省級骨干學科力學實驗教學中心建設與實踐

趙增輝 付彥坤 馮元慧 陳俊國 邢明錄 趙同彬

1.山東科技大學礦業與安全工程學院 山東青島 266590

2.山東科技大學礦業工程國家級實驗教學示范中心 山東青島 266590

創新是引領發展的第一動力，人才是創新的第一資源。持續深化對大學生創新創業能力的培養，已成為高等教育改革的重要任務[1,2]。實驗教學作為工科大學生進行知識內化和實際應用的重要手段，在實施工程素質教育和創新人才培養過程中具有舉足輕重的作用[3,4]。當前，各高校在本科生培養方案中持續加大實踐教學權重，在這種情況下，如何建設與培養方案相匹配的實驗中心軟硬件環境以及實驗教學體系迫在眉睫[5-7]。

力學實驗教學(包括基礎力學實驗和力學專業實驗)是力學課程教學中的一個重要環節，對于提高學生的綜合素質、培養學生的實踐能力與創新精神具有極其重要的作用。掌握機測、電測和光測等力學性能測試方法也是工科學生必須具備的基本技能[8-10]。山東科技大學力學教學實驗中心2010年被山東省財政廳、教育廳批準為山東省高等學校骨干學科教學實驗中心建設項目。中心近幾年在實驗室軟硬件環境建設、實驗項目開發、實驗教學體系構建等方面開展了大量卓有成效的工作，為全校工科專業的力學實驗教學和各類大學生科技競賽提供了重要支撐。

1 山東省骨干學科力學實驗教學中心建設

中心建設以“注重層次、發揚個性、力求創新”為理念，通過整合各類實驗資源，擴充實驗功能，從實驗設備與裝置、實驗內容與方法、實驗環境與平臺多個方面入手，全面建設、開發、挖掘、拓展實驗實踐教學資源，以滿足人才培養、教學科研和社會服務三方面的需求。中心占地2 500多平方米，已建成面向全校工科學生開設的基礎性實驗室4個，綜合設計性實驗室4個，創新應用實驗室3個，力學專業實驗室6個，實驗室布局如圖1所示。

圖1 山東省骨干學科力學實驗教學中心實驗室布局

中心在人才培養、教學研究、社會服務等方面發揮了積極作用，已初步建成全面培養高素質、創新型人才的實驗教學基地。在實驗教學體系和實驗教學內容設置方面大膽創新，提高了創新性、設計性、綜合性實驗的比例，確保實驗開出率、設備利用率達到100%。目前，實驗教學覆蓋全校工科專業，每年為機械、土木、采礦、安全、力學、地質、材料、交通等13個學科共計27個本科專業提供實驗教學服務，涉及理論力學、材料力學和工程力學三門基礎力學課程，以及基礎力學創新實踐校內公選課程，共開設不同層次基礎力學實驗項目14個。除此之外，實驗室還承擔了碩士生和博士研究生培養工作，專業實驗室可為力學專業學生和研究生提供利用計算機對工程和產品進行性能與安全可靠性分析，光測力學及振動力學分析等高層次實驗。目前，可開設專業類實驗項目67個。圖2為本教學中心每年服務的學科專業和人數。

