鄭超，張碩，郭平功，郭璐璐，白哲，羅從雙

（1.河南城建學(xué)院 土木與交通工程學(xué)院，河南平頂山 467000； 2.河南城建學(xué)院 外國語學(xué)院，河南平頂山 467000）

《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》明確提出推動具備條件的普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。隨后，國家發(fā)展改革委、教育部在“十三五”期間實施應(yīng)用型本科產(chǎn)教融合工程，該工程明確提出高校應(yīng)加強(qiáng)實習(xí)實驗實訓(xùn)環(huán)境、平臺和基地建設(shè)，培養(yǎng)能夠?qū)⒗碚撀?lián)系實際并將科學(xué)知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的直接為產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)的應(yīng)用型人才，最終推動技術(shù)技能人才培養(yǎng)和應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新。這為普通本科院校應(yīng)對我國高等教育面臨的“就業(yè)難”“同質(zhì)化”和“與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展脫節(jié)”等挑戰(zhàn)提供了有效途徑。而力學(xué)作為一門最為古老的經(jīng)典學(xué)科，是社會發(fā)展和進(jìn)步不可或缺的知識基礎(chǔ)[1]，是認(rèn)識自然的一個極其重要的手段，甚至可以說，任何一個重要的宏觀自然現(xiàn)象的解釋與定量預(yù)報，都離不開力學(xué)。因此，錢學(xué)森提出力學(xué)是工程科學(xué)的基礎(chǔ)[2]。

由于力學(xué)的重要性，幾乎在所有工科專業(yè)中，力學(xué)課程都是專業(yè)基礎(chǔ)課程[3]，其對于學(xué)生了解工程實際問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維意識，掌握解決工程問題的基本方法以及培養(yǎng)工程創(chuàng)新意識具有關(guān)鍵作用[4]。因此，工科專業(yè)實施“實踐教學(xué)一條線，實踐能力培養(yǎng)不斷線”的首要環(huán)節(jié)是力學(xué)課程。

實驗教學(xué)和理論教學(xué)是高校教學(xué)工作的兩條主線，理論課程的教學(xué)改革趨于成熟，實驗教學(xué)改革由于各種限制條件的存在，改革進(jìn)程較為緩慢，實驗教學(xué)改革才是提高力學(xué)課程質(zhì)量的有效途徑。然而，在過往的教學(xué)中實驗教學(xué)一直從屬于理論教學(xué)，沒有得到充分的重視和發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式已嚴(yán)重阻礙了學(xué)生主動思維和綜合解決實際問題能力的培養(yǎng)，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代社會對大學(xué)生的要求?；诖?，本文提出以開放式實驗為手段，開展力學(xué)課程教學(xué)改革研究。讓學(xué)生在寬松的實驗環(huán)境中，通過自主選實驗、做實驗、探討實驗、獨立完成實驗報告等實驗教學(xué)過程，既進(jìn)一步鞏固和理解了基本理論知識，又可以打破傳統(tǒng)實驗教學(xué)的課堂概念，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生掌握基本知識、基本技能，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，從而提高力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量。

