力學(xué)實(shí)驗(yàn)示范中心的建設(shè)

力學(xué)實(shí)驗(yàn)示范中心的建設(shè)摘要：文章介紹浙江大學(xué)國(guó)家力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè)情況。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念上，注重建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式和新體系；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段上，從實(shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)性、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化，及創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面介紹建設(shè)過(guò)程。在取得了一系列成果的基礎(chǔ)上，形成了中心在隊(duì)伍建設(shè)，教學(xué)體系、設(shè)備研制與輻射三大方面的特色。關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)理念；方法與手段；教學(xué)模式；創(chuàng)新能力浙江大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心2006年被評(píng)為國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，且名列前茅。力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，以“基于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)”和“大學(xué)生自主性實(shí)驗(yàn)”等理念為導(dǎo)向，以培養(yǎng)知識(shí)、能力和素質(zhì)相結(jié)合的研究型大學(xué)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，依托浙江大學(xué)工科基礎(chǔ)課程力學(xué)教學(xué)基地，進(jìn)行了多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和積累。一、教學(xué)理念在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要遵循“加強(qiáng)基礎(chǔ)、注重能力、培養(yǎng)素質(zhì)、激勵(lì)創(chuàng)新”的教學(xué)原則，在提高教學(xué)質(zhì)量和效果的前提下，探索和實(shí)踐以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力及工程應(yīng)用能力為目標(biāo)的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。早在改革開放之初，就嘗試對(duì)本科生力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系進(jìn)行改革，并取得顯著成效，以1993年“水力學(xué)與工程流體力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合改革”獲國(guó)家優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)為代表。1997年在浙江大學(xué)“國(guó)家工科基礎(chǔ)課程力學(xué)教學(xué)基地”建設(shè)中，開始實(shí)施面向21世紀(jì)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。按照知識(shí)、能力、素質(zhì)并重的人才培養(yǎng)要求，以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的基礎(chǔ)課的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面鞏固和加強(qiáng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，另一方面開發(fā)設(shè)計(jì)性、綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程中，形成了“開放式、自助式與自主設(shè)計(jì)式”相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，逐步由開放式教學(xué)，向自助式，到自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新式實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展。中心開展并實(shí)現(xiàn)了“基本型一提高型一自主型”的多層次實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)新體系，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前主要包括“基本型實(shí)驗(yàn)”和“提高型實(shí)驗(yàn)”兩大部分，基本型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與理論教學(xué)緊密結(jié)合；提高型實(shí)驗(yàn)包括綜合型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和研究型實(shí)驗(yàn)，提高型實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維、開拓學(xué)生視野。二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段1實(shí)驗(yàn)設(shè)備的先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)化和適用性為保證基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，符合工程實(shí)際的要求，有利于學(xué)生建立規(guī)范化實(shí)驗(yàn)和測(cè)試的概念，中心在實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備配置、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備研制、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)中，十分注意實(shí)驗(yàn)技術(shù)的先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)化和適用性。中心對(duì)基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的配置特別注意掌握以下三點(diǎn)：(1)現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合運(yùn)用。(2)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)提高原有設(shè)備的性能和使用效率。(3)開發(fā)新技術(shù)，克服原有實(shí)驗(yàn)技術(shù)的缺點(diǎn)。近lO年來(lái)，中心將基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的更新與示范輻射有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益上的互動(dòng)發(fā)展，使我?；A(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平整體上了一個(gè)新臺(tái)階，大大提高了力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效率。理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)(水力學(xué))均開發(fā)出一系列以小型化、集成化、可視化為特點(diǎn)的自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器和設(shè)備，部分自制設(shè)備實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。其中理論力學(xué)在全國(guó)率先開展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并協(xié)助全國(guó)30余所高校創(chuàng)建了理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。流體力學(xué)與水力學(xué)自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器具有技術(shù)先進(jìn)、測(cè)量精度高，流動(dòng)現(xiàn)象可視性強(qiáng)，小型化、自循環(huán)供水、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，達(dá)到了“國(guó)際領(lǐng)先水平”，并輻射到全國(guó)250余所高校，極大地改善了全國(guó)的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件。中心的自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器和設(shè)備，跟蹤國(guó)內(nèi)外科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，在教學(xué)改革實(shí)踐中不斷更新、升級(jí)，充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)技術(shù)的先進(jìn)性。2實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化與自動(dòng)化數(shù)字化力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，是以力學(xué)的眾多軟件資源為基礎(chǔ)和紐帶，結(jié)合課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐練習(xí)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件、實(shí)驗(yàn)控制、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)航及網(wǎng)站等模塊，建設(shè)立體化和網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)資源體系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，結(jié)合“新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)課程”和國(guó)家精品課程，建成了實(shí)驗(yàn)室TOP2000局域網(wǎng)、校園網(wǎng)和因特網(wǎng)三個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)緊密結(jié)合，在時(shí)間和空間上得到了拓展和延伸，為培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力提供了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)仿真和輔助CAI軟件在1997年獲全國(guó)高校工科CAI優(yōu)秀成果一等獎(jiǎng)的基礎(chǔ)上不斷升級(jí)，內(nèi)容包括15項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的儀器仿真、動(dòng)態(tài)操作、實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)采集、成果分析、操作指南和問(wèn)題解答，并結(jié)合多媒體和動(dòng)畫形式提高教學(xué)效率。