工程力学实验教学改革与探索
王元生，张柯，耿小亮
（西北工业大学 力学与土木建筑学院，陕西 西安）
摘 要： 研究分析当前工程力学实验教学的现状以及存在的问题。在此基础上，以加强工程力学实验教学改革为核心，引入创客实验教育理念，提出“搭建开放共享的交流平台，设置开放式创新实验课题，设立跨学科创客教育平台，探索复合型人才培养新思路，以实验竞赛带动实践教学。”实验教学创新改革思路，以及利于保持长期持续创新能力的管理模式，全面提高实验教学水平，促进高等学校实验室的建设和发展。
关键词： 实验教学；创客实验室；考核管理；创新能力
2015年2月李克强总理在政府工作报告中提出“大众创业、万众创新”和印发《关于发展众创空间推进大众创新创业的指导意见》的印发。“创客教育”很快成为学校推动教育改革的重要一环[1]。因此，在高等教育阶段，针对重点课程如工程力学实验教学开展创新教育[2]，培养大学生的创新意识和创新能力，进行工程力学实验教学的理念、方法改革探索，具有很强的紧迫性。
为了满足我国培养“卓越工程师教育培养计划”的需求以及让中国智造引领世界工程技术发展的潮流，按照培养学生实践能力、创造能力和提高教学质量为宗旨，通过西北工业大学国家级力学实验示范中心在探索以本科学生为主体的创新性实验改革为例，分析影响大学生创新能力约束和促进的关键因素，探索创造一个开放、创新、协同的大学生创新能力孵化和培育的工程力学实验创客平台，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，从而构建出工程力学实验教学课程新型体系的实践和探索[3]。
一 工程力学实验教学问题及现状
在高校的课程设计中，工程力学实验课程处于从属地位，在实验教学资源投入上明显不足，导致一些实验室老师以应付完成教学目的为主，无论是思想上还是行动上有些懈怠，从而造成实验课教学内容、教学方法的老套，实验教学设备的陈旧，最终结果是导致学生失去兴趣。
同时，随着高等院校招生规模的扩大，学生人数快速增加，而工程力学实验教学所需的实验场地、实验设备、实验人员由于多种因素的限制难以相应扩大，而且很多高校新老校区的运行局面，更加导致工程力学教学资源的分散，使得在课堂上无法保证每位学生一一亲自操作实验，而且学校的考核形式通常是实验报告为标准，从而导致学生对实践学习的怠慢，造成实验教学作为培养学生的动手能力和创造能力的手段不足[4,5]。
为更加真实地了解工程力学实验教学现状及特点，在学校本科年级开展了一次“大学生工程力学实验创新能力调查活动”，发放调查问卷400 份，回收380 份，其中有效问卷350 份，有效率达92.1%。从问卷调查总体情况来看，我校大学生对参与创新实践项目的动机、态度较为明确，但是对于创新实验的敏感性不足，缺乏主观能动性，大部分创新实践项目的选题来源、加入途径等相关热点问题有较为统一的观点，即来源于教师的安排。但同时也存在大学生参与实验创新活动总体程度不高，大学生实验创新活动受各种主客观因素影响而发展动力不足等问题[6,7]。
2.1 脐动脉超声参数比较 运用彩色多普勒法测定各组孕妇脐动脉的超声参数，其中对照组S/D、RI及PI最低，重度子痫前期组最高，组间比较差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。
二 工程力学实验启发式教学模式探讨
“创客教育”是创客文化与教育的结合，基于学生兴趣，以项目学习的方式，使用数字化工具，倡导造物，鼓励分享，培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育。创客教育成为新时期教育改革与创新的重要内容，已从国家规划发展到学校行动。目前，创客实验室逐步从社会延伸至校园，校园创客实验室的重点是创造一个环境培育学生的创客思维，追求的不是一个思想结果，而是一个思维过程[8]。
学校需提供足够的便利条件，支持创客实验教学。目前，很多学校已经在本校范围内对大型实验仪器的共享作了很多工作，还需要进一步拓展校外资源，开启校校、校企合作新模式。
（一）搭建开放共享的创客交流平台，实现师生协同创新
