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国家级:力学实验教学示范中心
发布人:叶楠  发布时间:2017-04-01   浏览次数:16

哈工大理论力学、材料力学教研室和力学实验室成立于1952年,是全国最早成立的力学教研室,是当时我国工科力学学习前苏联的教学基地,为国家培养了许多优秀人才。在教研室历任领导中,先后有6人被评为院士。曾主持制定了全国第一部理论力学和材料力学教学大纲,编写了全国通用教材《理论力学》,  现已出版了第六版,发行量逾200 万套,并获得首届国家优秀教材奖及国家教学成果奖。

哈工大力学学科一直坚持以国防与航天高科技需求为动力,以学科的前沿分支与新兴方向为引导,既重视基础理论研究,又能用力学的新理论和新方法解决航天与国防工程中的重大关键技术问题,逐步形成了自己的特色。学科目前有院士4人,近5年先后获国家科技进步奖4项,综合实力在国内名列前茅。

1996年哈尔滨工业大学力学被原国家教委批准为“国家工科力学基础课程教学基地”建设单位。1997年力学实验室和流体力学实验室一起被学校正式命名为力学实验教学中心,并作为力学基地建设的重要组成部分。中心实行校、院两级管理,2000年通过教育部“双基”实验室评估;20045月力学基地顺利通过教育部专家组的验收,并被评为国家优秀教学基地;2006年中心被评为黑龙江省实验教学示范中心。

多年来,中心一直遵循为国家建设、尤其是国防建设培养高素质人才的宗旨,依托力学、航天两大优势学科,将中心建设与基地建设、学科建设相结合,有力地促进了中心的建设和发展。

中心结合基地建设工作,在国家“面向21世纪力学系列课程改革”项目工作的基础上,对力学教学成果和学校的力学实验教学资源进行了有机整合,对原有的基础型实验进行了较大规模的改进与扩建,在国内较早(1998年)开展了基础力学开放实验教学并获得省教学成果奖;同时利用科研成果研制开发具有较高水准、融合多门基础力学课程内容的综合性实验和研究型实验,先后建成开放实验室6个,研制开发各类教学实验项目34个,各种自制实验设备31104台套,形成了高起点、实践性与设计性强、突出综合能力与创新能力培养的实验教学体系。

中心近五年共获得国家教学成果二等奖1项、国家教学名师奖1项、省教学成果一等奖6项、省教学名师奖2项;理论力学、材料力学、结构力学等三门课程被评为国家精品课程、工程流体力学课程被评为省精品课程。

中心在高质量完成实验教学工作的同时,结合学科前沿方向积极开展相应的实验研究工作,先后开展了有关空间飞行器热防护系统的材料超高温力学实验研究、有关水下武器高速运行的水动力学实验研究、有关空间碎片防护的超高速撞击实验研究,做到教学、科研与师资队伍建设相互促进、协调发展。形成了一支教学水平与学术水平兼备、专职队伍与兼职队伍相结合的高水平实验教学队伍,为实验中心的可持续发展奠定了一个坚实的基础。

中心近五年共获得教育部提名国家自然科学一等奖2项,中国高校科技进步一等奖1项。国防科技进步奖2项、黑龙江省科技进步奖3项。


实验教学总体情况


本实验中心的主要教学任务是:承担全校每学年31个专业本科生的“工程力学实验”(79个小班2073人,其中33个小班919人为2学时的少学时实验)、  “工程流体力学实验”(17个小班459人,其中10个小班306人为8学时的少学时实验),同时还承担“实验力学”、“结构动力学”、“机械振动实验”、“近代力学实验方法”等专业课的实验教学任务;另外还承担指导本科生、硕士生、博士生毕业论文及博士后研究的实验工作。每年的实验人时数达到6.2万。

实验教学方法与手段

1、采用先进实验技术和测试方法

力学实验技术在工程中广泛应用。如强度、刚度、稳定、动态特性等力学性能测试都是工程设计的基础。中心在教学实验项目设置上,力求符合工程实际要求,通过实验掌握先进仪器设备使用的技能和学会现代实验技术的基本知识。

如在材料力学性能试验中,中心购置了6台德国ZWICK公司生产的新型的电子万能材料试验机,并配备有先进的全自动引伸仪。不仅提高了实验精度、扩大了实验室的服务范围,而且使学生对现代工程测试技术和测试标准有了更深刻的认识,从而加深了对理论课教学内容的理解。

在振动实验教学,中心较早采用了虚拟仪器测试技术,先后购置了美国NI公司的数据采集板,以及传感器、电荷放大器、激振力锤等,自行开发研制了便于实验教学的虚拟动态分析仪器(软件),使实验室的测试手段始终处于先进水平。

