“工程力学”实验教学的改革与探索

［摘 要］ “工程力学”实验教学作为工科专业“工程力学”课程教学的重要环节，改革势在必行。对以往“工程力学”实验教学存在的问题进行了分析研究，并从实验课思想认识、实验教学策略、实验教学内容及实验考核方式等四个方面提出了相应的改革措施，着重培养和发展学员的自主学习意识和研究作风、创新精神和实践能力，在提高力学知识综合运用能力的基础上，还要使课程有温度和态度，培树学员科学精神、工匠精神、家国情怀和担当意识，为其他实验课程的教学改革提供了指导和借鉴，在培养高素质的军事人才中发挥了重要作用。

［关键词］ 工程力学；实验教学；教学改革

［基金项目］ 2020年度海军航空大学教学成果立项培育项目“德与技同行、军与工相融——面向航空机务类专业《工程力学》教材建设与实践”（海航参教〔2020〕787号）

［作者简介］ 岳艳丽（1988—），女，山东威海人，硕士，海军航空大学航空基础学院讲师，主要从事机械维修与力学研究；屈彩虹（1976—），女，江苏徐州人，硕士，海军航空大学航空基础学院副教授，主要从事机械设计及理论与有限元分析研究；王朋朋（1979—），女，山东德州人，硕士，海军航空大学航空基础学院讲师，主要从事基础力学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）29-0065-04 ［收稿日期］ 2024-03-13

“工程力学”课程是工科院校多数专业的一门必修课程，“工程力学”实验是该课程的重要组成部分。实验教学是高校本科教学工作中的一个重要环节，通过实验教学可以让学员更好地理解课堂讲授的理论知识，同时，有利于培养学员实验设计的创新思维，提高学员的动手能力。通过实验验证理论的正确性，在实验中发现问题、分析问题，更好地应用所学知识解决实际问题［1］。因此，对于“工程力学”实验教学进行改革与探索，更好地培养学员在扎实掌握理论知识的基础上将知识应用于实验及实践的能力，才能符合国家及部队对于人才的培养要求，从而培养出高素质的军事人才。

一、以往“工程力学”课程实验教学存在的问题

（一）对实验课程不够重视

在传统教学观念上，教员和学员对实验课程都存在一定程度的思想认识不足，普遍认为实验附属于理论课，并没有重视其应有的地位。

部分教员认为“工程力学”课程的主要内容是课程理论知识，学员应重点掌握静力学、运动学、动力学和材料力学等理论知识的学习。而力学实验仅是对材料力学部分内容的实验验证，实验授课方法也过于死板，对实验内容的重视程度不够［2］。

多数学员认为“工程力学”实验是由教员提前准备好的验证性实验，实验目的就是对材料力学部分理论知识的巩固与复习。课堂上只是机械模仿，完全属于那种完成任务式的学习，根本没有反映出实验课是能力培养的重要环节［3］。由于实验过程一般都分组进行，而分组学员又无明确分工，因此学员之间互相推脱，依赖性较强，个别学员更是存在摸鱼现象，等着“吃”现成的。

（二）实验学时不足

根据课程教学计划，海军航空大学本科“工程力学”课程教学总学时为60学时。课程整体学时较之前相对压缩，而课本讲授内容不变，为保证课本理论知识的完整性，进而压缩实验学时。目前实验只占8学时，并且在实验课上，还需要讲授实验课程理论部分内容，这就造成了学员自主动手操作时间进一步被压缩。

目前，实验室所使用的设备为YDD-1型多功能材料力学试验机和YJC-1000型开放式材料力学实验平台。由于实验场地限制，设备数量也有限，而每个班次学员人数基本在40人左右，学员在实验过程中必须分组进行，小组人数过多，导致分配到每位学员的实验时间又进一步减少。如何在有限的实验学时内充分培养学员动手能力和应用创新能力，给教员和学员提出了更高的要求［4］。

