力学实验示范中心的建设

摘要：文章介绍浙江大学国家力学实验教学示范中心的建设情况。在实验教学理念上，注重建立实验教学新模式和新体系；在实验教学方法与手段上，从实验设备先进性、实验教学的数字化，及创新能力培养方面介绍建设过程。在取得了一系列成果的基础上，形成了中心在队伍建设，教学体系、设备研制与辐射三大方面的特色。

关键词：实验教学；教学理念；方法与手段；教学模式；创新能力

浙江大学力学实验教学中心2006年被评为国家实验教学示范中心，且名列前茅。力学实验教学中心，以“基于创新性实验教学”和“大学生自主性实验”等理念为导向，以培养知识、能力和素质相结合的研究型大学创新人才为目标，依托浙江大学工科基础课程力学教学基地，进行了多年的实验教学改革和积累。

一、教学理念

在实验教学中，主要遵循“加强基础、注重能力、培养素质、激励创新”的教学原则，在提高教学质量和效果的前提下，探索和实践以培养学生综合素质、创新能力及工程应用能力为目标的研究型实验教学模式。早在改革开放之初，就尝试对本科生力学实验教学课程体系进行改革，并取得显著成效，以1993年“水力学与工程流体力学教学实验综合改革”获国家优秀教学成果一等奖为代表。1997年在浙江大学“国家工科基础课程力学教学基地”建设中，开始实施面向21世纪基础力学实验教学改革。按照知识、能力、素质并重的人才培养要求，以培养学生综合素质和创新能力为目标的基础课的研究型实验教学，一方面巩固和加强基础实验，另一方面开发设计性、综合性、研究性实验。在实验实践过程中，形成了“开放式、自助式与自主设计式”相结合的实验教学新模式，逐步由开放式教学，向自助式，到自主设计创新式实验教学发展。中心开展并实现了“基本型一提高型一自主型”的多层次实验课程教学新体系，实验教学目前主要包括“基本型实验”和“提高型实验”两大部分，基本型实验教学体系与理论教学紧密结合；提高型实验包括综合型实验、创新设计型实验和研究型实验，提高型实验的目标是培养学生综合实践能力和创新思维、开拓学生视野。

二、实验教学方法与手段

1　实验设备的先进性、标准化和适用性

为保证基础力学实验教学能够充分体现现代科学技术的发展趋势，符合工程实际的要求，有利于学生建立规范化实验和测试的概念，中心在实验仪器设备配置、教学实验设备研制、实验项目开发中，十分注意实验技术的先进性、标准化和适用性。中心对基础力学实验技术的配置特别注意掌握以下三点：

(1)现代技术与传统技术结合运用。

(2)利用计算机技术提高原有设备的性能和使用效率。

(3)开发新技术，克服原有实验技术的缺点。近lO年来，中心将基础力学实验技术的更新与示范辐射有机结合，实现在技术、经济效益及社会效益上的互动发展，使我校基础力学实验教学水平整体上了一个新台阶，大大提高了力学实验教学质量和效率。

理论力学、材料力学、流体力学(水力学)均开发出一系列以小型化、集成化、可视化为特点的自制实验教学仪器和设备，部分自制设备实现了数字化。其中理论力学在全国率先开展了实验教学，并协助全国30余所高校创建了理论力学创新实验室。流体力学与水力学自制实验教学仪器具有技术先进、测量精度高，流动现象可视性强，小型化、自循环供水、操作简便等特点，达到了“国际领先水平”，并辐射到全国250余所高校，极大地改善了全国的流体力学实验教学条件。中心的自制实验教学仪器和设备，跟踪国内外科学技术的发展水平，在教学改革实践中不断更新、升级，充分体现了实验技术的先进性。

2　实验教学的数字化与自动化

数字化力学实验教学系统，是以力学的众多软件资源为基础和纽带，结合课堂教学、实验教学、实践练习、实验数据处理软件、实验控制、实验导航及网站等模块，建设立体化和网络化的教学资源体系。实验教学充分利用现代教育技术，结合“新世纪网络课程”和国家精品课程，建成了实验室TOP2000局域网、校园网和因特网三个层次的网络化实验教学体系，实现了现代化的网络实验教学，使实验教学和理论教学紧密结合，在时间和空间上得到了拓展和延伸，为培养学生的自学能力和创新设计能力提供了良好的实验教学环境。

流体力学的实验仿真和辅助CAI软件在1997年获全国高校工科CAI优秀成果一等奖的基础上不断升级，内容包括15项实验的仪器仿真、动态操作、实验原理、数据采集、成果分析、操作指南和问题解答，并结合多媒体和动画形式提高教学效率。在实验室布置上，通过引进TOP2000计算机网络教学系统，将实验仪器与计算机结合在一起，使CAI辅导代替教师辅导和仪器操作结合起来。设计辅助数据处理软件包括对应15项操作类实验的实验数据处理软件包。实验教学的数字化使得教师的教和学生的学在时间和空间上紧密结合，为立体化教学和个性化教学奠定了基础。