1 力學(xué)課程存在的問題分析

目前，國內(nèi)高校力學(xué)課程教學(xué)存在諸多問題[5]。第一，學(xué)生對力學(xué)課程重視程度不夠，認(rèn)為自己所學(xué)專業(yè)根本用不到力學(xué)知識，力學(xué)課程學(xué)不好不會影響后續(xù)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，更不會影響就業(yè)。第二，力學(xué)課程本身內(nèi)容復(fù)雜抽象難以理解，并且很多知識在高中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)，學(xué)生認(rèn)為力學(xué)課程是中學(xué)物理課程的延續(xù)，無新鮮內(nèi)容，從而放松了對課程的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致力學(xué)課程掛科較多，無法很好地掌握相關(guān)力學(xué)知識。第三，教學(xué)方式和教學(xué)方法落后。目前，大多數(shù)高校力學(xué)課程的教授依然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，教學(xué)內(nèi)容沒有及時更新，缺乏新意，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，師生間互動較少，并且作業(yè)多，學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)重，不能有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，授課效果較差。第四，教學(xué)學(xué)時減少與教學(xué)內(nèi)容多相矛盾，學(xué)生掌握難度大。近年來，隨著高等院校教學(xué)計劃的調(diào)整，力學(xué)課程有效的教學(xué)學(xué)時減少，但教學(xué)內(nèi)容基本不變，導(dǎo)致課程教授速度進(jìn)一步加快，這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的同時需要及時復(fù)習(xí)前面的知識點，否則，很難跟上上課的節(jié)奏，如果一次缺席，將導(dǎo)致后面知識的學(xué)習(xí)更加困難，久而久之，就更難掌握這門課程。第五，個別學(xué)生基礎(chǔ)差，有抵觸心理。很多學(xué)生的物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，在學(xué)習(xí)力學(xué)課程時需結(jié)合相關(guān)物理和數(shù)學(xué)知識，因此，學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)課程難度較大，考試通過率低，無形中給學(xué)生造成一定的心理壓力，學(xué)生存在抵觸心理。第六，考核方式單一，考試是教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，目前課程采用單一的閉卷考試方式，考試內(nèi)容局限于教材中的基礎(chǔ)理論知識，不能靈活地將課程知識點和工程實際結(jié)合起來，這種方式嚴(yán)重脫離了培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的目標(biāo)。以上在力學(xué)課程教學(xué)方面存在的諸多弊端，最終削弱和影響力學(xué)課程在培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)和能力過程中的作用。因此，如何進(jìn)行力學(xué)課程改革，在有效的教學(xué)學(xué)時內(nèi)，培養(yǎng)學(xué)生基本的力學(xué)能力，進(jìn)而提高學(xué)生創(chuàng)新能力，為后續(xù)學(xué)生進(jìn)入社會完成相應(yīng)的工程應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，是高校領(lǐng)導(dǎo)和任課教師孜孜以求的目標(biāo)。

在力學(xué)課程教學(xué)改革方面，國內(nèi)外高校做了很多積極的探索。美國、澳大利亞、德國、英國、新加坡等國家的高校逐步提高力學(xué)課程學(xué)分占畢業(yè)總學(xué)分的比例，平均達(dá)到了11.8%。在課程設(shè)置上也進(jìn)行了改革，逐步將力學(xué)課程整合，進(jìn)行“大力學(xué)”課程教學(xué)。在教學(xué)內(nèi)容方面也做了相應(yīng)了改革，增加實踐課程和問題討論課程的學(xué)時，在針對專業(yè)有選擇性教授力學(xué)課程的同時適當(dāng)減少理論授課學(xué)時。例如，卡爾頓大學(xué)土木工程系一年級學(xué)生的力學(xué)課程理論講授39 學(xué)時，實驗課、問題討論課39 學(xué)時，在提高教師主觀能動性的同時也提高了教學(xué)效果。在國內(nèi)，東莞理工學(xué)院馬宏偉建立力學(xué)課程體系的組織結(jié)構(gòu)，建議拓展通識力學(xué)課程教學(xué)，以調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的方式進(jìn)行力學(xué)課程改革。西北工業(yè)大學(xué)在課程重組的基礎(chǔ)上，引入多種教學(xué)方式，將投影、 錄像及仿真教學(xué)等現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用到力學(xué)課程教學(xué)中，以提高教學(xué)質(zhì)量，獲得了良好的效果[6]。河南城建學(xué)院等高校將網(wǎng)絡(luò)課程教育和學(xué)習(xí)通平臺應(yīng)用到教學(xué)中，多管齊下，在增加學(xué)生接受知識量的同時提高教學(xué)質(zhì)量。然而，經(jīng)過近些年力學(xué)課程教學(xué)改革，力學(xué)課程質(zhì)量雖有所改觀，但問題依然存在。

