自行學習相關(guān)軟件和理論完成要求。學生的學習深度和實驗主動性增強。

(3)從解決實際問題出發(fā)，實驗內(nèi)容與專業(yè)特色、工程實際、大學生科技創(chuàng)新競賽相結(jié)合。我校為石油特色大學，實驗項目設(shè)置時綜合考慮了石油特色，涵蓋資源勘查、鉆采、石油上下游產(chǎn)品等內(nèi)容。學生根據(jù)自身興趣和能力要求，自由組合選擇實驗項目，其中一級能力實驗項目必選，二級、三級能力實驗項目組合選擇。學生通過自行設(shè)計、協(xié)作完成實驗項目，不斷提高分析、解決問題的應(yīng)用型能力。

(4)成績考核重點傾向?qū)W生實驗方案設(shè)計、操作技能，三級能力實驗項目增加了答辯考核形式，再綜合考勤、課下學習、實驗報告等情況進行考評。具體成績考核包含：實驗方案30%，實驗技能30%，實驗及數(shù)據(jù)處理20%，考勤5%，實驗報告15%(含答辯5%)。實現(xiàn)了實驗前、實驗中、實驗后的全過程控制。

(5)教學組織上采用團隊形式開展實驗，學生以2或3人自由組團完成實驗。小組長負責本組實驗總體安排，各組員根據(jù)項目任務(wù)進行角色分工，從而使每個同學都能積極、主動參與到實驗中。學生實現(xiàn)了從“個人到團隊”，從“被動到主動”實驗的轉(zhuǎn)變。

3 基于項目管理模式的教學案例

以調(diào)查一石油運輸管線點蝕穿孔原因項目為例。石油管線出現(xiàn)穿孔泄漏的危害性較大，在排查漏點更換失效管段后，需對管線失效原因進行調(diào)查。該項目為工程實際問題，為二級能力實驗項目。經(jīng)初步分析，調(diào)查內(nèi)容可能涉及材料力學性能、工程材料組織結(jié)構(gòu)、化學組成成分等方面，是一項涉及不同工作團隊，需將各方面工作有機協(xié)調(diào)配合的綜合型項目管理工作。

基于項目管理模式的實驗教學具體實施步驟如下。(1)確定項目任務(wù)、定義項目范圍。老師確定該項目任務(wù)為調(diào)查石油運輸管線穿孔原因。因涉及內(nèi)容廣，根據(jù)課程性質(zhì)，該項目范圍定義為僅從材料力學性能方面調(diào)查管線穿孔原因。其他方面的調(diào)查工作也可定義為項目，此處不作研究。(2)組建團隊、任務(wù)分工。對項目感興趣的3名學生自由組合成團，從老師處領(lǐng)取項目任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)進行角色分工。(3)制定項目計劃。項目組從任務(wù)出發(fā)，查閱《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》國家標準(GB/T 9711-2017)，了解管線材料L360相關(guān)技術(shù)指標，確定影響管線材料質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)和實驗質(zhì)量控制方法，設(shè)計實驗方案。同時根據(jù)項目緊急程度，設(shè)定項目總時間和實驗時間，確定管線實驗試樣數(shù)和取材處，提出實驗可能存在的風險和解決辦法等。(4)執(zhí)行項目。先對穿孔管線外觀、尺寸進行分析，截取管線穿孔附近試樣多組，根據(jù)實驗方案對試樣進行拉伸、沖擊等實驗。實驗過程中項目組成員間、與老師間充分溝通交流。(5)監(jiān)控實驗數(shù)據(jù)和進度。仔細觀察試樣變形情況及材料拉伸、沖擊破壞特性，并將實驗數(shù)據(jù)與L360標準材料性能指標對比；根據(jù)階段性任務(wù)完成情況適當調(diào)整項目進度。實驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表1和表2所示。(6)結(jié)束項目。項目組從材料力學角度對管線材料進行初步評價，從實驗數(shù)據(jù)來看，拉伸、沖擊實驗結(jié)果均滿足GB/T 9711-2017標準要求，說明管線材料力學性能方面符合要求。要全面分析點蝕穿孔原因，還需進一步結(jié)合管線化學成分、金相組織以及輸送介質(zhì)等檢測結(jié)果。本課程項目完成后，對學生完成情況進行考核評價。

表1 拉伸實驗結(jié)果

表2 夏比沖擊實驗結(jié)果

教學過程中，老師起引導(dǎo)作用，學生自主設(shè)計、完成實驗，真正將所學知識應(yīng)用于分析、解決工程實際問題。同學們在過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，體會到實驗帶來的樂趣。

4 結(jié)語

采用項目管理模式對材料力學實驗教學改革實踐后，同學們反饋良好。學生根據(jù)自身情況組合選擇實驗項目，既符合教學總體安排，又綜合考慮了學生個體能力和興趣的差異性，實現(xiàn)了整體教學和個性化教學。此外，同學們在完成實驗過程中主動學習、團結(jié)協(xié)作、分析解決問題，并在過程中收獲了很多新技能和新能力。項目不在于大小，而在于過程中的能力培養(yǎng)。以項目管理模式來培養(yǎng)學生，這對學生今后更快更好地適應(yīng)社會、適應(yīng)工作崗位百利而無一害，也為高校實驗(實踐)改革提供了方法和參考。