（三）实验内容安排不合理

根据课程教学计划，在教学内容设计上主要包括静力学、运动学、动力学、材料力学和力学实验五大部分，各部分之间相对独立又相互关联。

但“工程力学”实验教学内容没有更新，还是按照传统的实验教学进行，实验内容单一、落后，且许多定义与现行相关国家标准不符，实验也大多是验证性和演示性的实验，学员容易失去对“工程力学”实验课程探索的兴趣与热情，使实验教学变得程序化、形式化，并且结合工程实际的设计性、综合性实验几乎没有，因此不能有效地引导学员将所学的理论知识应用于工程实践中，严重限制了教员教学水平的提高和学员能力、素质的培养，远达不到预期的教学效果［5］。

（四）实验考核方式流于形式

以往的“工程力学”实验考核主要是以实验项目结束后提交的实验报告作为评定依据，并且每个实验项目都需要出一份实验报告，实验报告必须包括实验目的、实验原理、实验步骤及实验数据等常规内容。其中一些内容对学员实验能力的提升并没有显著作用，反而增加了学员课后书写实验报告的时间，导致部分学员对此进行敷衍了事，往往一个学员完成实验报告，其他学员进行“复制拷贝”，使得实验报告抄袭现象日益加重［6］。

二、“工程力学”课程实验教学改革

基于高素质的军事人才培养要求，实验教学作为工科专业“工程力学”课程教学必不可少的环节，改革势在必行［7］。针对目前“工程力学”实验教学存在的问题，课程组从思想认识、实验教学策略、实验教学内容及实验考核方式等四个方面提出了相应的改革措施。

（一）提高实验课思想认识

虽然“工程力学”理论学时所占的比重远大于实验学时，但教员应注重实验实操与工程实例结合所带来的应用价值，转变部分教员在“工程力学”课程教学中重理论、轻实验的教学理念。

在实验教学中教员应投入更多的精力，并在课堂上向学员阐明实验在“工程力学”课程中的地位与作用，使学员从思想上重视实验，理解实验才是检验理论知识的应用和解决实际工程问题的重要途径。通过“工程力学”实验的学习，使学员的设计创新能力与应用动手能力能够得到更好的提高［8］。

（二）调整实验教学策略

对于实践性较强的实验教学而言，应坚持以学员为主体，以教员为主导，增强学员的动手实践能力，而教员在上课时要严格按照课程教学计划的安排进行课堂授课。实验学时只有8学时，针对“工程力学”课程实验学时较少的情况，可以调整实验教学策略，充分利用线上线下、课内课外的教学资源，提升学员对知识技能的正确理解和快速掌握，为课堂实验留下充足的动手操作时间。

实验项目采用“线上预习+虚拟实验+线下实操”相结合的方式开展，学员课前依托工程力学实验课程自主学习与管理平台上的视频资源对某实验项目展开自学预习，根据视频了解实验操作流程，然后利用自主开发的虚拟实验软件对该实验项目进行虚拟操作，以巩固视频学习的内容，如图1所示。以此作为基础，课堂上教员精炼讲授内容，避免反复讲解实验目的、实验原理及实验步骤等，留下充足实操时间给学员，尽量保证每位学员都能自主动手实验，教员加强规范操作的监督与指导，提升学员装备安全操作意识，实现学员技能操作的规范性和熟练性。

（三）改革实验教学内容

以往“工程力学”的经典实验内容显然已不能满足目前新型军事人才的培养目标，只有通过课程改革，增设具有工程应用背景和设计性强的实验内容，才能使学员充分掌握主要的教学内容，激发学员的学习兴趣。因此，为了既能发挥学员的主观能动性，又能使学员将主要的实验教学内容掌握好，满足工程实践的要求，根据“工程力学”实验内容的特点，调整课程教学计划，对实验内容做了适当的更新和分类［9］。

实验内容主要划分为两个层次，如图2所示，对于不同的实验内容采用不同的实验方式进行教学。

1.验证性。验证性实验以材料力学性能测试为主，要求学员掌握实验设备操作及实验的基本原理，通过实验进一步巩固常用工程材料低碳钢Q235和铸铁HT200力学性能方面的知识，加深对材料的塑性指标和强度指标的理解。实验项目为：设备操作与软件使用、拉伸实验、压缩实验和扭转实验。

