烟台大学工程力学实验中心是山东省省级示范实验教学中心,下设材料力学实验室、振动实验室、电测实验室、光弹分析实验室、土木系的结构力学教研室,建筑材料实验室、岩土力学实验室、结构工程实验室等,承担全校理工科七个院系的12个专业的理论力学、材料力学、结构力学等14门课的教学任务。随着计算机在实验设备中应用的普及、各种计算、设计软件的日臻成熟及网络技术的飞速发展,大力发展以计算机为媒体的虚拟力学实验不仅做为实验教学辅助手段,而且尤其适合进行那些常规仪器设备难以完成的、难以制作构件的实验项目的分析。现阶段,力学中心虚拟实验室建设初步形成了以下几方面的特色。
一、以学生为中心,教学理念先进,可操作性强。
实验的目的在于使学生更好地理解理论,并分析实验表现与理论分析的差异,以达到学生对理论的正确理解,形成专业概念、激发科研兴趣的目的。因此,我中心虚拟实验项目不是简单的虚拟仪器,而是更大地拓展实验范围、增加实验深度,虚拟实验按四部操作实施:工程建模、形成概念、概念量化、工程设计。
工程建模:制作了实验视频、动画、实验分析数据库、电子版实验指导书、实验预习报告、实验规范等实验教学资源,使学生在实验前对模型的提炼、实验设备、实验过程有一个基本了解,明确实验原理,并分析已存于数据库的实验数据。
形成概念:实验是多因素影响的结果,了解各因素变化对实验结果影响的趋势、数学关系及适用范围是形成设计概念的前提。对有解析解的实验学生可首先应用相关软件进行影响因素分析,同时结合虚拟设备给出各实验因素的影响结果。
概念量化:对模型进行精确计算是设计的前提,能否合理有效的地使用各种设计、分析软件是学生专业能力的重要评判标准。据此,我们的虚拟实验包含:分析过程视频演示、典型算例、算例参数改变模拟分析、建立新的算例模拟分析等 。
工程设计:利用专业软件构建虚拟实验平台,使不同层次的学生得到实践、锻炼。
二、 以自主创新为支撑,注重科学研究与虚拟实验教学的结合。
我们先后研发了适合材料力学开放教学的多功能材料力学试验机、工程力学创新实验教学平台,适合钢筋混凝土、钢结构和结构力学实验教学的结构力学组合实验装置,适合结构动力学、结构模型大赛的电动伺服控制振动台、电液伺服加载试验系统和结构加载架等。获发明专利、实用新型专利三项。目前已有同济大学、浙江大学、哈尔滨工业大学(威海)、大连理工大学、山东建筑大学、海军航空工程学院、山东科技大学、山东理工大学、青岛科技大学、聊城大学、鲁东大学、沈阳建筑大学、大连民族大学、辽宁科技大学、华北水利水电大学、天津财经大学、华北科技学院等五十余所高校购买、应用,辐射范围遍及全国20余个省市。
三、 以教师为主体,实验教学与理论教学紧密结合,打造了一支高水平的师资队伍。
近年来,中心涌现出2名全国优秀教师、2名山东省教学名师,2名中国力学学会优秀教师等一批优秀的力学教师,他们学术水平高、潜心本科教育、热心实验教学,取得了9项省级教学成果奖、省级实验教学成果奖,产生了很好的社会反响。
四、以学生为中心,寓知识传授、实践能力培养、综合素质提高于一体,学生创新成果突出。
利用虚拟实验对真实实验的补充作用,节省了实验室建设资金和实验耗材投入,强调了学生的设计与实践,目前参入研制的学生在考研面试中无一落选,有的被同济大学等“985”院校破格录取,如:袁苗苗同学毕业后直接留在同济大学防灾减灾国家实验室工作。参加全国基础力学实验大赛获得团体特等奖、个人特等奖全部奖项,位居全国高校第二,力学教指委洪嘉振主任专程来中心调研,并在全国实验教学研讨会上推广。
在全国大学生力学竞赛中,我校连续四届居全省高校之首;5名同学先后获得“全国力学课程优秀学生”、“全国徐芝纶力学优秀学生奖”和“中国土木工程学会高校优秀毕业生”等荣誉称号;学生力学实验教学方面的学术论文被SCI、ISTP收录;获全国大学生各种竞赛,特等奖4项,一等奖13项,二等奖13项,三等奖5项,省级奖多项。