基于实验室开放的力学实验教学改革研究与实践

Ｉ　Ｓ　ＳＮ１００２４９５——６　ＣＮ１１　２０３４／Ｔ　实验技术与管理　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　第３２卷第１０期２０１５年ｌＯ月　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．１０　Ｏｃｔ．２０１５　

实验教学研究　

基于实验室开放的力学实验教学　

改革研究与实践　

张学义，夏兴有，芦　颉，潘信吉　

（哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨　１５０００１）　

摘要：介绍了哈尔滨工程大学依托力学实验室开放，搭建大学生创新平台、进行力学实验教学改革的研究　与实践。基于实验室开放的力学实验教学，营造出有利于大学生自主创新的氛围，利于培养学生的创新设计　能力和团结协作精神，拓展学生的创新思维；构建的力学实验课程群，使学生在有限的时间内学习和掌握更　多的力学知识；创建力学实验考核体系，对实验教学进行全方位考评，调动学生参与力学实验的积极性，全面　提升力学实验教学质量。　关键词：实验室开放；教学改革；创新能力　中图分类号：Ｇ６４２．ｏ　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—４９５６（２０１５）１０—０１６１—０３　

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｒｅｆｏｒｍ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｂａｓｅｄ　

ｏｎ　ｏｐｅｎｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　

Ｚｈａｎｇ　Ｘｕｅｙｉ，Ｘｉａ　Ｘｉｎｇｙｏｕ，Ｌｕ　Ｊｉｅ，Ｐａｎ　Ｘｉｎｊｉ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　ａｎｄ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）　

为了适应当代科学技术、经济和社会发展的需要，　高等学校的人才培养模式发生了很大变化。培养具有　

一定知识储备、有较高科研素质和科研技能且具有创　

新精神和创新能力的学生，是当今高等学校的教育培　养目标Ｌ１］。实验教学能够拓展学生思维、培养学生创　

新精神、提高实践技能，是培养高素质大学生的重要教　

收稿日期：２０１５—０３－２４　基金项目：哈尔滨工程大学教学研究项目（ＳＹＪＧ２０１４０２０２）　作者简介：张学义（１９７２一），男，山东沂南，博士，副教授，力学实验教学　示范中心主任，主要研究方向为工程力学与力学实验教学．　Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｕｅｙｉ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｅｎ　学方式。但是，实验教学受实验条件、实验教师队伍和　

实验环境等因素的影响较大，这些条件的欠缺会直接　影响高素质人才的培养。开放实验室是高校缓解这些　

矛盾的重要举措之一，但也面临一些问题，例如：实验　室开放后的实验内容体系、授课方式和实验成绩考核　

等均与现行的教学模式和实验室管理体制不适应。为　了最大限度地发挥开放实验室在教学和人才培养中的　

作用，哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院坚持以培　养学生实践动手能力和创新精神为目标，构建实验教　