在實(shí)驗(yàn)室布置上，通過(guò)引進(jìn)TOP2000計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)儀器與計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起，使CAI輔導(dǎo)代替教師輔導(dǎo)和儀器操作結(jié)合起來(lái)。設(shè)計(jì)輔助數(shù)據(jù)處理軟件包括對(duì)應(yīng)15項(xiàng)操作類實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件包。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化使得教師的教和學(xué)生的學(xué)在時(shí)間和空間上緊密結(jié)合，為立體化教學(xué)和個(gè)性化教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)裝置中，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及演示，及實(shí)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)控制，來(lái)開拓學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器設(shè)備數(shù)字化應(yīng)用的能動(dòng)性。例如光彈性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)為光彈性儀配置數(shù)字圖像系統(tǒng)，不僅明顯地改善了實(shí)驗(yàn)效果，而且使實(shí)驗(yàn)效率大幅度提高。在流量和水位控制實(shí)驗(yàn)中，利用自主開發(fā)的軟件集成文丘里、孔板、電磁、渦輪四種流量計(jì)與流量控制、水位演示及水位自動(dòng)控制，形成了綜合性的實(shí)驗(yàn)演示、量測(cè)、數(shù)據(jù)采集、控制為一體的自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。3創(chuàng)新能力培養(yǎng)的多層次、多步驟、全方位實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式根據(jù)各課程特點(diǎn)，分別實(shí)施了不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。材料力學(xué)和理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出并實(shí)踐了“三段法”：第一階段是基本實(shí)驗(yàn)的前半部分，包括演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生自己動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)，由教師講解或指導(dǎo)完成；第二階段是基本實(shí)驗(yàn)的后半部分。由學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書規(guī)定的要求獨(dú)立完成，教師一般不做指導(dǎo)；第三階段是提高實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自己選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，依照指導(dǎo)性研究目標(biāo)，自己制訂實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出并實(shí)踐“開放式一自助式一創(chuàng)新設(shè)計(jì)式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)。自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是改革以驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)舊模式，按照培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能、分析解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新研究能力的要求開設(shè)項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)式實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，并完成加工、測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、報(bào)告總結(jié)、答辯等一系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，由設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)成果的評(píng)比、答辯均由學(xué)生自主完成。大多數(shù)自主實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，是從科研項(xiàng)目中提煉出來(lái)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開展過(guò)程以參考科研模式進(jìn)行，使同學(xué)在實(shí)踐科研過(guò)程中進(jìn)行創(chuàng)新。自主式實(shí)驗(yàn)深受學(xué)生歡迎，取得了良好的教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷引入高水準(zhǔn)研究成果，開發(fā)了一批創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如西湖流場(chǎng)電擬實(shí)驗(yàn)、沖排沙旋流器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)、流量檢測(cè)與控制實(shí)驗(yàn)、新型滲流實(shí)驗(yàn)等?，F(xiàn)中心新開發(fā)綜合型、研究型和設(shè)計(jì)型教學(xué)實(shí)驗(yàn)40多項(xiàng)，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的拓展在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容上和教學(xué)過(guò)程中，盡量融入工程實(shí)例，使實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)際互動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、新鮮感和工程思維能力。流體力學(xué)為提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，將先進(jìn)的科研設(shè)備通過(guò)演示方式展示其性能，與實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享，作為現(xiàn)代量測(cè)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)。中心注重實(shí)驗(yàn)與科研相結(jié)合，將具有工程背景的實(shí)驗(yàn)裝置轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)式實(shí)驗(yàn)中，充分開放實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的教學(xué)科研資源，為培養(yǎng)學(xué)生科研能力與創(chuàng)新能力提供條件。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的關(guān)系由傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)完全從屬于理論教學(xué)、為理論教學(xué)服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎呋ハ嗯浜稀⒒ハ嘌a(bǔ)充、互相促進(jìn)的關(guān)系，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)教學(xué)鞏固、加深課堂理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題能力和創(chuàng)新精神的作用。利用教學(xué)基地機(jī)制，教師將實(shí)驗(yàn)實(shí)例拓展到課堂理論教學(xué)中。如已經(jīng)被全國(guó)70多所院校采用的流體力學(xué)課程電子教案中，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和科研的flash動(dòng)畫與錄像就多達(dá)百余個(gè)，并配有大量的從國(guó)內(nèi)外科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)和工程項(xiàng)目中提煉出來(lái)的工程圖片資料，形象生動(dòng)、豐富多彩，大大調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，注重與第二課堂實(shí)踐活動(dòng)密切結(jié)合，積極開展SRTP活動(dòng)(大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目)和各類學(xué)科性競(jìng)賽。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心對(duì)實(shí)驗(yàn)考核方式作了改進(jìn)，并應(yīng)用于實(shí)踐中。四、成果與特色多年來(lái)，中心主編和參編實(shí)驗(yàn)類統(tǒng)編教材3本，主編教學(xué)軟件光盤4套，自編實(shí)驗(yàn)講義10本；獲國(guó)家級(jí)精品課程1門、浙江省精品課程1門、承擔(dān)省部級(jí)教改項(xiàng)目3項(xiàng)；獲國(guó)家級(jí)教學(xué)成果一、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)7項(xiàng)，校級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)8項(xiàng)；發(fā)表教改研究論文80余篇。經(jīng)過(guò)十多年的建設(shè)與實(shí)踐，浙江大學(xué)國(guó)家力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心已經(jīng)形成了鮮明的特色：(1)