跨学科创客实验教学主要是把学生学习到的多学科零碎的知识与机械的过程转变为探究世界的相互联系，多角度看待这个世界复杂事物。目前实验室拟开展生物力学创客实验平台，由于生命现象始终伴随着力学过程，而生物体可以感受力学信号并产生响应，从而促使工程力学与生物学学科的交叉与融合。生物力学创客实验教育主要研究生命过程中的力学问题，对于探索重要疾病的发病机制、诊治方法、医疗器械设计与评价等具有重要意义。所以，在创客实验教学中，可设计医疗器械的设计与评价、人体骨骼修复器具的力学验证、生物电的力学性能等生物力学方面的实验，让学生对生物力学知识产生好奇心和兴趣，对知识进行深层次的加工并且加以运用，在这基础上实现创造、创新。
实行创客实验开放日，比如，每周五晚上和周六、周天实行开放日活动，每位感兴趣的同学都可以进入创客实验室参观学习，而创客实验室提供实验基础条件供学生进行学习以及探索性实验的研究。同时，将全球化要素列入培养方案，搭建国际创客交流平台。积极吸引国际创新力量和资源，包括国外的力学软件计算公司、国外名校分享的网络课程。
目前，通过建立开放实验室网络平台，共享实验方法和思维，大大激发和增强了广大师生对工程力学实验的兴趣与热情，已设计完成多项工程力学创客课题。
（二）设置开放式创客实验课题，发掘学生的潜在创造力
高铁对于旅游的影响因素主要分为两方面，一方面是旅游者内在因素，主要是可支配收入，闲暇时间，旅游动机；另一方面是外在因素，即交通便利性，食宿，以及舒适度[6,7]。
张大爷老两口最近特别闹心，因为儿子小军年满35岁了，年初给他下了最后通牒，今年必须结婚，并且在亲戚朋友里广而告之。眼下就快年底了，儿子却一点动静都没有。最近，二老亲自上阵，四处张罗给儿子介绍对象，可儿子并不领情，安排10次相亲，顶多去两三次，连回家的次数都变少了。老两口吃不好、睡不香，俨然已经患上“儿女未婚恐惧症”。
（三）设立跨学科创客教育平台，探索复合型人才培养新思路
创客实验室充分利用现有条件，尽可能为学生提供一切方便条件和良好的服务，同时有必要配备专门的实验指导教师，为学生创客实验提供必要的技术指导和设备、资源支持。
物理学家海森堡认为“科学扎根于交流，起源于讨论”。为了培养大学生在数字信息环境下的创新实验能力，充分发挥校园网络优势，利用网络信息共享、获取便捷、宣传直接的特点，为学生提供全方位的实验前沿信息、指导教师信息、文献资料、创新思想交流的公共创客交流平台。目前，学院已经建立一个网络实验项目创客共享平台，教师和学生共同提出创新项目，并有大学二、三年级不限年级、不限院系自由组队完成感兴趣的创客实验项目。
（四）以实验竞赛带动创客实践教学，调动师生主动性和积极性
整合创客实践教学与学生竞赛、创新活动等资源,通过课赛结合的整体化教学设计，实现专业实践课程内外的良好对接。同时，进一步完善创客实验考核管理激励制度，其中包括考核制度、竞赛制度、奖励制度，出台相关政策鼓励教师指导学生开展创新实验活动，鼓励学生参与校内外的具有影响力的创新实验竞赛。
创客实验室每学期要举行实验技能竞赛，使竞赛促进改革。在实验课题结题验收不仅需要提交完整的实验报告，而且有必要设置提问、答辩等环节，并把实验成绩列入期末总成绩进行考核。对于研究性、探索性实验，采取证书、现金等奖励方式，提高学生的积极性。 同时，将周培源大学生力学竞赛全国大学生结构设计竞赛以及大学生基础力学实验竞赛并作为教师评聘，学生奖励评定的制度规范，以促使老师和同学高度重视其重要性。
三 工程力学实验管理模式探索
为了保证创客实验室的教育资源和团队建设，探索利于保持长期持续创新能力的管理模式，主要包括实验基础设施条件保障和实验队伍建设。
（一）加大实验基础设施投入和共享，努力改善实验条件
根据工程力学实验教学现状，引入创客教育的开放、创新、协作、共享理念，建设工程力学创客实验室，从“搭建开放共享的交流平台，设置开放式创新实验课题，设立跨学科创客教育平台，探索复合型人才培养新思路，以实验竞赛带动实践教学。”等方面进行创新改革，创造一个环境培育学生的实验创客思维教育，“让创新成为信仰，让实践成为习惯，让分享改变生活”深入人心。