此外,还充分利用计算机技术的发展,在实验教学中采用多点数据采集系统和分析处理软件等先进的实验手段,使实验数据采集和处理自动化。


2、将科研成果转化为实验教学项目,使实验教学内容接近学科前沿  

中心在实验教学过程中,十分重视借助哈工大力学学科的国防、航天背景和高技术特点,将科研成果转化为具有较高水准的综合型、研究型实验。如粘弹性材料的冲击拉伸实验、压杆稳定综合实验和系统振动控制实验等。此外,还有结合大跨度网壳和网架结构、轨道衡、振动流体密度计等多项科研成果开发的教学实验,把工程中的先进实验技术融入到实验教学中,极大地激发了学生的学习积极性。


3、采用现代化教学手段,为学生提供立体化教学平台  

1)多媒体课件研制

中心近五年先后研制完成《材料力学计算机辅助课堂多媒体系统》、《理论力学电子教案》、《粘弹性材料冲击拉伸实验》、《工程流体力学CAI课件》等16部多媒体课件,其中已有9部由高等教育出版社和机械工业出版社等出版,并先后在国内20多所院校推广使用。

2)网络教学系统开发

近五年结合教育部《新世纪网络工程》项目和国家精品课程建设项目,先后研制了《结构力学网络教程》和《理论力学网络教程》,并先后由高等教育出版社。《基于INTERNET的材料力学网络教学系统》于2001年获省教学成果一等奖。中心还开设了实验教学网站,学生可登陆“哈工大力学实验教学管理系统”(/labindex.htm  ),在网上预习实验、获取实验指导等实验资料、预约实验、更改预约、查询实验成绩等,为学生提供全方位的学习环境。同时支持学生在网上开展有关力学课程学习与学科知识内容的交流讨论,收到了非常好的效果。

3)计算机虚拟实验技术

由力学实验教学中心与能源学院共建的“本科生电子网络教学平台”项目以及“计算机科学课程群网络计算平台”项目分别获得教务处及研究生院的教学建设经费资助,初步建成了既可进行虚拟实验教学又可进行大型程序运算的本科生、研究生共享的学习环境。工程流体力学课程目前已开出8项虚拟实验,60台机位的机房可保证相关专业本科生课程设计、毕业设计、教学实验等上机需求,18cpu的服务器可供进行大型程序运算。


4、实行开放教学,培养学生自主学习能力  

力学实验教学中心是全国较早实行开放实验室建设的院校之一。几年来已逐步发展完善,学生们可以自由组合,根据他们的兴趣、时间进行网上预约登记。在实验教学中加强了动手能力、团结协作、接近工程和研究式为主等方面的学习方式。将开放实验与网络管理系统相配合,给学生带来了极大的方便。这也充分体现出以学生为本,有助于学生个性化学习的教学理念。

以电测实验为例,设立了4学时的电测开放实验课。要求学生独立完成一个具有一定创新性与设计性实验项目。从实验方案设计到测试系统选取与试验仪器联接,从实验数据处理到实验结果分析、讨论等各个实验环节均由学生独立完成,教师只作必要的指导。通过引入了当代实验应力分析的基础知识,不仅拓宽了视野,而且还培养了学生的创新意识、创新能力和启发了学生的创新思维。

增加选修课的可选项目。如开设适用于粘弹性材料的冲击拉伸实验,网架实验等选修实验,将教师的科学研究成果引入教学之中,给教学注入创新活力,增加了学生的学习兴趣。

为了学生们的安全操作和培养其动手能力,采取每2人一组的实验教学手段得到良好效果。开放实验与选修实验的教学实践证明,不仅能使学生初步掌握当代实验应力分析的知识又在学习兴趣非常浓厚的情况下培养了他们团结协作和勇于创新的思想品质。

为同学们节省费用和方便,力学实验教学中心设有学生选课专用计算机房和实验报告专用投递箱。每个实验室都设有一台计算机供学生们查阅有关实验内容资料和电子文档使用,充分体现出以学生为本的理念。


5、实验考核方法  

力学实验课的考核以实验报告为主(60%),笔试(20%)和操作(20%)为辅的原则。在实验设置上为2人一组,特别是对电测实验要求每人至少贴2个应变片,达到提高实践动手能力的目的。

信息平台

1、网络实验教学资源  

“力学实验中心网站”  /labindex.htm

  哈尔滨工业大学“实验教学网站”,/menu1.asp,全校实验教学信息

“材料力学网站”/cllx.htm,《材料力学计算机辅助课堂教学多媒体系统》、《材料力学多媒体电子教程》

“理论力学网站”http://hitjpkc.hit.edu.cn/lllx/lllx.htm,《理论力学电子教案》、《理论力学网络教程》

“流体力学网站”,/gcltx.htm,工程流体力学机虚拟实验

“结构力学网站”/jglx.htm,《结构力学练习及测试系统》课件,高等教育出版社出版。

学生自办“BBS力学版”/bbsdoc.php  


2、实验室信息化、网络化建设及应用  

实验课全部实行网上预约。利用实验中心的网站,各个实验室实现了局域网的相互连通,且每个房间都配有一台专用计算机,记录其人员工作情况、实验教学内容、设备情况及安全监控等。利用多层次的网络信息平台进行实验时间、地点、内容、仪器设备等资源的开放式科学管理,使中心的先进实验教学资源得到广泛利用。

