教学体系:
通过实验教学改革,对于本科实验教学,建立“基础技能培养→综合能力培养→创新能力培养”三层次,“基础实验平台、专业实验平台、虚拟实验平台”三平台,“校内基地、产学研基地、校外实习基地”三基地的立体实验教学课程新体系。
(1)三层次
第一层次为演示、操作、验证实验——基本技能培养。
演示实验主要针对那些内容新颖、方法先进、操作复杂、设备昂贵、材料耗费多的实验,为拓宽学生视野、增加知识面而开设的。
操作和验证实验,要求学生在教师指导下,根据实验指导书,按照既定方针,既定的仪器条件,完成全部实验过程,以深化课堂理论教学,验证基本理论,培养学生基本实验和动手能力。
第二层次为综合、设计实验——综合能力培养。
学生经过一个阶段理论课和实验课的学习,综合运用所学知识和技能,完成一定的实验内容,培养学生理论联系实际和综合实验能力;或者学生根据实验题目,运用所学知识,设计实验方案,(可以包括选择实验方法和步骤,选用仪器设备),独立操作完成实验,进行综合分析,写出实验报告。
第三层次为研究、创新、工程应用实验——创新能力培养。
研究实验主要是指学生参加教师的课题,针对课题的一些内容,自己设计一些研究型的实验。创新性实验指给定实验目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的一种探索型实验。工程应用实验主要是以工程需求为导向,学生自己设计一些实验,以达到解决工程中遇到的热点和难点问题的目的。第三层次实验目的在于着重培养学生独立解决实际问题的能力、创新能力、组织管理能力和科研能力。它主要为部分优秀高年级学生设置。通过参加教师的科研项目、各级的结构设计大赛、测量大赛、挑战杯等各级各类学生科技大赛等竞赛活动等,进入实验室开展第三层次实验。指导了5批共30名同学参加河南省和中南地区大学生结构设计大赛等的模型制作。已实现省级奖励10项以上、厅级奖励6~8项、校级奖励10~20项。
(2)立足“三大实验平台”、实施“四大教学模块”
中心设立了三个实验平台,包括“基础实验平台”、“专业实验平台”和“虚拟实验平台”。“基础实验平台”,如“材料力学实验”针对所有的专业开放。“专业实验平台”,如“土木工程测试技术”只针对土木工程专业的学生开放。“虚拟实验平台”也是针对所有专业开放,特别是“工程管理”专业,但它的特点是实验项目在计算机上完成。
实验课程均分为四个模块:基础实验、综合设计实验、创新实验和虚拟实验。每一个模块均有若干经过精心设计的实验项目组成。每一门实验课程均可以从模块中灵活集成。各模块的主要特点如下:
①基础实验
作为培养学生基本实验技能和动手能力的基本实验,是各个专业的必选实验。基本实验不仅仅是验证力学基础课程的基本理论,更重要的是通过具体的实验,培养观测力学现象、总结提炼力学规律的能力。同时也训练学生的动手能力和仪器设备的操作技能,为后续课程打下坚实的基础。
该模块共有47个实验项目,其中70%是近五年来更新或新增的。另外计划开设流体力学6个实验项目。
②综合设计实验
综合实验中相当大比例的实验项目是直接来自于实际工程或本学院与校外企业合作的产学研横向项目。这些实验涉及到力学基础课程中多方面的知识,需要学生运用力学和测试技术等综合知识来完成,是培养学生综合能力的必要环节。
该模块共有13个实验项目,基本上是近两年来新增的。如具有中心特色的工程结构耐久性的相关实验,可测试材料和构件在雨、雾、冻融、高低温、紫外线等不同真实环境模拟下的耐久性;“振动搅拌混凝土性能实验”与“宽域沥青混凝土路面性能实验”等,前者试件的原型是来西安德通与许昌学院联合研究项目。通过该实验,不仅使学生掌握振动搅拌混凝土的基本知识,而且通过本次试验加深了对普通搅拌混凝土知识的夯实和理解;后者的原型来自万里路桥集团公司和许昌学院的合作项目,通过该试验,学生能够加深对路用混凝土性能指标等知识的认知。
③创新实验
作为因材施教的主要教学内容,创新实验是中心提出的若干精心设计的实验命题,由学生自行设计方案,搭建实验装置,通过实验,完成报告。这种方式充分调动了学生的积极性,注重学生独立解决问题能力和创新能力的培养。
该模块共有9个实验项目是近两年来更新或新增的。如具有中心特色的“混凝土构件创新实验”,从实验方案、实验步骤、贴片、接线、加载、记录、数据处理等整个过程完全由学生自己完成,通过不断解决实验中的各种问题,学生动手能力得到锻炼,综合素质得到提高。
④虚拟实验
指导学生学习和使用清华大学编制的《结构力学求解器》和有限元软件ANSYS;购置PKPM、BIM等设计和虚拟仿真软件;通过建模与数值计算,让学生培养计算兴趣,培养学生根据工程背景正确进行建模的能力,分析问题和解决处理问题的能力。
由于虚拟实验题目来源广泛和多样化,因此该模块实验项目不受个数限制。
现基本实验、综合设计实验、创新实验、虚拟实验总数为72个,其中综合性、创新性实验总数为22个。这四个模块构成了力学基础实验教学的主体,确保实验教学课程体系的多样性、完整性。
(3)三基地
三基地是指“校内基地”、“产学研基地”和“校外实习基地”。校内基地是指中心所建的三个平台;产学研基地是指与中心教师一起进行横向课题研究的校外单位,本科生通过参与教师的课题,培养了创新能力和解决实际问题的能力。校外实习基地是指能为学生提供实习机会的单位,通过实习,学习可以从实际中发现问题,并将它转化为创新型和工程应用型实验教学项目。通过这三个基地,学生开展了社会实践和实习、本科科研训练、大学生业余科技创新及各种学科竞赛(如结构设计大赛等),他们的主动性、创造性和积极性得到了充分的发挥。