力学实验室开放性实验探索

力学实验室开放性实验探索

曹　芡¹　曹晓恰²

（1.三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；2.三峡大学实验室与资产管理处，湖北宜昌443002）

摘　要：培养创新型人才是新时期我国高校人才培养的重要目标。怎样把这一重要目标全面深入到高校日常教育工作中去，是目前各高等学校必须考虑的问题。作为高校培养人才的重要基地——实验室也必须适应这一人才培养目标，走开放性实验室教育之路，进一步完善和加强开放性实验室的建设，使实验室成为学生创新能力得以体现的重要场所。

关键词：高等教育　开放性实验室　人才培养　实验教学改革

高校实验室是教学、科研的重要组成部分，是实现素质教育的基地，是培养具有创新意识和实践能力的人才摇篮。为满足新形势下人才培养模式的变化和新条件下学校办学的实际，在探讨教学改革中如何充分发挥实验室的作用，很值得研究。实验室开放是一个好办法。高等学校开放性实验室是从事实验教学或科学研究、生产试验、技术开发的教学或科研实体。随着社会经济、科学技术的发展和学生就业实行双向选择，对高等学校人才培养质量提出了更高的要求。而建设好、管理好、使用好开放性实验室，对培养学生专业技能，提高学生科学研究和实践能力、创新能力和严谨的科学态度及素质协调发展具有重要意义。为搞好实验室开放工作，推动实验教学改革，培养学生分析和解决问题的能力，充分发挥实验室在素质教育和创新能力培养中的特殊作用，为提高实验室和仪器设备的利用率，为科研、教学和社会服务，根据学校有关规定，力学实验室在保证正常教学工作的前提下，可以对外开放。

1　开放性实验的目的和意义

实验室是高等学校实施素质教育、培养学生创新精神和实践能力的重要基地。实行实验室开放是贯彻“实践育人”的教育思想，充分利用实验室现有资源，提高仪器设备使用率的有效措施；同时实验室对学生开放，为学生提供实践学习平台，也是教育教学改革的主要内容，对提高学生实际动手能力和分析问题、解决问题能力具有很强的现实意义。力学是工科院校的一门专业基础课程，力学研究问题的方法是：从实际工程问题中抽象和概括出基本的力学模型，再进行理论模型求解和实验研究，修正力学模型，解决实际问题，往往实验研究更具说服力。这一思维方法的形成正是科学研究问题的一个重要过程，而实验能力的培养对于形成这种思维方法具有重要促进作用。

力学实验是工科院校学生的一门技术基础课，它与工程实践密切相关。开放力学实验室、进行实验教学改革是培养学生创新能力，特别是提高学生综合运用力学知识的能力最有效的途径。

目前，我校力学课程面向土木与建筑学院、水利与环境学院、机械学院、管理学院、科技学院和成教学院。在实验设备和师资队伍有限的条件下，面向广大学生采取传统的被动实验方式已经无法满足实验教学要求，必须给学生一个充分开放和自由的实验环境，让学生自己设计实验内容，主动完成实验任务，在实验中发挥创造力和想象力，培养学生独立思考和解决问题的能力。开放性实验对培养学生的实践能力、创新意识有着极为重要的作用。在高等教育中，学生的“创新”和“实践能力的培养”主要通过实践性教学环节实现，而实验教学是实践性教学的一种主要形式。

开放性实验的研究满足了本科教学对人才的培养要求，提高了人才培养质量，从而更好地推动了高校人才培养素质。学生在开放性实验中得到能力的培养、实践的锻炼、知识的提高。

2　开放性实验教育势在必行

（1）各高等院校的招生规模逐年扩大，超过了实验设备的增长步伐。现在力学实验室每年要为全校水环学院、土木学院、机械学院、科技学院、成教学院等工科专业开设材料力学、工程力学和结构力学三门基础实验，每年面对40个班级，有1 000多名学生来实验室实践学习。在传统的实验教程条件下，教师把实验目的、原理、步骤以及仪器设备的使用方法全部灌输给学生，学生则被动地接受教师的讲解，按教师讲解的实验步骤去做。实验指导书上的实验方法叙述比较详细，学生只要按照指导书的方法和步骤去操作，实验过程一般都很顺利。这样导致学生很少有机会对出现的多样化的数据进行分析，造成了学生对实验的感受不深刻，对设备的运行原理、仪器的操作使用不熟悉，对问题研究不深入，对实验课程重视度不够，无法激发他们对实验课程的积极性。在这种实验教学方法下，培养出来的学生实际操作能力差，对实践知识的掌握不扎实，适应不了实际工作的需要，也无法满足当前素质教育的要求。

（2）一般说来，学校实验室是为某一门课程教学需要而设置的，主要面向教学。而教学是有阶段性的，以至于使用也有阶段性，造成实验室使用率不高。专业性愈强的实验室，往往使用率愈低。公共基础实验室，也经常只有半天实验，上午用的少。这使得现有实验室使用率不高。因此只要事先有计划，安排得当，是可以做到实验室调剂使用或长期使用。这样既能充分发挥实验室的作用，又能促进教育事业的发展，现实意义深远。力学实验室是技术基础实验室，我们可以采取部分实验内容开放的形式，理论力学实验面向大一同学开放，材料力学实验面向大二同学开放，结构力学实验面向大四同学开放，还可以作为科研面向研究生。特别是现在学生都是选课，理论课的上课时间不同步，作实验的时间更不能像过去一样以自然班形式集体完成。按照高校教学评估要求，力学实验每组需3～4人，我们允许学生自己组合，在他们的空余时间里，到实验室完成实验。实验室全日对他们开放。