由力学实验教学中心与能源学院共建的“本科生电子网络教学平台”项目以及“计算机科学课程群网络计算平台”项目分别获得教务处及研究生院的教学建设经费资助,初步建成了既可进行虚拟实验教学又可进行大型程序运算的本科生、研究生共享的学习环境。工程流体力学课程目前已开出8项虚拟实验,60台机位的机房可保证相关专业本科生课程设计、毕业设计、教学实验等上机需求,18cpu的服务器可供进行大型程序运算。

近五年中心人员教学科研主要成果


1.开展教学改革和科学技术研究工作

近五年中心共承担省级以上教学研究课题19项,包括3门国家精品课程建设项目;获国家级教学成果奖1项,国家教学名师奖1项,省教学名师奖2项,省级教学成果奖20项,出版教材与多媒体电子教材29部,其中国家“十五”规划教材4部、发表教学研究论文74篇。

近五年中心共承担科研项目50项,其中国家“973”项目1项、国防“973”项目3项、国家自然科学基金重点项目2项、面上项目9项,国防“863”项目8项,国防预研项目5项。共获得教育部提名国家自然科学一等奖2项,中国高校科技进步一等奖1项,国防科学技术二等奖、三等奖各1项,黑龙江省科技进步二等奖3项;共发表论文318篇,其中SCI收录49篇,EI收录104篇。获国家实用新型专利2项,申报国家发明专利3项(2004年提交)。

近五年中心人员获宝钢优秀教师特等奖、优秀教师奖各1项,国防科技工业有突出贡献的中青年专家1人,共获得各类荣誉称号和奖励8项。

力学实验教学中心由于教学、科研和实验室管理工作成绩突出,十多年来先后荣获部级先进集体荣誉称号2次;省先进集体荣誉称号3次,8次被评为校级先进集体,并获省政府嘉奖令;1995年荣获黑龙江省优秀实验室称号。


2.成果应用  

1)通过3门国家精品课在全国的领先地位与影响作用,有力地推动了中心优秀教学成果在全国的应用。

2)《理论力学》、《结构力学》、《新编材料力学》和《工程流体力学》等优秀教材先后再版,并被普遍采用。特别是《理论力学》教材先后被全国200多所院校所采用,发行量超过200万套。

3)近五年为国内15所院校提供自制实验教学设备93台套,并利用先进的教学资源每年为省内院校开设工程力学实验课程达2500多人时数,实现资源共享。

4)教学成果面向社会应用产生巨大社会效益与经济效益。例如,2004年,力学实验教学中心课题组利用“刚性转子动平衡实验”的先进教学仪器和设备,为我国第一台自行设计研制的安装在河南回龙电厂的高转速(750/分)抽水蓄能发电机组进行了动平衡调试,达到优秀的国家规范等级,受到甲乙双方的高度评价。

由赵树山  教授参加的“高能超声增油技术研究项目,经过8年来的科研攻关,现已在油田进行应用,200684日最新在延安油田作业完成的日产5吨原油的一口油井,到目前为止仍然保持达到12/日,为国家创造了巨大的社会效益与经济效益。

5)科研成果转化为先进的教学资源,为培养高素质创新人才和实验教学改革提供了保障。复合材料性能实验,粘弹性材料冲击拉伸性能实验,网壳、网架大型复杂结构应力、位移分析实验,表面强度实验,理论力学、材料力学关于压杆稳定的综合实验,振动法测量流体密度实验,刚性转子动平衡实验、悬臂梁的模态实验等一批综合型和研究型实验项目都是由科研成果转化应用而建成的。


3.近五年来主要实验教学成果及获奖情况

1)建立了基础力学创新实验教学体系,以主干基础课程为纵线,将实验教学内容分成基础型、综合型、研究型实验3个层次,形成纵横交织的实验教学体系。各层次之间既相对独立、又相互关联。在教学内容设置上突出不同课程、不同层次实验的交叉联系,力争在实验教学中实现各门基础力学课程的融会、贯通。该项成果获2003年黑龙江省高等学校教学成果一等奖。

2)实行开放式教学,培养学生自护学习的能力,加强了对理论的理解,激发了学生参与实验的积极性,提高了实验课的教学质量。“电测开放实验室”正式运行了8年多的时间,取得了非常好的效果,并于2001年获得黑龙江省高等学校教学成果二等奖。

