摘要：力学专业开设的专业实验教学重点在于，培养学生利用已学习的理论知识、实验知识去解决一些实际工程、项目中的问题。现阶段的专业实验内容还停留在常规实验上，已不能满足卓越工程师的培养计划要求，同时也不利于培养学生的创新能力。本实验教学团队结合培养大纲的要求，利用校企联合培养机制，将工程问题作为实验项目让学生去思考、去探索解决问题的方法。从新一届学生的教学效果上看，较好地提高了学生实验技能和动手能力，进而提升学生工程素养和创新能力。
关键词：力学专业实验；教学改革；实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）14-0116-02
一、教改背景
我校工程力学本科专业重点培养结构工程方向和车辆工程方向的力学创新应用型人才。工程力学专业以“卓越计划”国家标准为引导，以行业专业标准为基础，结合学校层面“智慧引领人生，具有卓越追求和卓越能力，引领建材、交通、汽车三大行业和區域发展的卓越人才”的培养目标与定位[1]，以全面提升工程力学专业人才培养质量为目标，工程力学专业教育将依托学校的行业特色，培养出具备扎实的有限元分析模拟计算能力和力学实验测试能力，从事结构工程、车辆工程等科学研究与工程结构设计，车辆及零部件产品设计开发、试验、制造等领域的应用创新型工程技术人才。人才培养的目标：扎实掌握本专业的基本理论知识和相关工程基础知识，拥有选用相应的理论知识和实践方法去解决工程实际问题的能力，熟练应用力学测试技术并进行实验测试分析。力学专业实验教学是培养和提高学生解决问题能力的主要教学环节之一[2，3]。
本专业开设的力学专业实验教学现状：力学专业实验是工程力学卓越班学生专业必修课程之一，不同于基础力学实验，其特点是理论性更强，同时紧密联系工程实际。本课程由基础型验证性实验、综合提高型实验和自主创新性研究实验构成。基础型验证性实验主要是验证性实验，学生掌握理论之后，通过具体的实验去验证所学的知识，从而加深对力学现象的认识和力学原理的理解，这部分实验用于强化学生对设备基本操作和实验技能的训练，掌握如何进行实验结果分析处理能力。综合提高型实验，学生掌握了基本实验技能后，通过提高型实验培养其应用力学机理去解决力学问题的能力。这部分实验强调力学相关知识点的综合运用和自主设计实验方案，提升分析和处理实验过程中遇到困难的能力。自主创新性研究实验是综合实验能力的提升，国家大力推进“大众创业、万众创新”的人才模式培养[4]，在实验教学中也要培养学生的创新能力，从科研项目和工程项目中发现和凝练相关问题，做到另辟蹊径，架设理论联系实践的桥梁，提出解决方案并付诸实施。
力学实验中心现开设的自主创新性研究实验项目包括：光弹性实验、预制疲劳裂纹实验、动平衡实验、真实应力应变曲线测定和断裂韧性等5个试验。所开设的实验内容与实际工程的贴合度不高，无法充分发挥学生的创造力，不能满足“卓越计划”对学生工程能力培养的要求。
二、实验教学改革的探索与实践
为了更好地培养学生的能力，需要探索、更新现有的实验项目，改革现有的实验教学形式和考核形式。工程结构与力学系结合培养大纲的要求，利用校企联合培养机制，将企业生产运行中的问题作为实验项目安排给学生，实验内容具备较强的工程应用背景，对学生可以进行多层次的训练，成绩的评定不再以最后的报告作为主要标准，而是考察学生在应用所学知识解决工程全过程中的能力，进行综合评分。
实验中心对现有专业实验部分内容进行修改，增加了类似汽车摩擦制动器性能测试、简支梁综合实验、自行车车架动荷系数测定等一些实验项目。学生可以在自主创新性研究实验项目中结合自己的研究方向，自由选择2个实验项目完成。
以下为力学系13级教改实践情况。
以简支梁综合实验项目组其中一个项目为例进行介绍。项目工程背景：随着我国汽车工业的发展和城市道路建设里程的大幅增长，为了保证通行的效率，同时又能对相关车辆进行监控，通常在道路上，安装不停车快速称重自动化测试设备，得到车辆轴重、轴距等信息，用于判断是否为超载车辆。实验条件和要求：实验中心研发了一套简支梁综合试验系统，整体结构按照简支梁形式设计，梁采用钢板和工字钢焊接而成，在梁的两端安装铰链支座，一端为固定铰链，另一端为可动铰链的构件。向下挖地槽，用混凝土固定梁的支撑约束构件，梁表面与地面处于同一水平面。实验目的：要实现简支梁上面静、动态物体的质量测量。
我们给出这样的一个项目需求，要求学生以小组的形式完成实验内容。在材料力学理论课的学习中，简支梁结构是一种常见的结构形式，在工程问题分析中经常将结构件简化为此模型。选择大家熟悉的简支梁作为能力拓展训练的内容之一，首先学生拿到题目不会感觉无从下手，可以从材料力学理论和实验的知识着手，认真思考，激发灵感，解决问题。
学生制定的实验方案为人和电动自行车以一定的速度从简支梁长度方向的纵向对称面的面板上通过，根据动态应变仪来记录出人和滑板车在运动过程中的曲线，再结合影响线等理论知识来计算出人和电动自行车的总重量。
（一）静态重量测量
行车梁截面为组合截面，行车板和工字梁为点焊，实际截面刚度不能按理论换算得到，首先实验标定截面抗弯刚度EI。应变片均粘贴在梁下翼缘，三个应变片将梁四等分。已知质量的人站在简支梁中部，通过测取下翼缘长度方向的线应变来求取应力，换算出截面刚度。
（二）动态重量测量
运动物体重量测量，假设为自行车从工字梁板上面通过，将其简化为两个间距固定的集中力，假设其距离m为固定值（m可以通过测量得知），在自行车运动过程中，动态应变仪把各个应变片的应变曲线都记录下来，通过观察应变曲线，找出每个应变的最大值，再利用结构力学知识（弯矩影响线）找出与其最大应变时对应的行车状态（车辆位置），再通过联立方程求解。
静态荷载相对误差3.75%；动态荷载相对误差4.47%。从实验数据分析，无论是静态测试还是动态测试，理论值和测量值的相差并不大，误差都控制在10%以内，进而也验证了实验方案的合理和可靠性。
通过本次实验，让学生将所学的材料力学、实验力学和结构力学知识应用到实际工程中，得到了很好锻炼。通过实验，对前期的力学学习有更加深刻的认识。
三、结束语
在日常的教学中，常常会碰到学生问到我们学力学毕业后能干什么事情；在实际的企业生产、日常现象、科研问题中都存在许多力学问题，如何让学生通过实验课程的改革和实践去理解和解决相关的力学问题？教改的重点在于让学生在掌握相关理论知识的基础上，去应用它解决实际工程问题。通过一些具体的工程实例教学、引导学生建立独立思考问题的能力，发掘学生的创新能力，在丰富实验教学内容的同时提高教学质量，对于培养高素质的卓越工程师人才具有重要意义。
参考文献：
[1]张清杰.让学生享受卓越教育，成就卓越人生[J].中国高等教育，2011，（21）：12-13，22.
[2]张应红，孙永厚，景晖，等.卓越工程师培养计划背景下材料力学实验改革与实践[J].实验技术与管理，2014，（31）：222-224.
[3]王浩程.面向卓越工程师培养构建现代工程实训平台[J].中国大学教学，2011，（6）：83-85.
[4]国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见[R].国办发[2015]36号.