（3）实验室开放的目的是通过创造学生进行实验活动的环境，调动和激发学生学习的主动性和积极性，使学生有独立思考、自由发挥、自主学习的时间和空间，做到因材施教，培养高素质人才。

3　开放性实验室在实验教学改革中的作用

开放性实验室可以对实验教学改革起到积极的推动作用，具体表现在以下4个方面。

（1）提高了学生独立工作的能力。常规的课堂实验教学，由于受计划学时的限制，一般都是由老师准备，学生在课堂上按规定的步骤完成实验。而在开放性实验中，从实验方案的设计、数据采集、曲线的观察与绘制、成果分析等实验过程和实验结果的整理，都由学生独立完成。实验过程中可以明显提高学生独立工作的能力，同时也提高了学生主动学习的积极性。实验项目也可由学生根据自己的兴趣和需要自选。因此，学生在实验前就可以做到充分预习，资料准备也较为充分，实验过程非常认真。开放性实验全部安排在课余时间，因而学生应合理安排自己的空余时间，到实验室准备实验、完成实验，从而不会和理论课发生冲突。这极大地提高了学生主动学习的积极性。

（2）提高了仪器设备的使用率和实验室的使用效率。通过开放性实验，学生可以亲自动手操作各种仪器设备，熟练掌握各种仪器的使用方法，同时也提高了实验室使用效率。老师也容易在实验过程中发现各种仪器设备的完好情况，及时保修，保证仪器设备的完好率，有利于提高实验教学质量。一方面教师在指导开放性实验过程中，能发现平时实验教学的不足之处，及时地对课堂实验内容进行补充和修订，改进教学方法，从而提高课堂教学质量。另一方面，开放性实验不受计划学时的限制，许多实验时间较长，课堂实验无法开设的实验，可以安排在开放性实验中进行，使学生获得更多的综合性训练，弥补了计划学时的不足，从而提高了实验教学质量。

（3）加强品德修养，培养基本素质。高校开放性实验室是对学生进行综合素质教育的重要课堂。通过实验教学，培养了学生严谨求实的科学作风，锲而不舍、不畏艰险、顽强拼搏的精神，使学生能将各种理论知识与科学实践相结合，获得解决实际问题的能力，启迪学生探索创新精神，发挥综合潜在能力，提高学生的综合素质。经常参加开放性实验的同学独立动手能力明显较强，有助于完成高质量的毕业论文。

（4）为硕士研究生、博士研究生，以及对本院、外院学生自选课题提供了平台。开展大学生创新活动、科技攻关、兴趣小组等，向全校老师开设的实验课开放，凡是我校开设的实验课程，本实验室提供开课条件。实验室还向科研工作开放，为教师和研究生科研工作提供所需的场所、仪器设备等，丰富了开放内容，提高了开放效果，加强了新技术、新方法的引进，强化了计算机辅助实验，使科研人员能充分利用计算机等现代化手段进行实验。实验室还对社会开放，利用本室条件为企、事业单位进行检测、分析、研究和加工等服务。实验室一般是为本学院某学科所开的课程服务，不提供其他使用，某科专用是造成使用率不高的主要原因。有些仪器设备只有几周教学实验，平时搁置不用。实行开放可以提高仪器设备使用率，特别是精密大型仪器设备，价格昂贵，不用于对外服务，很难发挥仪器的投资效益，因而实验室要改变过去愈贵重设备愈舍不得用、怕用坏而不对外开放的现象，应充分发挥其效益，大力提倡对外开放。

4　开放实验申请办法和开放时间

学校教学计划要求的实验：学生首先到实验室预约，领取实验卡；按表格要求填写内容；指定学生在理论课程学完后进行实验；开放时间为教学周内的每天上午8点到下午5点半。教学要求以外的实验：学生先到实验室签订协议；实验室安排他们在不与正常实验教学冲突的时间进行；实验室开放时间为每天上午8点到下午5点半。

5　存在问题与打算

为了做到实验室更加开放，充分利用实验室有限资源，让学生得到更多实践锻炼，使更多学生受益，除了改进存在的不足，继续加强开放性实验室建设外，实验室网络化建设应是下一步实验教学改革工作的重点。通过建设实验室网站，可以拍摄实验教学视频，开发一些虚拟实验，采取网上实验预约，让更多学生了解开放性实验，让更多学生参与开放性实验。

由于开放性实验涉及到实验材料大量耗材等，我们建议学校根据每个实验室申报开放性实验项目及经费预算，适当加大经费投入。开放性实验室应实行校—院—系—实验室的四级管理体制。对学生申请教学要求以外的开放性实验项目，应由实验中心组织有关老师进行论证，确保开放性实验项目的质量。为了提高教师的积极性，学校对指导开放性实验的教师应该有一套奖励措施，如每个项目应有相应的学时数。

6　结　语

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。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”相结合的实验一体化。相信随着高校开放性实验室建设工作的大力推进，一批批具有严谨的科学态度、创新创业意识强和团队合作精神俱佳的研究发展型人才会走出高校，成为我国现代化建设的主力军。

参考文献

吴宝锁.关于开放性实验室教育的探讨［J］.教育创新，2005，（9）.

马忠丽，等.高校开放性实验室建设探讨［J］.实验技术与管理，2005，（7）.