(3)利用科研成果研制开发具有较高水准的综合性和研究型实验,培养学生的综合能力、设计实验的能力以及在实验中学习和研究的能力。如将振动力学理论与材料力学、流体力学等课程结合起来,开展了跨课程的基础力学综合性实验,在实验教学方面实现了课程间的融会、贯通。新实验的设立提高了学生对所学知识的理解深度及综合运用能力,为学生独立思考和综合应用所学力学知识创造了条件。有关的教学研究内容先后发表在“力学与实践”期刊上,并已经申报了国家发明专利,2005年获黑龙江省高等学校教学成果二等奖

4)研制开发理论力学教学实验,使理论教学与实验教学相结合,突出培养学生综合分析能力和解决问题能力的培养。该项成果获2005年黑龙江省高等学校教学成果二等奖

(5)哈尔滨工业大学国家力学教学基地于2004年顺利通过教育部专家组的验收,并被评为国家优秀教学基地。教育部专家组在延寿评估报考中指出“诸项实践教学的改革,加强了对学生综合能力的训练。在实验教学中,注重将有关科研成果转化为本科教学实验,拓展了学生视野,提高了实验教学水平。”

6) 研制开发了18个有自主知识产权的实验项目和自制设备31104台套。获实用新型专利2项,申请发明专利3项。

7)近五年发表实验教学论文20篇。

8)新建了6个开放实验室

辐射作用

1997年,与能源学院的工程流体力学实验室共同组建了力学实验教学中心,实现了优化组合、资源共享。

1、近五年来为全国15所兄弟院校提供了93台实验教学自制设备,同时将中心更新的电阻应变仪12台套赠送给黑龙江科技学院力学实验室继续教学使用。

2、充分发挥教材的辐射作用。哈尔滨工业大学的《理论力学》已经再版六次,发行量近200万套,先后被国内200多所院校采用,2006年由高教社出版的“十五”规划教材《工程力学实验》,哈尔滨工业大学为参加编写的七所院校之一。其他如《工程流体力学》、《结构力学》、《新编材料力学》等教材,在国内也有较大影响,多次再版。先后出版发行了课件9部。实验中心网站(包括理论力学、材料力学、结构力学、工程流体力学精品课程网站)的点击率达2万次/年。学生自行创办的“BBS力学版”网页,更是得到学生们的青睐,/bbsdoc.php  

3、组织、举办与参加教学研究与改革会议。先后举办了国家“十五”力学、土建类教材规划研讨会、积极参加并协助主持了全国基础力学教学改革成果研讨会、全国基础力学实验教学改革成果研讨会、基础力学实验教学示范中心建设研讨会和其他教指委组织的有关教学会议;主持筹办了三届东北地区基础力学教学改革成果研讨会,钱令希、黄文虎、杜善义院士等先后出席了会议并作了重要的报告,成立了“东北地区基础力学教学改革协作组”并担任组长单位,参加“全国基础力学实验教学协作组”的工作,05年国家教育部举办由哈尔滨工业大学承办的“高等学校青年骨干教师高级研修班”。推动了本地区和全国的基础力学实验教学的改革工作。

4、开展与国内外的交流与合作。密切同国内著名高校的力学实验教学中心的友好往来,与浙江大学达成申请国家“开放实验室建设”立项协议,先后与德国ZWICK公司共建结构强度实验室,聘请国内外知名学者讲学,开展国内外学术交流等。聘请的国内外专家包括清华大学范钦珊教授,美国佐治亚理工大学曲建民教授,加拿大阿尔伯塔大学王晓东教授,前美国微软公司中国地区总裁高群耀博士,德国ZWICK公司副总裁MAUSS先生、高温测试技术总监Adolf  Honis博士,日本岛津公司技术部副主任中岛秀郎博士、试验检测专业部部长原口修一先生等。

5、实验教学资源共享。利用先进的实验教学设备及开放实验教学资源,每年为黑龙江科技学院、哈尔滨东方学院、哈尔滨工业大学华德应用技术学院等兄弟院校开设工程力学实验达2500多人时数。

6、发挥地域优势。哈尔滨工业大学力学实验教学中心在东北地区有着重要和广泛的辐射作用,经常接待兄弟院校的来访、参观、和咨询。先后接待了国内外近百所知名高校到中心参观,如美国左治亚理工学院、加拿大阿尔伯塔大学、清华大学、北京大学、上海交通大学、浙江大学、天津大学等。由哈尔滨工业大学航天科学与力学系牵头,与大连理工大学、东北大学、吉林大学等15所大学成立了东北地区基础力学教学协作组,每两年举办一次教学成果交流会。与黑龙江科技大学、哈尔滨商业大学等结成友好实验室,帮助他们进行实验室建设规划的制定等,起到了一定的辐射作用。

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