2 河南城建學(xué)院力學(xué)課程開放性實驗設(shè)置

2.1 傳統(tǒng)工程力學(xué)實驗的課程開放

工程力學(xué)課程課內(nèi)實驗主要包括： 金屬材料拉伸壓縮實驗、等增量法測定材料彈性模量、低碳鋼、鑄鐵的材料扭轉(zhuǎn)實驗、純彎曲電測、彎扭組合主應(yīng)力和內(nèi)力素測定等，這些傳統(tǒng)的力學(xué)實驗以工程力學(xué)中的拉壓、剪、扭、彎等四種變形為主線，通過實驗學(xué)生可以更好地了解力學(xué)原理及提高動手能力，但在當(dāng)前教學(xué)改革的背景下，力學(xué)課程學(xué)時不斷壓縮，學(xué)生僅僅通過課堂實驗進(jìn)行實踐教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，達(dá)不到預(yù)期的效果。為此，我校將學(xué)校實驗室設(shè)置為完全開放實驗室，設(shè)置了網(wǎng)上預(yù)約平臺，預(yù)約入口見圖1。學(xué)生可在課余時間申請預(yù)約進(jìn)行自主實驗，但前提是需要在實驗室管理教師的設(shè)備培訓(xùn)和安全培訓(xùn)通過后進(jìn)行。學(xué)生增加實踐課程學(xué)習(xí)的次數(shù)，對于力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的提高起到了極大的促進(jìn)作用。

圖1 學(xué)生網(wǎng)上實驗預(yù)約平臺入口

2.2 虛擬實驗平臺的開放

傳統(tǒng)的實驗課由于儀器設(shè)備、學(xué)習(xí)時間、場地等方面的限制，即便完全對學(xué)生預(yù)約開放也無法滿足所有學(xué)生隨時進(jìn)行實驗的需求，這導(dǎo)致的結(jié)果是在短時間內(nèi)學(xué)生根本無法很好掌握實驗設(shè)備的使用和原理，從而對于通過實驗提高力學(xué)教學(xué)效果作用有限。通過建立虛擬實驗平臺（如圖2 所示），將傳統(tǒng)的實驗課同虛擬實驗平臺結(jié)合起來，教師將所有相關(guān)實驗信息，包括實驗指導(dǎo)書、教學(xué)視頻、實驗室虛擬操作flash 等放在平臺上面。學(xué)生可隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)接入來訪問該平臺，進(jìn)行有效的自主學(xué)習(xí)。一方面增加了學(xué)生實驗課程的豐富程度； 另一方面通過自主實驗可以鍛煉學(xué)生獨立思考的能力，為進(jìn)一步弄懂力學(xué)原理提供幫助。最后，教師可通過平臺記錄的學(xué)生實驗信息有針對性地調(diào)整授課計劃，為進(jìn)一步提高授課質(zhì)量提供幫助。

圖2 網(wǎng)上虛擬實驗平臺

2.3 學(xué)生創(chuàng)新性自主實驗

傳統(tǒng)的實驗過程較為簡單，學(xué)生很快就能完成整個實驗過程，重復(fù)性地進(jìn)行一種實驗的操作也不利于學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，最主要也不利于學(xué)生對力學(xué)知識的理解和運(yùn)用。通過學(xué)生自主設(shè)計一些創(chuàng)新性實驗，將所學(xué)的力學(xué)知識運(yùn)用到實驗中去，通過自主設(shè)計實驗方案、自主完成實驗操作及數(shù)據(jù)分析，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力，同時也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

3 效果分析

以我校工程造價專業(yè)為例，通過近兩個教學(xué)周期的對比發(fā)現(xiàn)，僅從力學(xué)考試的成績分析來看，以往力學(xué)考試成績集中在60-79 分范圍內(nèi)，通過本次開展以開放性力學(xué)實驗為基礎(chǔ)的力學(xué)課程改革，成績有了很大程度的提高，最新成績分布見圖3。

圖3 課程改革后成績分布圖

4 結(jié)語

通過以上分析和研究，可以得到以下結(jié)論。

（1）力學(xué)課程是所有工科的基礎(chǔ)，是應(yīng)用型技術(shù)大學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的關(guān)鍵，從實驗教學(xué)入手，開展力學(xué)課程改革是提高力學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的必經(jīng)之路。

（2）通過開放性實驗，增加學(xué)生實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，打破常規(guī)的實踐課程教學(xué)模式，可充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力，從而提高力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量。