随着知识创新理论研究的发展和开放式创新研究的深入，交叉创新、融合创新成为知识创新的重要思维方法。为充分发挥交叉学科在培养本科拔尖创新人才中的作用，需要树立“大学科”意识，设立跨学科创客实验教育平台，打破学科壁垒，推动不同领域的学科知识之间的整合，拓宽学生知识基础，锻炼学生的创新实践能力。
开放式创客实验区别于以往的基础教学实验，其强调以学生为主体，教师启发与引导的一种实践教学模式。开放式创客实验课题的设置是减少验证性实验、增加设计性、综合性、研究性、探索性方面的教学，强调科研、第二课堂以及开放实验室等方面的相互结合，充分发挥学生的积极性以及主观能动性，培养创新性人才。例如，在给定实验室研究方向或者是实验目的和实验条件下，由学生自行设计创客实验方案并加以实现，让学生在一个完全自主学习与思考的环境中挖掘自身潜力，提升学生的创意，创客课题完成后的展示效果同时能够提升学校的创新氛围。
（二）打造稳定的阶梯型实验团队，保持持续创新能力
在一定的机制下选择思想比较活跃、对创客实验创新活动有浓厚兴趣的大学生，组成若干跨专业创新活动团队。考虑到可持续性创客实验创新项目对人员梯次的需要，采用分年级搭配的方式进行组队，使得其研究成果得以延续。
在3.1中提出的改进的球形译码检测算法ESD利用统计分布的期望特性来估计更为紧凑的更新半径，理论上可以大大降低算法的计算复杂度。同样，在统计分布的基础上，也可以从概率分布的视角来分析和估计更新半径中的冗余.
创客实验室队伍的建设，不仅有学生创新团队，而且还需要有高素质的教师和工程技术人员队伍，需要加大力度对实践教师的培养和引进，逐步形成初、中、高级人员的合理师资结构。在探索工程力学课程改革的过程中，教师必然要去发现创客教育中的问题所在，分析问题出现的原因，最终提出问题解决的方案，这也将是提高教师本身业务水平以及实践创新改革的有效途径。
3.一些党员自身素质不高制约先进性的发挥。一些企业党员在党章学习上认真程度不足，多数学习处于浅尝辄止状态，并且有部分党员认为政治理论学习是空的、虚的，发展业务才是实的、硬的。还有极少部分党员认为提高政治理论水平是企业领导的事，与己无关，对学习理论的重要性、紧迫性认识不足，影响了党员先进性的发挥。
四 结论
充分借鉴和认识创客教育对传统教育理论的发展和促进作用，对大学工程力学实验教学进行的一系列改革探索，使得简单的工程力学实验验证教学过渡为启发式、探究式、讨论式、参与式的创客教育实验教学，提高学生的实践能力、思维能力、设计能力以及创新能力，提升工程力学实验教学质量。
综上所述，我国中职语文教师应该遵循“以就业为导向”的教学理念，注重提高学生的专业能力，夯实学生的专业基础，提高中职语文教学质量，促使学生能够在毕业后尽快适应社会，并且能够在竞争激烈的社会市场环境中脱颖而出，不会被时代所抛弃，成为各大企业竞相争抢的“潜力股”，促使学生能够全方面发展。最重要的是能够为国家奠定创新型人才基础，提高我国综合国力。
参考文献
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[4] 袁吉仁, 方利广, 韩道福, 等. 国家级物理实验教学示范中心实践教学体系的创新探索与构建[J]. 实验技术与管理,2017,34(6):201-204.
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本文引用格式： 王元生，等.工程力学实验教学改革与探索[J].教育现代化,2019,6(79):89-90,97.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.79.034
基金项目： 本文系西北工业大学中央高校基础研究基金资助项目（G2016KY0102）的研究成果。
作者简介： 王元生，男，河南漯河人，西北工业大学力学与土木建筑学院，助理研究员；张柯，男，河南项城人，西北工业大学力学与土木建筑学院，助理研究员。
标签：实验教学论文; 创客实验室论文; 考核管理论文; 创新能力论文; 西北工业大学力学与土木建筑学院论文;