2.设计性。设计性实验以电测实验为主，要求学员学习掌握一种新的实验思想和测量方法，将力学量转换为电测量，以及理解应变片和应变花的使用和原理。实验项目三选一，分别为：E、μ电测实验、梁弯曲正应力实验和弯扭组合实验。

设计性实验只给学员设定实验目的和实验要求，让学员自由组队，自行设计完成实验方案。在实验过程中，学员需要利用所学知识开动脑筋，大胆探索，彼此启发，互相协作［10］。设计性实验的开设强化了学员在实验教学中的主体地位，同时加强了学员对理论知识的理解，提高了学生的创新能力和动手能力。

（四）优化实验考核方式

基于人才培养的要求，实验课程更需要考核学员的动手能力和创新能力的培养情况。因此，对于“工程力学”实验课程的考核应更加注重过程考核，不能只以实验报告作为判定成绩的依据，需要综合学员在课前线上预习的效果、课中实验实操表现和课后实验报告总结等多方面情况评定。

1.课前预习小测。通过工程力学实验课程自主学习与管理平台上的课前小测进行答题并提交答案，占实验成绩的40%。

2.精炼实验报告内容。去掉传统实验报告中的实验目的、实验原理及实验步骤等抄写内容，根据实验内容层次，提交两份综合性的实验报告，实验报告中只包含实验曲线、实验数据以及实验分析等核心要素。其中实验曲线和实验数据基本能够反映出学员课堂实验表现的优劣，实验分析则能够提高学员对实验结果的总结与分析能力，并极大地减少了学员撰写实验报告的时间。两份综合性实验报告占实验成绩的60%。最终，工程力学实验成绩按一定比例计入工程力学期末总成绩。

结语

“工程力学”实验课程作为工科专业的一门重要的实验课，课程教学改革势在必行。从改革之后的实验教学实施过程中，可以发现教员从传统“灌输式”教学模式转变为“激励启发式”教学模式，学员从被动接受的学习方式转变为主动探索的学习方式；充分利用实验室现有的线上线下资源，开放实验设备，将学员的学习时间从课内拓宽到课外；更新实验教学内容，增加设计性、综合性实验项目，由学员自主设计实验方案，加强了学员对理论知识的理解，提高了学生的创新能力和动手能力；改革考核方式、精炼实验报告、综合评定学员实验实操表现及课后实验总结等多方面。

以“工程力学”实验教学存在的问题为例，为了提高教学质量，需要教员在教学过程中不断地总结经验，从每个教学环节的细微处入手，既要生动形象地传授给学生力学知识，也要培养学生的实践感性认识，提高学生力学知识的综合运用能力，还要使课程有态度、有温度，培养学员的科学精神、工匠精神、家国情怀和担当意识，同时要使学员树立正确、科学、积极的人生观和价值观，培养践行社会主义核心价值观的全方位军事人才［11］。

参考文献

［1］孙占坤.工程力学教学方法与教学改革探讨［J］.科技风，2022（28）：116-118.

［2］屠祝媛.《工程力学》实验教学中的学生创新能力培养浅析［J］.科技创新导报，2009（36）：203.

［3］王丽霞，张荣.应用型本科院校工程力学实验教学改革探索［J］.科技资讯，2019，17（17）：151-152.

［4］郝琪，马迅.车辆工程专业《材料力学》实验改革［J］.实验科学与技术，2012，10（4）：82-84.

［5］粟梅，熊灿娟，张太乐，等.工程认证背景下《工程力学》教学方法改革［J］.山东化工，2020，49（3）：111-112.

［6］朱全，纪萍，陈华，等.新工科背景下《工程力学》课程教学研究［J］.大众科技，2022，24（4）：154-156+163.

［7］郎风超，刘佳伟，姜爱峰.工程力学教学改革探讨［J］.科技风，2021（1）：65-66.