学平台和学生创新平台，构建新的力学实验课程群和　力学实验成绩考核体系，提高开放实验室的实验教学　

质量，发挥开放实验室在人才培养中的重要作用。　一一一一一一一一呦　一～　～一一一一一～一ｌ６２　实验技术与管理　

１　以培养学生实践动手能力和创新精神为　

目标　

培养大学生的创新精神和创新能力既是高校实验　教学的重要任务，也是实验教学的永恒主题＿２］。哈尔　滨工程大学在实验教学改革中，以培养学生实践动手　

能力和创新精神为目标，突出“因材施教，个性培养”的　

理念，在实验教学中采取强调整体、注重个体的分层次　

实验教学模式。“强调整体”是在实验教学中注重对全　体学生进行实践动手能力和创新精神的培养，“注重个　体”是针对能力较强的学生，重点培养其创新能力，使　

其能发挥自身的优势　］，最终使所有的学生都能得到　

锻炼，使优秀学生脱颖而出。　

２搭建实验室开放平台　

搭建实验教学平台和学生创新平台，所有的实验　

教学资源向学生开放，让学生成为实验的主体［４］，调动　

学生参与实验的积极性，营造有利于创新的氛围，吸引　学生参与开放实验。鼓励学生通过实验发现问题、解　决问题，培养学生的创新思维和创新技能，全面提升学　

生的创新能力。　

２．１实验教学平台　立足本科生实验教学和研究生教学，按照整体时　

间开放、个体内容开放的原则开放实验室，激发学生的　学习兴趣，调动学生参与实验探索的积极性，鼓励学生　

到实验室参加科学实验。　

整体时间开放是面向全校学生，从低年级学生开　始就改变以前被动的实验学习方式，使学生能够从被　

动接受变为主动参与，从要求学生学习变成学生主动　学习，体现实验教学中学生的主体作用＿５］。以实验室　

开放管理系统为平台，学生可以根据自己的能力和兴　

趣爱好，在教学计划的框架下选择适合自己的实验项　目，就如同按菜单选择适合自己口味的菜肴（实验项　

目）一样。学校为学生提供宽松的学习环境，学生不受　学年、专业和时间的限制，根据自身的实际选择时间进　

行实验。　个体内容开放包括学生参与科研和科技活动型开　

放以及自选研究课题型开放。这个层面的开放意在鼓　

励学生参与科学研究活动，重点培养学生独立解决实　际问题的能力，提升学生的科研能力。　

（１）学生参与科研和科技活动型开放。实验室依　

据科研项目以及各类学科竞赛活动的需要发布实验目　录，此类实验要求学生运用多门课程的综合知识进行　

一些较复杂的科研实验，具有一定的探索性。学生可　以综合所学知识，观察、分析一些简化了的技术问题，　

在学习过程中受到科学研究的初步训练，培养分析问　题和解决问题的能力＿６］。　

（２）学生自选研究课题型开放。学生依据兴趣和　

爱好，结合实验室条件完成综合性、设计性实验项目的　设计和研究，还可进行实验软件开发、实验软件制作和　

实验教学网站建设等。以学生为主体的实验模式，面　向优秀学生，重视学生的个性培养，体现因材施教、个　性发展。　

２．２学生创新平台　学生创新平台是课堂教学的延伸，是理论与实际、　知识与能力的融合点，能全面培养学生的创新意识和　

创新精神。在学生创新平台，学生有机会使自己的设　想变成现实，使自己从科学知识型向科学知识创新型　

转化。在这里，强化对学生创新能力培养，使学生在浓　厚的创新气氛中成长，不断扩大视野，了解更多的前沿　知识，提高分析问题和解决问题的能力ｌ＿７］。　

大学生竞赛平台是学生创新平台的重要组成部　分，各类竞赛对学生而言既是自主学习的过程，又是培　

养创新能力的载体［８蜘。竞赛能激发学生的学习兴趣、　

加强基础知识和专业知识的综合运用。学生在参与竞　赛的过程中，要创新思路，构思出各种参赛方案，要进　行各种科技制作。学生在参赛过程中会遇到很多问　

题，这些问题激励学生去思考、去解决，当一种方法行　不通时，需要尝试用其他方法去解决。不断发现问题、　

提出问题、努力求解问题的过程，将促使学生从被动学　习转变为主动学习，锻炼发现问题，解决问题的能力。　

在我校的大学生结构设计大赛中，参赛学生精心　设计出可以记录载荷和位移的加载装置，巧妙地利用　

激光笔进行非接触式位移测量，显示出学生的创新思　维和解决实际问题的能力。学生通过参赛，既丰富了　

理论知识，又培养了科研能力、动手实践能力、创新设　计能力和团结协作精神，同时也拓展了学生的创新　思维Ｅｌｏ］。　

３构建力学实验课程群　

力学实验课存在课程内容分散、课程学时少、实验　教学资源不能充分利用等问题，建设力学实验课程群　

解决了制约这类实验课的瓶颈问题。我校按目标培养　模式，构建了分层次的、可使更多学生受益的实验课内　

容体系。力学实验课程群是把多门单一的力学实验课　

进行科学整合和优化，充分发挥课程资源优势，以产生　“１＋１＞２”的效果。构建力学实验课程群，不是简单的　

实验内容的叠加，而是找出各个力学实验项目之间的　内在联系，进行科学的构建，建立多个课程人口和出　口，使学生根据专业需要和兴趣进入力学实验课程群　学习。学生能在有限的时间内了解、学习和掌握更多　