在实验装置中，利用计算机进行数据采集、数据处理及演示，及实现部分实验设备的自动控制，来开拓学生视野，激发学生实验过程中仪器设备数字化应用的能动性。例如光弹性实验，通过为光弹性仪配置数字图像系统，不仅明显地改善了实验效果，而且使实验效率大幅度提高。在流量和水位控制实验中，利用自主开发的软件集成文丘里、孔板、电磁、涡轮四种流量计与流量控制、水位演示及水位自动控制，形成了综合性的实验演示、量测、数据采集、控制为一体的自动化实验教学平台。

3　创新能力培养的多层次、多步骤、全方位实验教学方式

根据各课程特点，分别实施了不同的实验教学方式。材料力学和理论力学实验教学提出并实践了“三段法”：第一阶段是基本实验的前半部分，包括演示实验和学生自己动手的实验，由教师讲解或指导完成；第二阶段是基本实验的后半部分。由学生按照实验指导书规定的要求独立完成，教师一般不做指导；第三阶段是提高实验，由学生自己选择实验项目，依照指导性研究目标，自己制订实验方案，独立完成实验。

工程流体力学实验教学提出并实践“开放式一自助式一创新设计式”实验教学。自主设计创新实验是改革以验证性为主的实验教学旧模式，按照培养学生综合实验技能、分析解决问题能力和创新研究能力的要求开设项创新设计式实验，让学生自主设计实验装置，并完成加工、测量、数据处理、报告总结、答辩等一系列实验教学环节，由设计实验到实验成果的评比、答辩均由学生自主完成。大多数自主实验项目，是从科研项目中提炼出来，创新实验的开展过程以参考科研模式进行，使同学在实践科研过程中进行创新。自主式实验深受学生欢迎，取得了良好的教学效果。实验教学中不断引入高水准研究成果，开发了一批创新型实验项目。如西湖流场电拟实验、冲排沙旋流器实验设计与试验、流量检测

与控制实验、新型渗流实验等。现中心新开发综合型、研究型和设计型教学实验40多项，极大地提高了学生的学习兴趣和创新意识。

三、实验教学的拓展

在实验教学内容上和教学过程中，尽量融入工程实例，使实验与工程实际互动，增强学生的学习兴趣、新鲜感和工程思维能力。流体力学为提高学生的工程应用能力，将先进的科研设备通过演示方式展示其性能，与实验教学共享，作为现代量测和创新设计实验的平台。中心注重实验与科研相结合，将具有工程背景的实验装置转换为实验教学设备。在创新设计式实验中，充分开放实验室现有的教学科研资源，为培养学生科研能力与创新能力提供条件。

在实验教学改革中，革新实验教学观念，把实验教学与理论教学的关系由传统的实验完全从属于理论教学、为理论教学服务转变为二者互相配合、互相补充、互相促进的关系，充分发挥了实验教学巩固、加深课堂理论知识，培养学生分析解决实际问题能力和创新精神的作用。利用教学基地机制，教师将实验实例拓展到课堂理论教学中。如已经被全国70多所院校采用的流体力学课程电子教案中，结合实验和科研的flas与录像就多达百余个，并配有大量的从国内外科学研究实验和工程项目中提炼出来的工程图片资料，形象生动、丰富多彩，大大调动了学生的学习主动性和积极性。

在实验教学中，注重与第二课堂实践活动密切结合，积极开展SRTP活动(大学生科研训练项目)和各类学科性竞赛。实验教学中心对实验考核方式作了改进，并应用于实践中。

四、成果与特色

多年来，中心主编和参编实验类统编教材3本，主编教学软件光盘4套，自编实验讲义10本；获部级精品课程1门、浙江省精品课程1门、承担省部级教改项目3项；获部级教学成果一、二等奖4项，省部级奖励7项，校级奖励8项；发表教改研究论文80余篇。经过十多年的建设与实践，浙江大学国家力学实验教学示范中心已经形成了鲜明的特色：

(1)依托学科优势，优化资源配置，形成了实验教学与科研相结合的师资队伍，提高了力学实验教学中心的综合实力。

(2)将科研成果转化为教学资源，有效地提高了实验项目的设计性、研究性和创新性，形成了研究型大学力学实验教学课程新体系。

(3)研发了一大批具有自主知识产权的实验教学设备和装置，推广辐射到全国200多所院校，为提高全国基础力学实验教学的水平起到了良好的示范和辐射作用。