张  岩

（合肥学院建筑工程系  合肥230022）

摘  要 本文在阐述了工程力学课程设计性实验特征的基础上，通过对多所国内高等学校的实际调查，显示了该种实验在高校的开设情况，指出其开设率不高的若干主要原因，并进行了深入地创新思考，提出了若干改革、拓展的新思路。

关键词 工程力学  设计性实验  第二课堂

设计性实验是指给定实验目的和要求，由学生在现有的或适当地加以改进的实验条件下，自行设计实验方案，并加以实施的实验。而就工程力学而言，与其相关的设计性实验，应该具备七大特征：

（1）方案的多样性；

（2）内容与工程实际的相关性；

（3）方法的综合性；

（4）原理的科学性；

（5）过程的学生自主性和研究性；

（6）开发思维、提高能力和培养良好习惯的多重性；

（7）考核的灵活性。

众所周知，设计性实验是实验教学的重要组成部分，是技术应用型人才培养过程中的重要教学环节，对于培养学生实际动手的能力和创新的思维至关重要。然而在很多高校，开出从选题到实施真正体现设计性的实验却为数不多，许多是把原先的一些综合性实验，当作设计性实验来做，甚至有的干脆将一部分基本实验也改为设计性实验，充其

量也只是反映了“实验方法的综合性”、“实验过程的学生自主性”和“考核的灵活性”。最近，利用学生暑期社会实践活动的机会，做了一项调查，旨在了解被调查的学校里开设工程力学课程（包括开设材料力学课程）的专业，其设计性实验安排情况，最终调查范围涵盖南京航空航天大学、浙江大学、宁波大学、同济大学、上海交通大学、东南大学、南京理工大学、华中科技大学、河北工业大学、重庆大学、河海大学、西南交通大学等，其中也包括中国科技大学、合肥工业大学等在内的安徽省内大部分高校，共计57所，调查结果如图1所示：

图1：a—表示所有的设计性实验均为必做实验；b—表示所有的设计性实验均为选做实验；c—表示要求学生必须完成2项设计性实验；d—表示要求学生必须完成1项设计性实验；e—表示未开设设计性实验。

对开有工程力学或材料力学课程的57所高校进行的调查，其具体数据（与图1相对应）在表1中显示。                                                                         

表1

     注：表中数字表示与调查内容相对应的学校数。

根据此项调查显而易见，在工程力学课程中，设计性实验的开出率远远不足，所调查的大部分高校开设的项目也相当少，即便一些学校列出的项目不少，但定为选做，多半也就只选一项了，加上所列实验是否可以成为真正意义上的设计性实验，也还有待商榷。

造成工程力学课程中设计性实验开设率低的原因是多方面的，结合此次调查得到的信息，概括起来主要有：

（1）在制定的教学计划中，工程力学课程的实验学时数定的过少，甚至根本就不安排实验；

（2）因为受实验设备局限，无法进行更多的设计性实验；

（3）只考虑做验证性实验，简单、有现成的实验指导书或实验讲义；

（4）受实验指导教师专业水平的影响，无法更多地确立出工程力学领域真正意义上的，且适合相应层次学生的设计性实验项目；

（5）学生嫌麻烦，不愿意多选做几项设计性实验，以至老师对开发这类实验的兴趣不大、积极性不高。

（6）受学生自身专业知识的局限。工程力学（或材料力学）课程一般在二年级开设，而设计性实验往往涉及多学科、多门课程的相关内容。

分析上述种种原因，考虑如何从根本上解决高校设计性实验开设难、开出率低的问题，我在总结了多年实验教学经验的基础上，结合我们合肥学院对实践教学环节要求的不断加强，创新地提出如下解决方法。

第一，作为对学生思维能力和应用技能的培养，在时间安排上，不应该受课程本身学时的限制，可以利用“第二课堂教学”，在业余时间进行，同时还可以考虑将工程力学的设计性实验，至少贯穿于学生整个大学第二、三年学年，分时段、分批次地进行；

第二，立足循序渐进，不断积累，在每一次设计性实验中对于设备的改进，以及学生在实验中总结出来的、有代表性的实验方案和操作方法，都为后一个循环的实验打下了基础，积累了经验，老师们也可以借此开发出更多新的设计性实验项目；

第三，考核的形式一定要突出“灵活性”，合理、公正，甚至可以由学生各小组之间采用自主评分的方式进行。

第四，作为工程力学方面的设计性实验，既要考虑有一定的综合性、研究性、与工程的相关性，同时也要力求具有较强的可操作性强。为此，从力求开拓、创新的角度出发，可以考虑将以下的一些项目，作为工程力学中设计性实验的范例:

（1）槽钢（截面）弯曲中心位置确定；

（2）工字（截面）钢梁在简支情况和（一次）超静定情况下，当其跨度中间受到集中力作用时，最大挠度或最大横截面正应力比较；

（3）偏心压缩的应力测试及截面核心的确定；

（4）三角支撑梁构件内力测试；

（5）预应力梁实验；

（6）组合梁应力分析实验；

（7）圆截面双柱面内失稳与面外失稳的对比与分析实验；

（8）薄壁构件拉伸实验；

（9）桁架结构(三角形、梯形或拱形)设计性实验；

（10）不同截面形状结构件（截面面积相等）的扭转比较实验；

（11）正方形等截面超静定平面刚架，在对称或非对称荷载（集中力）作用下，荷载及支座约束反力的电测法确定；

（12）复合受力薄壁筒内力分离实验；

（13）异型钢在偏心载荷作用下的应力测试实验；

（14）单向增强复合材料弹性常数测定实验；

（15）残余应力测定实验；

（16）压杆临界力的振动法测定；

（17）单向增强复合材料弹性常数测定；

（18）开口薄壁结构受扭转或受弯曲应力的电测法确定。

诚然，随着高等院校教学改革工作的不断深入，创新意识在不断地增强。可以确信，在广大师生共同不懈地努力下，对于设计性实验的开发与实践工作，必将得到快速、持续地发展。

参考文献：

[1]龙立平、李旺英、王姣亮，综合性设计性实验教学的实践与思考，教学研究与管理2007（6）

[2]肖爱萍.综合性和设计性实验教学浅谈[J]. 中山大学学报论丛, 2006, 26(7)

[3]邱玲、朱为玄、王京荣，实验教学中设计性实验的应用与效果，实验技术与管理，2009年2月26卷第2期

[4]李春友，综合性实验与设计性实验的基本特征及组织管理，职业技术教育2008(35)

[5]张晓慧、乔成立，综合性实验与设计性实验的教学方法改革与实践，高师理科学刊，2007年27卷1期

[6] 范钦珊、王杏根、陈巨兵、鲁阳，《工程力学实验》，高等教育出版社，2006.5

[7] 赵星 赵存宝   石家庄铁道大学工程力学系 浅谈工程力学实验中心开放综合性、设计性实验室的初步探索，教育教学论坛，2012.8