的力学实验知识，提升实验能力。

　张学义，等：基于实验室开放的力学实验教学改革研究与实践　

构建力学实验课程群可以实现优质实验教学资源　共享，使不同层次学生都有机会享受最好的资源——　

实验教师资源、实验仪器设备资源和实验课程资源。　建设课程群可以开阔学生视野，丰富学生的实验知识，　提升学生的实验能力，还可以挖掘实验教学内涵、丰富　

实验教学理念、拓展实验内容体系、完善实验手段和方　法。构建力学实验课程群可以提高实验课程教学的效　果，提升实验教学质量，在传授知识的基础上，使学生　

掌握力学实验课程的完整框架和思维方法。　

４创建力学实验考核体系　

考核的目的不仅在于了解学生对知识掌握的情　况，更重要的是调动学生学习的积极性，使考核成为教　

学的中间环节而不是终结环节。因此，如何评定实验　

成绩至关重要。　在实验室完全开放的情况下，综合性设计实验等　新的实验形式占的比例越来越大，特别是构建力学实　

验课程群之后，学生选择不同的实验内容，对这些实验　的成绩评定具有一定难度，客观上必须建立一套多元、　

公平、合理的实验成绩考核体系。新的考核体系不仅　要考核学生实验的全过程，又要能反映学生掌握知识　

和运用知识的能力，而且应该是动态的和全方位的考　评。这种考评方法要能统筹考核实验能力和创新能　

力，同时又应该成为激发学生学习热情的动力。　基于上述思想，应建立以实验技能测试为主、包括　现场随机抽题笔试等多种考核模式在内的动态考核体　

系，重点考核学生的实验操作能力与基本实验技能。　考核内容主要以基本实验和综合性设计实验为主。考　

核前几周在实验室网站上公布考核的典型实验测试项　目，学生可以在实验室网站上预习，也可以到实验室学　

习。学生在实验室网站上下载２份实验成绩评定表，　

填好姓名学号等基本信息，考核时交给教师。　采取２名教师考核１名学生的考核方式，学生到　实验室抽出题签，每个题签包括３个实验项目，学生按　

照实验项目进行操作、测试并回答教师的提问。实验　成绩评定表中包括实验基本知识、操作技能、实验原　

理、实验结果和问题回答５项，每项２ｏ分，每项中有若　干小项，每个小项都有具体成绩评定标准和分值。２　

名教师根据学生的表现逐项给出分值，其平均值就是　学生的最后成绩。　

５　实验教学改革效果显著　

力学实验教学改革取得了显著成效。改革之前，　

实验课的通过率为８３　左右，２０１１年实施教学改革，　当年学生实验课的通过率提高到８７　，２０１２年和　２０１３年学生实验课的通过率分别达到９３　和９６　，　学生成绩中“优秀”和“良好”的比例明显提高。２０１０　年以来，力学实验室相关的实验课程连续４年获得哈　

尔滨工程大学示范实验课程。以实验技能测试为主的　实验成绩考核方法得到国内同行的高度认同，多次在　

全国相关会议上交流，国内多所高校同行到力学实验　室进行过调研。　在２０１０年黑龙江省首届大学生基础力学实验竞　赛中，我校力学创新实验室教师指导的学生代表队获　

得特等奖１项、二等奖１项；在２０１０年首届全国大学　生基础力学实验竞赛中，我校代表队获得了二等奖；在　

２０１１年第八届全国周培源大学生力学竞赛个人赛中，　我校学生取得优异成绩，在团体赛中获三等奖；在　

２０１２年第六届全国大学生结构设计竞赛中，我校力学　创新实验室教师指导的代表队获得二等奖。