圖2 山東省骨干學科力學實驗教學中心服務的學科專業

2 “一提升、兩突出、三層面”工科力學實驗教學體系

長期以來，實驗教學被定位為一種輔助教學手段，教學內容陳舊，教學方法死板，例如，在實驗內容上，演示性實驗多，學生按教師設計好的實驗路線進行的實驗多，真正讓學生充分參與，發揮學生主動性和創新能力的實驗少。這種實驗教學方式在一定程度上限制了學生的主動性與積極性，抑制了學生的個性發展，難以激發他們獨立思考的興趣和激情，因而不利于創新人才的培養。為此，中心以“重基礎、強實踐、突出綜合應用能力”為指導思想，在山東省一流學科、重點學科及我校優勢工科專業的支撐下，著力提升基礎性實驗的內涵，突出實驗綜合設計性和研究創新性、突出學生實踐環節的自主性，建立了基本型、綜合設計型和個性化創新型三個層面的實驗項目，構建了“一提升、兩突出、三層面”工科力學實驗教學體系(如圖3所示)，構筑了“注重層次、發揚個性、力求創新”的三級實驗教學平臺，即基礎性實驗教學平臺、綜合設計性實驗平臺、創新研究性實驗平臺，實現了實驗內容的多元化、實驗項目的模塊化和實驗類型的層次化以及基礎性、提高性、創新性三級實踐教學目標，使得實踐教學能夠全方位、多渠道、多形式開展。在構建實驗教學平臺和教學體系的同時，加大各種實驗資源的建設，不斷拓寬所服務的專業領域，面向卓越工程師和工程認證專業開發新的實驗項目，使得實驗教學內容更加飽滿和有專業針對性，以滿足應用基礎型人才培養的需求。

圖3 山東省骨干學科力學實驗教學中心三級實驗教學體系

實驗教學體系實施分工明確，基礎性實驗和綜合設計性實驗為課程必做實驗，每學期開學初要制訂實驗教學計劃，由專職實驗教師負責時間調配和完成實驗教學任務。創新研究型實驗項目以創新小組的形式實施，通過在高年級學生中建立科技創新機制，如成立科技小組，在專門教師指導下開展各類科技創新活動，任課教師也可配合自己的教學改革自由設置各類設計項目。在實驗教學體系實施過程中，通過實驗教學信息化建設加強了實驗室的開放力度，通過改革實驗教學模式，活躍了選做實驗，通過產學研合作育人計劃項目加速了實驗內容的更新。此外，充分利用現有教學資源，開發創新實驗，結合生活與工程中基礎力學的大量發明創造，搭建了基礎力學創新思維實驗室，主要功能是介紹力學理論的創新與應用，啟發培養學生創新意識和創造能力。為加大中心開放力度和資源利用效能，學校還面向全校開設了基礎力學創新設計與實踐公選課，材料力學實驗成為單獨設課的課程。

3 建設成果及輻射作用

山東省骨干學科力學實驗中心的建設有效推進了力學實驗教學內容與方法的改革以及高質量實驗教學平臺的建設，既增加了學生的知識深度，又提高了學生的創新能力和綜合素質。近五年，學校在7個學院20多個專業進行實踐，取得了顯著效果。依托平臺資源，我校承辦了校級基礎力學創新設計大賽、全國結構力學大賽選拔賽。全國周培源大學生力學競賽選拔賽等多項賽事，在2011年第八屆全國周培源大學生力學競賽中，我校取得全國團體賽第十二名、山東省個人賽第一名的好成績。在2013年第九屆全國周培源大學生力學競賽中，我校奪得全國團體賽第一名，獲得特等獎。2015年我校承辦了第十屆全國周培源大學生力學競賽“理論設計與操作”團體賽的命題和組織工作。多元化的實驗教學內容激發了學生科技創新的熱情和潛力，據不完全統計，近年來數百名學生利用力學原理設計的產品獲得國家實用創新型專利和發明專利。近年來，本科生和研究生通過科技創新、科研課題公開發表論文30余篇，有5篇畢業論文獲得山東省優秀學士和碩士論文。依托中心實驗平臺，教師完成國家級、省部級各類科研項目20余項，教研項目10余項，發表高水平學術論文50余篇，出版實驗類教材3種。此外，實驗中心與周邊多個初高中學校簽訂協議，建立科普教學基地。

4 結語

力學實驗中心是工科專業創新人才培養的重要基地。山東科技大學通過校級統籌，強化整合實驗室資源，創新實驗教學模式，以“注重層次、發揚個性、力求創新”為理念，完成了山東省骨干學科力學實驗中心建設。突破了原有實驗教學的瓶頸，構建了“一提升、兩突出、三層面”工科力學實驗教學體系，構筑了從基礎到綜合再到創新的三級實踐教學平臺，為一流學科建設和創新人才培養提供了有力支撐。中心將根據學校學科和專業發展布局，進一步完善實驗教學體系和實驗室軟硬件環境，探索實驗教學、科學研究、大學生科技競賽、校園文化建設相融合的立體化人才培養模式。